科學家錯了怎么辦：有人承認自己搞砸了，也有人拒絕這么做 | 天問專欄
?探索未知之路，圖片來源：Marko Cvrkovi?
編者按：
對科學家來說，犯錯是常有的事。但面對錯誤，科學家們的應(yīng)對方式卻不盡相同，結(jié)果亦是如此：有些科學家大膽承認自己的錯誤，仍收獲了熱烈的掌聲，而有些科學家拒絕認錯，落得個顏面盡失。
本期天問專欄為您講述兩個“大發(fā)現(xiàn)”的故事，它們皆“紅極一時”，其中一個甚至驚動了當時的美國總統(tǒng)。然而，這兩場“大熱鬧”的結(jié)果卻大相徑庭。
撰文 | 張曉佳（香港大學）、毛淑德（清華大學、國家天文臺）
責編 | 呂浩然
天問專欄
· 他們腳踏幾千米高原，只為多仰望星空一眼（附一至十期文章）
· 有人要挑戰(zhàn)暗物質(zhì)理論，并邁開了“萬里長征”的第一步
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科學家在自己的學術(shù)生涯中多多少少會犯錯，其中大部分是微不足道的小錯誤，只要發(fā)一個期刊勘誤表訂正下就可以了。但有些就比較“嚴重”，它們起初作為重大研究發(fā)現(xiàn)而粉墨登場，之后卻被證明是個錯誤[1]，對此，有人承認是自己搞砸了，也有人拒絕這樣做。
有趣的是，這類錯誤有時并非全無意義，它們當中有一些為后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)提供了靈感和方向，間接地對所在領(lǐng)域做出了貢獻。今天，就讓我們借助系外行星領(lǐng)域的兩個“重要發(fā)現(xiàn)”來體會一下這類錯誤在科學探索的征途中所扮演的角色。
我的《自然》文章錯了——“第一個”系外行星發(fā)現(xiàn)
1992年1月15日，在亞特蘭大召開的美國天文學會年會上，作者之一與在場的上千位同行一樣，正翹首以待一場天文學界劃時代的學術(shù)報告：關(guān)于首個系外行星發(fā)現(xiàn)的報告。今天，天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3700多個系外行星，可在當時這個發(fā)現(xiàn)卻是零的突破，其意義之重大顯而易見，所以整個會場充滿了無比的期待和激動！
但誰也不曾想到，報告開始后，演講人卻對著在場上千位同行的面宣布，自己之前的研究結(jié)果是錯的！這位來自英國曼徹斯特大學的天文學家，安德魯·萊恩（Andrew Lyne）教授，曾在六個月前公布了一個驚人的發(fā)現(xiàn)[2]：他在某個脈沖星周圍探測到了行星（脈沖星是恒星經(jīng)歷超新星爆發(fā)后剩下的恒星殘骸）。
?圖1：脈沖星示意圖，圖片來源：Michael Kramer
脈沖星是旋轉(zhuǎn)的中子星，它的射電脈沖就像燈塔的信號一樣，會隨著他的自轉(zhuǎn)周期性地到達地球，堪稱是宇宙中極為精準的時鐘（見圖1）。但如果它周邊存在系外行星， 脈沖星與行星的互相繞轉(zhuǎn)會使得脈沖星的位置不斷移動，從而使其信號到達地球的時間也發(fā)生變化。這個變化雖然非常微小，但卻使我們能以此來探知系外行星的存在。
當然，脈沖星邊上有系外行星聽上去簡直不可思議：一個行星怎么可能經(jīng)受住超新星劇烈的爆炸而留存下來呢？因為，超新星爆發(fā)是恒星演化末期時經(jīng)歷的一種劇烈的爆炸過程，其強度十分驚人，可以在短短幾天內(nèi)照亮所處的整個星系。雖然有這樣的疑問，但在徹底排查之后，萊恩和他的兩位合作者認為，除此之外（脈沖星周邊存在系外行星）沒有其它的解釋了。
他們的結(jié)果隨后發(fā)表在了《自然》（Nature）雜志上[2]，萊恩也藉此受邀在一月份即將舉行的美國天文年會上做演講。
然而，就在距離演講還有幾星期的某個晚上，萊恩猛然意識到自己在計算中忽視了一個并不復雜但卻至關(guān)重要的因素——地球公轉(zhuǎn)軌道并不是嚴格的圓軌道，而是個橢圓。當他在計算中修正了這一點后，“行星不見了”。
若干年后，當萊恩對作者之一提起這件事時，依然能感受到那次失誤帶給他的沉痛打擊，他也表示：要不是自己發(fā)現(xiàn)并承認了這個錯誤，其他人可能不易發(fā)現(xiàn)。
其實在科研界，烏龍事件出乎意料地常見，雖然其中不乏明目張膽的欺詐行為，但更多的情況是：某個用已知的（通常還是十分普通的）自然規(guī)律就可以解釋的現(xiàn)象，由于科學家們考慮不周而被誤以為是新發(fā)現(xiàn)。“不要自欺欺人是（科學研究的）首要原則，”在加州理工學院1974年的畢業(yè)典禮上，物理學家理查德·費曼（Richard Feynman，1918.5.11 - 1988.2.15）這樣說道，“而你自己往往是最容易受騙的那個人?！?/p>
同樣是犯錯，不同的人對待錯誤的方式卻有高下之分的。盡管有些尷尬，但萊恩自己發(fā)現(xiàn)了這個失誤并及時宣之于眾，這也使他免于遭受此事可能帶來的更嚴重的后果，無異于懸崖勒馬。
那一天，當萊恩在眾人面前承認自己的失誤后，全場的天文學家都起立報以熱烈的掌聲。他的確是搞錯了，但他發(fā)現(xiàn)了自己的失誤并坦然承認?！斑@是我所見過的最光榮（honorable）的事情，”當時主持報告的約翰·勃寇教授（John Bahcall，一位曾在普林斯頓高等研究學院任職的天文學家，現(xiàn)已離世）對邁克爾·萊蒙尼克（Michael Lemonick，曾長期擔任《時代》雜志的科學作家，現(xiàn)為《科學美國人》的評論編輯）這樣說道，“一個優(yōu)秀的科學家會苛求用誠實的態(tài)度對待一切事物，而你剛才見證了這一點?！?/p>
?圖2: 藝術(shù)家描繪的脈沖星行星系統(tǒng)PSR B1257+12，圖片來源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt
有意思的是，安德魯·萊恩的錯誤發(fā)現(xiàn)，卻促進了亞歷山大·沃爾茲森（Alex Wolszczan）和戴爾·弗雷（Dale Frail）迅速用同樣的方法在1992年另一顆脈沖星PSR B1257+12附近找到了系外行星[4]（見圖2）。當然，在其工作中，他們吸取了萊恩的教訓，排除了地球公轉(zhuǎn)是橢圓軌道的影響。
可以說，萊恩教授的失誤堪比一劑催化劑，為系外行星領(lǐng)域的發(fā)展貢獻了力量。而他也在“犯錯”之后的1996年入選英國皇家學會院士（他在脈沖星領(lǐng)域做出了極為重要的貢獻，包括第一個雙脈沖星的發(fā)現(xiàn)，作者之一與其共事10年）。
我的《科學》文章沒錯——火星上的細菌化石
?圖3: 隕石ALH84001，圖片來源：NASA
再來看看另一個曾轟動一時的重大發(fā)現(xiàn)。那是在1996年，有人宣布在火星隕石Allan Hills 84001（簡稱ALH84001 ，見圖3）上找到了細菌化石的存在證據(jù)[5]。
1984年12月27日，美國的南極隕石搜尋計劃小組（Antarctic Search for Meteorites，ANSMET）在南極阿蘭山（Allan Hills）發(fā)現(xiàn)了這塊名為ALH84001的隕石，人們認為它是最古老的火星隕石之一，是從40.91億年前的熔巖中結(jié)晶出來的。
根據(jù)化學分析，它可能起源于火星表面還存在液態(tài)水的時期。一種理論認為，ALH84001在1700萬年前的一次隕石撞擊中飛離火星，并于13000年前掉落在地球上。1996年8月6日，在《科學》（Science）上發(fā)表的一篇文章使ALH84001成為了熱門話題，文章的作者，美國宇航局（NASA）的科學家大衛(wèi)·麥凱（David McKay）聲稱這塊隕石可能攜帶了揭示火星生命跡象的證據(jù)[6]。
許多人迫不及待地表示這些化石是證明外星生命存在的首個真憑實據(jù)，該研究發(fā)現(xiàn)也成為了全球各地的頭條新聞[7]。當時的美國總統(tǒng)比爾·克林頓還在電視上發(fā)表正式通告來紀念此事，就連卡爾·賽根（Carl Sagan）也說，“這些結(jié)果如果得到證實，將成為人類歷史上的一個轉(zhuǎn)折點[8]?！?但也有些人認為，該發(fā)現(xiàn)并不足以說明火星表面存在生命跡象。
這一消息引發(fā)的巨大爭議并不令人吃驚，因為有關(guān)火星生命的新聞向來都會成為頭版頭條，無論發(fā)現(xiàn)的是現(xiàn)有的、還是已經(jīng)滅絕的火星生命。天體生物學，也就是搜尋太陽系外行星和生命跡象的學科，是很多科學家想要掘金、獲得突破性進展的領(lǐng)域。
但事實證明， 這一研究領(lǐng)域也是虛假發(fā)現(xiàn)的墓地，因為在這里，“萊恩的行星”隨處可見，很多一開始被看做地外行星或者地外生命存在的證據(jù)都經(jīng)不起時間的檢驗。
?圖4：電子顯微鏡下的高分辨率圖像顯示ALH84001具有一種不尋常的管狀微觀結(jié)構(gòu)（紅圈所示），其直徑還不到人類頭發(fā)直徑的1%。圖片來源：NASA
起初，科學家們之所以認為在ALH84001上發(fā)現(xiàn)了細菌樣生命形式的化石，憑借的是巖石在掃描電鏡下呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)（見圖4）。ALH84001所呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)體直徑為20～100納米，與理論上納米細菌的大小相近，但小于任何當時已知的細胞生命體。
如果像所謂的生物成因假說理論認為的那樣，它們是某種生命形式留下的化石，那它們將成為外星生命存在的第一個堅實有力的證據(jù)。當然，這里暗含了一個前提假設(shè)：它們沒有被地球環(huán)境污染過。
來自美國宇航局的大衛(wèi)·麥凱認為，在其它火星隕石中發(fā)現(xiàn)的被地球環(huán)境污染過的微生物所呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)與ALH84001上的微觀結(jié)構(gòu)不太一樣。特別是，ALH84001上的微觀結(jié)構(gòu)體看起來和隕石的本土原料是共生關(guān)系（或被包含關(guān)系），而被污染過的微生物則不太可能具有這種特征。
雖然無法確切地解釋ALH84001的這些特征是如何形成的，但由D.C. Golden領(lǐng)導的一個小組（其中包括大衛(wèi)·麥凱的弟弟戈登·麥凱（Gordon McKay））在實驗室中基于非生物材料重現(xiàn)了與之類似的特征。
對此，大衛(wèi)·麥凱表示，這些實驗結(jié)果是以自然界不存在的超純原料為起點，“不能解釋我們在ALH84001中發(fā)現(xiàn)的諸多特征”。按照大衛(wèi)·麥凱的說法，一個靠譜的非生物模型，“必須能同時解釋ALH84001具有的，在我們和其他人看來，可能源于生物作用的所有特性”。
簡單來說，麥凱的意思是：雖然我不能解釋為什么，但你那個也不對！然而科學界的其他人卻并不同意麥凱的觀點，對他提出的和火星生命相關(guān)的證據(jù)都持強烈的懷疑態(tài)度。
?圖5：有些磁鐵礦（magentite）也可以由地球上的細菌所產(chǎn)生[9]，圖片來源：Siim Sepp/Creative Commons ShareAlike
實際上，在1996年《科學》文章發(fā)表后的幾年中，科學家們逐漸舍棄了有關(guān)ALH84001的證據(jù)中站不住的地方，并最終把焦點放在了從ALH84001的碳酸鹽中找到的磁鐵礦（magnetite）顆粒物上（圖5）。
一些地球上的細菌含有磁鐵礦顆粒，這使它們能夠依據(jù)地球磁場取向，并沿著它移動，尋找對其生存最有利的條件。所以，這些顆粒也被當成火星上存在生命的佐證之一。然而另一些研究表明，用激波加熱碳酸鹽也可以產(chǎn)生磁鐵礦顆粒物，這使得磁鐵礦這一證據(jù)也變得沒那么有說服力了[10]。
盡管如此，當年宣布這一發(fā)現(xiàn)的大衛(wèi)·麥凱（已于2013年去世）和他的同事們卻始終堅持他們最初的看法，這也導致他們在科學界的地位被逐漸邊緣化，但不得不說，他們的研究開創(chuàng)了天體生物學這一領(lǐng)域[11]，也許這才是他們對行星科學所做的最重要，也是最持久的貢獻吧。
錯與沒錯
愛因斯坦說過，“一個人不曾犯錯是因為他不曾嘗試新事物（Anyone who has never made a mistake has never tried anything new）”?？茖W研究就是一個不斷探索，卻又難免犯錯的過程，萊恩和麥凱可能都在這個過程中摔倒過，但它們用不同的方式去面對。當然，最后的結(jié)果也不盡相同。
僅以此文，獻給所有勇于探索、難免犯錯而又勇于承認的科學家們！
作者簡介
· 張曉佳，2006年畢業(yè)于北京大學，2006-2013年就讀于北京大學天文系攻讀博士學位，曾于國家天文臺工作，現(xiàn)于香港大學地球科學系工作。主要研究方向為早期行星形成和軌道演化。
· 毛淑德，1992年獲普林斯頓大學天體物理系博士學位，現(xiàn)為清華大學天體物理中心教授、中科院國家天文臺研究員，主要研究方向為星系動力學、系外行星搜尋、引力透鏡以及暗物質(zhì)研究。
參考文獻：
[1] Brilliant Blunders From Darwin to Einstein - Colossal Mistakes by Great Scientists That Changed Our Understanding of Life and the Universe, Mario Livio, Simon & Schuster, 2013.
[2] Bailes, M., Lyne, A. G., Shemar, S. L. 1991, Nature, 355, 321 (https://www.nature.com/articles/352311a0)
[3]http://www.slate.com/articles/health_and_science/science/2012/10/scientists_make_mistakes_how_astronomers_and_biologists_correct_the_record.html
[4] Wolszczan, A., Frail, D. A., 1992, Nature, 355, 145 (http://adsabs.harvard.edu/abs/1992Natur.355..145W)
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Allan_Hills_84001
[6] McKay, D. S. et al. 1996, Science, 273, 5277 (http://science.sciencemag.org/content/273/5277/924)
[7] http://www.nytimes.com/1996/08/07/us/clues-in-meteorite-seem-to-show-signs-of-life-on-mars-long-ago.html
[8] https://usatoday30.usatoday.com/tech/science/space/2006-08-06-mars-life_x.htm
[9] https://www.newscientist.com/article/dn13863-magnetic-rocks-may-reveal-martian-life/
[10] https://www.astrobio.net/mars/the-continuing-controversy-of-the-mars-meteorite/
[11] https://www.space.com/33690-allen-hills-mars-meteorite-alien-life-20-years.html
