科学大师的失误

前言
我们都知道，首创精神是科学研究活动*根本的要求；没有首创精神，就没有科学的存在，当然也就更谈不上科学的发展。但是，首创精神与错误、失败又是紧密相连的。只有探索别人从来没有或不敢探索的问题，提出别人从来没有或不敢提出的新见解，才能称得上具有首创精神。在进行这样的探索活动时，没有先例可循，有时甚至要打破旧框架，为后人提供一个崭新的框架。试想，在这种情形下怎么可能完全避免错误和失败呢？这正像一个人在漆黑的夜晚摸索于崎岖的山路上，他怎么可能不被石头绊一下或跌一跤呢？就算是跌得鼻青脸肿、头破血流也不是什么很奇怪的事，除非他干脆屈膝抱头，在山缝里坐等天明。
谨小慎微、害怕担风险、人云亦云的“科学家”，固然不会犯什么错误，但也不会有所发现，有所发明，有所创造。苏联著名物理学家米格达尔（A. A. Migdal）说得好，如果从来没有做过一件错误的工作可以算是一个科学家的认真负责的话，那也可以简单地证明这位科学家缺乏勇气和首创精神。
纵观整个科学史我们就会发现，其中不仅包含令人叹为观止、夺目耀眼的成果，而且也包含不少的错误和失败。英国物理学家开尔文勋爵［Lord Kelvin（1824—1907），即威廉·汤姆孙（William Thomson）］一语道破此中真谛：
我坚持奋斗五十五年，致力于科学发展，用一个词可以道出我*艰辛的工作特点，这个词就是“失败”。
其实，科学史上科学家所犯的各种错误和所遭受的失败，不仅在内容上丰富多彩、引人入胜，而且就其对后人的启发性而言，比成功史还更胜一筹。对此，英国著名化学家戴维爵士（Sir Humphry Davy，1778—1829）就曾感触至深地说：
我的那些*重要的发现是受到失败的启发而获得的。
所以，我们有必要对科学家的失败事例，作一番深入细致的研究。美国生理心理学家、美国心理学会前主席米勒（N. E. Miller，1909—2002）也曾尖锐地指出：
已经发表的研究报告都是根据事后的认识写成的。为了节省杂志的篇幅（或许是为了面子），他们忽略了开始时在黑暗中的探索和尝试，由于失败而放弃的所有的尝试几乎都没有被提起。因此，他们描述的图景未免过于规律，也过于简单，容易使人产生误解，其作用实际上是把科学的前沿推进到毫无知识的领域。
在任何时代和任何研究中，只要把研究的对象罩上一层紫蓝色神秘的光彩，都会无一例外地给人们带来遗憾、偏见和误解。由此可知，对失败案例的研究是多么不可缺少！实际上，研究失败案例，素来为科学大师重视。伟大的英国物理学家麦克斯韦（J. C. Maxwell，1831—1879）说得好：
科学史不限于罗列成功的研究活动。科学史应该向我们阐明失败的研究过程，并且解释，为什么某些*有才干的人未能找到打开知识大门的钥匙，而另外一些人的名声又如何大大地强化了他们所陷入的误区。
美国著名生物学家和科学史家、哈佛大学教授迈尔（Ernst Mayr，1904—2005）在他的巨著《生物学思想发展的历史》一书中指出：
历史所表现出来的不仅是解决问题的成功的尝试，还有不成功的努力。在处理科学领域的重大争论的时候，要努力去分析争论对手用来支持相反理论的思想、观念（或信条）以及具体证据……只有通过学习这些概念的形成所经历的艰难道路，学习早先的假定怎样一个一个地被否定，换句话说，就是要学习过去的所有错误，才有可能获得真正透彻和完满的理解。在科学中，人们不仅通过自己的错误的历史进行学习，而且也通过别人的错误的历史进行学习。
笔者非常赞同米勒、麦克斯韦和迈尔的观点，因此早就有心在这方面做一些尝试。本书汇集了作者多年来的研究成果，现在能够奉献给大家，感到由衷的高兴。希望读者能够从本书26例科学家的失误中，得到下述两方面的收益和启发。
一方面，即使是科学大师，像伽利略、牛顿、林奈、居维叶、高斯、欧拉、麦克斯韦、爱因斯坦这些科学巨匠，也同样会犯错误。可以肯定地说，任何一位杰出的科学家的科学探索，都绝不只是成功的记录；甚至可以说，他们一生中所经历的失败肯定比他们获得的成功更多。他们之所以能*终获胜，是因为他们在经历失败的痛苦煎熬时，从不失望、从不气馁。这就是他们成功的奥秘所在。
另一方面，失败固然在所难免，但通过对历史上失败事例的研究，我们可以总结出前人失败的经验和教训，以便在今后从事科学探索时作为借鉴，以减少一些可以避免的错误和失败，笔者相信这是完全可以做到的。
如果这本书果真能使读者有所裨益，并由此受到激励，立志为人类壮丽的科学事业贡献自己的智慧和力量，那笔者就会感到由衷的满足。
另外，本书讲的科学大师的失误不仅仅是研究思想和方法的失误，还有一些是由于心理、性格、情绪等非科学原因造成的失误。例如，有的科学家由于骄傲，有的由于某些**民族情绪导致一时丧失客观标准而进退失据或者走向**，导致可悲的错误发生。看见这些错误，有时不免唏嘘不止，感慨万千。
不论由于什么原因，其结果都是导致了失误。研究这些失误必定具有重要的意义和价值。但是作者本人学识有限，没有涉及的，或者分析不严谨之处，在所难免，希望广大读者不吝赐教。
本书由北京大学出版社编辑团队在此前几个版本的基础上修订而成。修订工作主要包括以下几个方面：纠正了原书中的许多错误，修改了大量文字表达欠妥之处，调整了全书的整体结构，优化了大部分内文主标题，增加了文末参考文献，增删调整了全书插图。这些修订为本书增色不少，本人均表赞同，并对北京大学出版社编辑团队的职业精神深表敬意。
本书为面向大众的科普读物，所引文字基本都出于书后“参考书目”，为避免累赘，恕不一一指明。

杨建邺
2020年4月1日
于华中科技大学宁泊书斋

　　爱因斯坦一生中干过的“蠢事”是什么？霍金到底做了什么不光彩的事？伽利略错在何处？欧拉为什么感到遗憾？戴维为什么与法拉第反目？哈伯获得诺贝尔奖后为什么还遭人鄙视？哈恩为何为自己的科学发现后悔不已？……
　　《科学大师的失误》讲述数十位科学大师或败走麦城、或错失良机、或留下道德污点的故事，生动展现了他们鲜为人知的一面，还原了科学家并非完美无缺的真实形象。这些令人唏嘘的失误和深刻教训，值得今人引以为戒。作者还从多个维度对科学大师产生失误的原因进行了分析和反思，揭示了科学认识和科学发展过程的高度复杂性。

　　杨建邺，华中科技大学物理系教授，著名科普作家。在物理学史、科学家传记和科普读物方面著译丰富，主要作品有《物理学之美》《科学大师的失误》《量子史话》《杨振宁传》《爱因斯坦传》《霍金传》等，其作品素以扎实的科学功底和丰厚的人文内涵而广受读者欢迎。

目录
前言/ 1
**讲　生物学界的“独裁者”/ 1
第二讲　“简单性”的陷阱 / 11
第三讲　必然性与偶然性，谁是谁非 / 22
第四讲　三位诺贝尔奖得主与一桩离奇的官司 / 33
第五讲　贝特森为什么要反对摩尔根 / 42
第六讲　欧拉留下的遗憾 / 51
第七讲　是谁挥起了“亚历山大之剑” / 63
第八讲　当大数学家遇到大物理学家 / 80
第九讲　相对论：彭加勒和爱因斯坦之间发生了什么 / 91
第十讲　不承认自己“女儿”的“现代化学之父” / 103
第十一讲　道尔顿犯下的荒唐错误 / 116
第十二讲　一个伟大预言家的作茧自缚 / 127
第十三讲　戴维为什么与法拉第反目 / 139
第十四讲　奥斯特瓦尔德为什么反对原子论 / 150
第十五讲　一个遭人鄙视的诺贝尔化学奖获得者 / 162
第十六讲　哈恩为什么为自己的发现而后悔 / 170
第十七讲　勒维耶的辉煌与挫败 / 184
第十八讲　爱丁顿让钱德拉塞卡欲哭无泪 / 193
第十九讲　没想到霍金会这么做 / 206
第二十讲　爱因斯坦干的**蠢事 / 219
第二十一讲　伽利略错在何处 / 228
第二十二讲　应该如何对待实验的结果 / 238
第二十三讲　贝克勒尔的幸运和约里奥-居里夫妇的不幸 / 252
第二十四讲　他们真是一群科学骗子吗 / 264
第二十五讲　迈克尔逊为什么感到遗憾 / 279
第二十六讲　泡利为什么败给两位年轻的物理学家 / 285
参考书目 / 297

　　爱因斯坦一生中干过的“蠢事”是什么？霍金到底做了什么不光彩的事？伽利略错在何处？欧拉为什么感到遗憾？戴维为什么与法拉第反目？哈伯获得诺贝尔奖后为什么还遭人鄙视？哈恩为何为自己的科学发现后悔不已？……
　　《科学大师的失误》讲述数十位科学大师或败走麦城、或错失良机、或留下道德污点的故事，生动展现了他们鲜为人知的一面，还原了科学家并非完美无缺的真实形象。这些令人唏嘘的失误和深刻教训，值得今人引以为戒。作者还从多个维度对科学大师产生失误的原因进行了分析和反思，揭示了科学认识和科学发展过程的高度复杂性。

　　杨建邺，华中科技大学物理系教授，著名科普作家。在物理学史、科学家传记和科普读物方面著译丰富，主要作品有《物理学之美》《科学大师的失误》《量子史话》《杨振宁传》《爱因斯坦传》《霍金传》等，其作品素以扎实的科学功底和丰厚的人文内涵而广受读者欢迎。

第十九讲 

没想到霍金会这么做

人要活到一定的年纪才会意识到生活并不公正。你所必须做到的是在你所处的环境下尽**的努力。
——《斯蒂芬·霍金的科学生涯》
我并不认为上帝在跟宇宙玩掷骰子的游戏。
——爱因斯坦
上帝不仅在掷骰子，有时还将骰子扔到了找不到的地方。
——霍金

1981年梵蒂冈教皇科学院里，召开了宇宙学讨论会议。英国*伟大的宇宙学家霍金（S. W. Hawking，1942—2018）出席了这次会议，并在会上发表了有争议的“宇宙无边界”理论。这一理论带有明显反宗教的内涵。参加会议的各国科学家们以极大的热忱接受了霍金的理论，但教皇约翰·保罗二世（S. J. PaulⅡ，1920—2005，1978年即位）意见会怎么样呢？虽然教皇皮乌斯十二世（Pope Pius Ⅻ，1876—1958）曾经在1962年宣告，科学家们要学习伽利略的榜样，但宇宙无边界已经使上帝无立身之地，教皇会怎么说呢？科学家们等待教皇的接见，在接见时教皇也许会说明的。
接见的日子终于来了，科学家和他们的配偶被邀请到教皇避暑宅邸冈多福堡接受接见。城堡很朴素，四周都是农田和村庄。教皇在大客厅里发表了简短讲话之后，坐在平台的高椅上，由罗马天主教会的护卫人员保卫着，客人们一个接一个地被介绍给教皇。按照传统，客人们在这种隆重的场合应该从平台的一边进入，跪在教皇面前，轻声交谈几句，然后从平台的另一边离开。
但是，当霍金驱动轮椅到平台一边的时候，每个在场的人都平心静气地注视着霍金和教皇的一举一动、一言一行，他们急切地想知道，教皇对这位认为无须造物主的霍金，会说些什么。这时，人类历***令人惊异的一幕出现了：约翰·保罗教皇离开了他的座位，在霍金的轮椅前跪下来，使他的脸与霍金的脸在同一水平线上；而且他们交谈的时间比别人都长。
“您现在正研究什么呢？”教皇问。
“我正在研究宇宙的边界条件是不是成立。”
“我希望您的研究成果能使人类更加进步和幸福。”教皇停顿了一会儿，又说：“我对研究宇宙学的人有一个希望……”
霍金尽力扬起他那斜靠在肩上无力的头，等待教皇的话。
“像‘世界形成的一瞬间’这样的研究，*好还是不要研究的好。”
霍金不知道如何回答，迟疑了一会儿说：“我尽力而为吧。”
教皇微笑地点了点头站起来，掸了掸自己长袍上的灰尘，与霍金告别。霍金的轮椅就驶向了平台的另一边。据说，那天下午在大厅里的许多天主教徒都感觉受到了冒犯，他们认为教皇对霍金过分地尊敬了。更何况霍金是一个不信教的科学家，这是人所共知的事实；霍金的理论与正统的天主教义正好对立。为什么教皇要这么尊敬霍金？
是呀，为什么约翰·保罗二世要如此格外尊敬霍金呢？这其中的原因，我想读者在看了以下的故事后，也许会有自己的看法。
（一）
世界上有些事的确很奇巧，尽管我们说不出道理。1642年1月8日，当欧洲战场上基督教和天主教徒还在作殊死较量时，受尽教会侮辱、迫害的伽利略（Galileo Galilei，1564—1642），终于在佛罗伦萨市郊的阿圣翠山庄安静地闭上了双眼，心怀愤懑地离开了人世。
这年12月25日，正好是圣诞节那天，英国的科学伟人牛顿诞生了。再过300年，1942年1月8日，当伽利略去世300年时，另一个探索宇宙的现代伟人霍金诞生了。
霍金诞生在大学城牛津。本来，他们的家住在伦敦郊区海格特，但他的父亲弗兰克和母亲伊莎贝尔却决定将他们的**个孩子生在牛津。这是因为那时正是英国每天晚上都遭到德国轰炸，伦敦到处是断壁残垣，连他们在郊区的住所不远处也落下了一颗炸弹，把窗子都震碎了。英、德两国政府有协议，相互不轰炸有名的大学城，所以英国的牛津、剑桥，德国的哥廷根、海德堡在免轰炸之列。
当霍金两岁时，他差一点被炸死。他们那时又回到伦敦，有一天德国的V-2火箭忽然击中并毁掉了他们的家，幸亏那时他们外出不在家，否则人类就少了一位*杰出的科学家。
霍金的父亲是牛津大学医学院毕业生，一直研究热带病；母亲也是牛津大学毕业生，后来在一家医学研究机构任秘书。由于夫妻两人都是高学历、名牌大学毕业生，因此他们的邻居除了尊敬他们以外，总觉得他们家有些古怪。比如他们家里有许多书，而且还在不断地买；尤其是吃饭时他们一家人包括小孩，都一边吃饭一边看书，这在别的家庭里显然是不允许的。
霍金似乎有点笨手笨脚，但想象力却异乎寻常地丰富，而且，他的想象力转换得极其迅速，这使得他总是不能用适当的语言表达思想，于是说话显得吞吞吐吐、若隐若现，这有点像他爸爸。有人开玩笑说，霍金家的人有一种专门语言：“霍金语”。丹麦的物理学家玻尔也有这种类似的毛病。
霍金思维的敏锐、迅速，令他的小朋友们十分惊讶。他的一个小朋友迈克尔·丘奇（Machel Church）后来曾说：“我感到他总是居高临下地看着我们……我意识到他的不同寻常。这不只是一般的聪明和有创造性，而是鹤立鸡群。如果你愿意，说他有点高傲也没关系，仿佛世界上的一切他都尽收眼底。”
霍金的确有些“鹤立鸡群”，他在9岁时就知道自己将来会成为一名科学家。16岁时，他和他的小伙伴们就利用钟表的零件和一部报废的电话交换机，七拼八凑地制造出一台简陋的计算机，霍金是这台“逻辑旋转式计算器”（LUCE）的主要设计者之一。当时计算机还是十分罕见的东西，只有某些大学和政府部门才有，所以他们的成功引起了人们的关注，当地小报还专门进行了报道。据说这台LUCE可以“真的做一些算术题”。
这一台计算机后来被一位不知内情的学校负责人当作垃圾扔掉了。过了许多年霍金成名后，这位负责人才后悔不迭，才认识到那台LUCE有很大的历史价值。
（二）
1959年，霍金考上了牛津大学。霍金想学物理，但父亲想让他学习医学，他们争论起来。霍金后来回忆说：
我父亲要我学医，但我觉得生物学的大部分内容是描述性的，而不是充分地研究根本性的问题。也许我了解了分子生物学后会有不同的想法，但当时分子生物学还没有广为人知。
10月，霍金收到牛津大学的正式通知，他不仅被物理系录取，而且获得了奖学金。奖学金对霍金一家来说十分重要，因为当时一位医生的薪水要供给儿子上牛津大学这样的名牌大学，还是十分为难的。
霍金在牛津大学求学时，懒散而不大用功，这与当时牛津的风气有关。当时牛津大学的学生很看不起那些十分用功而取得高分的人，还为这些学生取了一个难听的名字“灰色人”（grey man）来嘲弄这些学生。霍金在《时间简史》一书中曾提到此事。他写道：
那时牛津盛行一种对学习非常抵触的风气。你要么不努力也能取得好成绩，要么就承认自己的智力有限，得一个四等的成绩。如果你学习很努力才得到了一个好成绩，会被认为是“灰色人”，这在牛津大学是*糟糕的一个称号。
霍金当然不愿成为一个“灰色人”。幸好他智力过人，虽然懒散（据他估算，在牛津大学的三年中，他花在学业上的时间总共大约1000小时，也就是说平均每天才一个小时！），但他的学习成绩却着实让老师和同学们吃惊。这从下面一件轶闻中可以看出这一点。
有一次，他的导师伯曼（R. Berman）博士给他的四个学生布置了13道物理题，要求他们在下周上课前尽量做完。到该上课那天，其他三个学生在休息室遇见了霍金，他正在那儿坐着看一本科幻小说。
“斯蒂芬，你觉得那13道题难吗？”其中一位同学问。
“噢？我还没做呢。”
三位同学笑起来了，然后一位同学十分郑重地说：“你*好赶紧做一下，我们三个人上周一起做，也只解出一道题。”
霍金听了这话，似乎对13道题有了兴趣，真的赶紧做起来。到上课时，那三位同学问霍金做得怎么样了，他说：“我时间不够，只解出其中9道题。”
1962年，霍金结束了牛津大学的学习。考试结束的那一天，霍金与同学们高兴极了，他们决定祝贺一番。于是，牛津小城的街道上出现了许多狂饮香槟酒的大学生，他们边喝边唱边舞，还把香槟酒喷向夏日的晴空，一时交通为之堵塞。
假期，他随父亲到中东去旅游，回来以后就到剑桥大学去注册，成为夏马（D. Sciama）教授的研究生。本来他想投到宇宙学大师霍伊尔（Sir Fred Hoyle，1915—2001）教授麾下，但不知为什么却转到了夏马教授的手下。开始时他颇有点沮丧，但很快发觉夏马是一位十分优秀的科学家，而且他随时可以和霍金讨论问题。
1962年的寒假，霍金认识了珍妮·怀尔德（Jane Wilde）。珍妮有八分之一的中国血统，刚从一所中学毕业，正准备第二年秋天上大学学习现代语言。她对霍金有深刻印象：霍金谈吐机智，行为有点不同一般；不过他的过分自负，珍妮并不喜欢。但是，他们之间的友谊却进展得十分顺利。
正在霍金向光明、幸福和辉煌的未来迈进时，一场巨大的不幸铺天盖地向他袭来，几乎完全把他摧毁！
寒假期间，有一次他和母亲出门滑冰，他忽然毫无理由地摔倒了，并且爬不起来。这样的事发生过几次以后，他只得去找医生。检查的结果，他竟然患上了“肌萎缩侧索硬化症”（ALS），这种病在英国通常被称作“运动神经细胞症”，在美国则被称为“卢伽雷病”。这是一种不治之症，医生认为霍金*多只能活两年。医生告诉他，这种病的一般进程是，肌肉萎缩引起运动功能减退，*后导致全身瘫痪；患者说话也会因声带上肌肉萎缩而日渐困难，并*终丧失言语能力；*后，吞咽困难，呼吸肌肉受损……死亡就降临了。在这整个进程中，唯有思维能力和记忆力不受损害。
当霍金知道了这一切以后，我们可以想象他是多么痛苦。他觉得上帝对他太不公平了！为什么他年纪轻轻就非得在慢慢地折磨和痛苦中悲惨地死去？为什么！可是这种问题是无人可以回答的。于是他把自己一个人关在宿舍里，靠喝酒来麻醉自己。他的精神几乎要完全崩溃了！但*终，他的理智拯救了他，他想：“如果我反正将要死去，何不做些好事？”
于是他决心回到学业上来。他庆幸自己学的是理论物理学，而他的大脑不会受这种病的影响。决心下定之后，他比以前更珍惜时间了，他甚至诅咒自己以前那么不珍惜时间。有生以来，他**次全心全意投入了学习和研究。珍妮·怀尔德的鼓励、帮助，也是霍金转变的关键原因之一。珍妮是一位虔诚的天主教徒，宗教赋予她的强烈责任感使她决心把他从绝望、迷茫中拯救出来。一位霍金的传记作家公正地写道：
毫无疑问，珍妮这个时候的出现是霍金生活中的主要转折点……珍妮使得霍金能克服自己的绝望，并重新树立生活和学习的信心。与此同时，霍金继续缓慢而艰难地攻读博士学位。
世界上*伟大的奇迹发生了：霍金尽管身体瘫痪，行动完全依赖一台电动轮椅，而且1985年以后完全不能发声，只能靠计算机与人交谈，但这位世界上*严重的残疾人之一不但活到了76岁，而且成了全世界**的宇宙学家和理论物理学家！1974年，霍金因为黑洞辐射理论而被选为英国皇家学会会员，当时他才32岁，在学会悠久的历史上，他是获得这一荣誉*年轻的科学家之一。1979年，他被任命为剑桥大学卢卡斯数学教授，而310年以前，牛顿也被任命担任这个教职。1989年，霍金被授予荣誉爵士。
霍金的研究领域是宇宙学，这是一项需要高深数学水平、异常丰富想象力的学者才能从事的研究，而且需要精通物理学的两个*艰深的理论——广义相对论和量子场论。霍金能以他艰苦卓绝的努力促进了人类对早期宇宙的认识，而且比任何其他人都做得更出色，这无疑使他成为20世纪*伟大的奇迹之一。
1985年4月，霍金**次访问中国。2002年8月，应美籍华裔数学家丘成桐之邀，霍金第二次访华。当他驾着他那著名的电动轮椅游八达岭长城时，他执意要登上**的烽火台，甚至说他宁愿死在长城上也不肯死在剑桥。2006年6月，霍金第三次访华，在人民大会堂和北京友谊宾馆分别作了演讲。
霍金的生活，霍金的成就，使每个知道了他事迹的人都受到深深感动，并激励着无数健全的人和有残疾的人，使他们勇敢地面对生活的挑战。世界上有什么事情比这更伟大，更令人心动的呢？
当然，霍金也会犯错误，会干一些唐突的事。他不是上帝。
（三）
霍金主要的成果是关于黑洞的研究。黑洞是宇宙空间物质存在的一种特殊形式，在