当每个人都不对时科学地去做

科学真理的最大敌人之一是错误二分法的建立。几十年来，宇宙学家一直在争论宇宙的扩展速度：根据一组证据，一个营地声称速率在50-55km/s/Mpc之间，而另一个营地则声称在90-100km/s/s之间。Mpc，基于不同的设置。在哈勃太空望远镜的主要发现之后，我们有信心答案不是这些。即使考虑到当前有关确切数字的当前争议，该速率仍被普遍接受，并且已知在67-74km/s/Mpc的范围内。

几乎每个人都错了，但是很少有人敢于提出一个超出那些可接受范围之一的答案。即使在一场巨大的争论中（即使没有结果也无法解释全部证据），科学家，也就是客观的人们，通常采取任何一方。但是我们不必拘泥于这种思维方式。有一种方法可以做得更好，而约翰尼斯·开普勒（JohannesKepler）向我们展示了近400年前的方法。这是您以前可能没有听过的故事。

数十万年来，当我们观看天空时，没有充分的解释就把人类看得迷人的景象：一些明亮的物体的行为与其余恒星不同。当星星都闪烁着，并在一夜又一夜地保持相对位置时，有五个物体违反了这些规则。夜空的“流浪者”（行星）根本没有闪烁，但似乎是在逐夜的情况下在天空中缓慢迁移。

更令人困惑的是，迁移过程不一致。在大多数情况下，相对于前一天晚上，每个行星向东移动的幅度都较小。但是有时候（有规律地），这些行星会减慢其迁移速度，暂时反转方向（向西移动），然后再减慢速度，恢复其向东运动。这种方向反转发生在所有行星上，被称为逆行运动。长期以来，了解它的工作原理是古代天文学的主要目标之一。

大约2000年前，人类对这个运动提出了非常成功的描述：太阳系的地心模型。如果您以地球为中心，那么可以想象到月亮，行星，太阳，甚至是固定恒星都围绕静止的地球运动。但是这些轨道的形状是什么？

由于我们有自己的偏见-而不是任何科学证据，我们假定这些轨道必须是圆形的。圆圈是唯一对人们“有意义”的形状，因此，它们是唯一被考虑的形状。但是纯净，纯朴的圈子并不十分适合观察，因此引入了三个新概念：

有了这些可用的数学工具，我们就可以将行星的运动描述为一个非常好的但不是十分完美的近似。特别是火星，会定期偏离该模型的预测，然后回落。1000多年来，这种宇宙地心模型非常成功，几代人只需要进行一些微调和修改即可。

然后，在16世纪，提出了一个出色的新建议。哥白尼（NicolausCopernicus）重振了一个古老的观念，即地球可能不在太阳系的中心，而太阳却在中心。地球只是一个与其他行星一样的行星，它们都绕着一个共同的中心绕太阳公转。

这个建议最聪明的地方在于，它可以解释没有任何行星轮的行星的明显逆行运动。它们实际上并没有向后移动，相反，没有行星实际上在空中反转方向。实际上，移动速度更快的内层行星会超越外层行星，从而使这种视线相对于固定恒星的背景而言。

这是一个聪明而引人注目的解释，但伴随着它自身的问题。一方面，哥白尼不能仅靠圆就非常准确地预测行星的运动。他的日心（太阳中心）模型比旧的，成熟的地心（地球中心）模型差得多。当哥白尼尝试改善他的初始模型时，他也开始在轨道上增加行星轮，但仍然不能等同于地心模型的成功。这是朝正确方向迈出的重要一步，但是他的工作无法解决他着手解决的大问题-太阳系中行星的运动。

大约50年后，约翰内斯·开普勒（JohannesKepler）试图改进哥白尼的思想，并开发了有史以来最美丽的模型之一：《宇宙秘史》。在包括地球在内的天文学中，有六个裸眼行星。在几何中，正好有五个“柏拉图式固体”或三维对象，其每侧都是相同的等角度多边形：四面体，立方体，八面体，十二面体和二十面体。

开普勒设想了一个太阳系，其中每个固体都嵌套在另一个内部，并由“天球”内切和外切，并且这些球中的每一个都在其上保持一颗行星的轨道：六个行星中的每一个都有一个球体。

开普勒（Kepler）于1595年提出了使用该系统的想法，并于两年后出版了有关该系统的书。像哥白尼一样，他可以解释逆行运动而无需借助行星轮。但是，与当时的任何其他模型不同，他对行星轨道之间的相对比率有明确的预测：几何形状不允许有摆动空间。再者，就像哥白尼的模型和地心模型一样，他自己的模型的预测并不能完全匹配所有行星，尤其是火星的观测运动。

到目前为止，开普勒还没有做任何特别的事情。有两个主要思想：地心论和日心论（它们本身也已有数千年的历史，尽管不像地心论那样流行），其中行星绕地球或太阳绕圈运动。尽管开普勒的想法在许多人看来可能很美，但从根本上来说并没有什么不同。而且，按照科学标准，这还没有成功。它甚至无法与观测值相匹配，也无法与当天的最佳地心模型匹配。

开普勒在这里取得了我们都应该赞赏的惊人飞跃。在科学中，就像在生活中一样，要做的最具挑战性的事情之一就是接受一个我们迷恋的想法，特别是如果我们是经过深思熟虑是我们自己的想法的话，并在矛盾的证据面前将其丢弃。对于开普勒来说，做每个人以前做过的事情真是太容易了：转向某种修复方法，例如大轮摩托车，以保存他偏爱的模型。

但这根本不是开普勒所做的。取而代之的是，他只是将模型放在一边，并研究了问题的两个不同方面：

观察到的数据显示了每个行星何时位于何处，

以及提供给他的全套数学知识，从而为他提供了一系列可能的模型，供他们尝试拟合数据时选择。

观察与理论的这种结合在许多方面预示着现代科学的诞生。

经过多年的艰苦研究，开普勒也许做了最艰难的事情：他抛弃了其他所有人所做的假设。第一次，有人在考虑依赖于圆以外的几何形状的行星运动模型。几个世纪以来，那些研究天堂的人迷上了这样的观念：地球上发生的事情是有缺陷的，但天堂是完美的。数学上完美的物体（例如圆形和正多边形）属于天堂，这就是全部。这是最危险的一种假设：一个不言而喻的假设。每个人都知道没有人仔细检查它。

直到开普勒，也就是他的椭圆轨道模型。它们不是以行星的形式运行，而是以椭圆形移动，太阳不在中心，而是在椭圆的一个焦点上。行星轨道参数的几何比率不是特别精确的比率，而是由它们自身的内部特性决定的：速度和距离之类的东西。一口气，开普勒的模型取代了所有其他模型，使预测比现有的任何其他模型更准确。

从科学的角度来看，这是我们所有人希望科学如何运作的模板。您拥有一组数据，其中包含许多可能的解释，包括一些看起来有些荒谬，违反直觉或牵强的解释。但是，每种解释（试图描述它的每个单独的理论模型）都将导致一系列结果或预测，这些结果或预测应与可观察到的现象相关。当您查看所观察到的全部内容时，一个成功的模型将产生与所预测的结果一致的预测，并且以某种方式优于旧模型。

这就是为什么，如果您想推翻或取代关于某个问题的科学共识，则需要清除三个障碍。

至少必须与旧模型一样，复制其所有理论上的成功。（像逆行运动和行星的位置一样。）

在至少一个实例中，您必须说明某些旧模型无法解释的内容。（就像观察到的火星轨道一样。）

而且，您必须做出一种新颖的预测，该预测不同于旧模型的预测，然后您便可以进行测量。（开普勒当时还不知道这一点，但是伽利略观察到的金星阶段恰好实现了这一点。）

从地球上看，金星及其相和大小。

从地球的角度看，金星的相位可以使我们了解金星对两个星体的外观。[+]WIKIMEDIACOMMONS用户NICHALP和SAGREDO

如今，科学和社会中的许多问题都被二分法错误地界定了：要么是大多数人认为的这种方式，要么是一小群聪明的人违反共识而认为这是另一种方式。是。但是历史告诉我们，情况往往并非如此。通常，与前几代人的假设相抵触的是那些荒唐的，即开即用的想法，这些想法才使我们取得了最大的进步。在科学中，遵循证据（而不是我们可能拥有的任何“常识”偏见）是成功的关键。

在19世纪，每个人都“知道”自然定律是确定性的，但是这种假设只在涉及量子力学时才使我们退缩。在18世纪，每个人都“知道”三个维度，但是当涉及到相对论时，这种假设使我们退缩了。在16世纪，每个人都“知道”行星沿着圆形路径运动，但是这种假设阻碍了人们对引力的理解。如今，还有很多人都“知道”的事情。质疑和重新审查一些我们最珍贵的假设以及它们产生的错误二分法，正是我们今天要推动科学前沿前进的真正条件。