《追捕祝融星》｜如何像科学家一样思考？

爱因斯坦如何摧毁了数百位顶尖天文学家的追捕祝融星行动。

实践应用

核心书摘：

在我们的印象中，自然科学和人文科学不一样，一切靠数据说话，是就是，不是就不是，结论清晰，可信度极高。但身处其中的专业人士却不这样看，在他们看来，自然科学领域的科学家犯错是最正常不过的事，尤其对那些科技“无人区”的拓荒者来说，更是如此。很有可能，一位科学家终其一生的研究，从根上就是错的，比如说过去近百年数百名顶尖天文学家发起的“追捕祝融星”行动，就是一个彻头彻尾的“乌龙事件”。整个事件波澜壮阔，一波三折，精彩程度不亚于一本侦探小说，美国麻省理工学院的教授托马斯·利文森还专门写了一本书来讲述这段故事，这本书就是《追捕祝融星》。

这本书讲述了科学家们基于牛顿的三定律，大胆假设祝融星的存在，但始终无法证实，最后爱因斯坦提出“广义相对论”理论，把祝融星一举摧毁的故事。这个故事让我们得以从细微之处洞察科学的曲折和进步。

关于作者：

托马斯·利文森是美国麻省理工学院研究生“科学写作项目”的教授和主任，曾获得美国国家研究院传播奖、皮博迪奖（以严肃著称的美国广播电视文化成就奖，是全球广播电视媒体界历史最悠久、最具权威的奖项），以及美国科学促进会的西屋科学记者奖。著有《追捕祝融星》《牛顿与伪币制造者》《爱因斯坦在柏林》等。

学什么：

1、天王星是如何被发现的？

2、天文学家们追捕祝融星的过程

3、爱因斯坦的相对论如何摧毁了祝融星？

一、从牛顿到海王星

人类科学的进步，就是一个个突破错误的过程，其中一个很重要的突破就是从地心说到日心说。日心说相比地心说，是一个巨大的突破，它意味着人类开始突破固有的直觉，学会用理性思维构建宇宙体系。

科学家们本着追根究底的研究精神发起了“上帝之问”：为什么行星和地球都会围绕太阳转？为什么星星会在特定的轨道上运动？宇宙间的这些秩序背后的机理到底是怎样的？在这些“终极真理”的追问中，牛顿的三大定律横空出世。

1684年的夏天，牛顿第一次告诉英国天文学家艾德蒙·哈雷，行星的轨道曲线是椭圆的，并且把自己的计算手稿修改完善后发给了哈雷，牛顿在这篇论文中第一次提出了“万有引力定律”，他还进一步勾勒出一系列的运动学模型，它们描述了宇宙万物的运动行为。

哈雷意识到了牛顿理论的重要性，于是他一方面开始整理牛顿的研究手稿准备付印，另一方面还不断地鼓励牛顿继续研究和写作。在接下来的三年时间里，牛顿基于这套量化的物理定律，发展出一整套描述自然现象的方法，并将这些方法应用于宇宙万物之间的运动问题研究中。到1687年，哈雷已经整理完了牛顿寄来的所有手稿，一共三卷，最后一卷是三大定律在宇宙中的应用，牛顿对整个星空的变化做出了详细的、数学上的精确描述，优雅地展示了月球引力和太阳引力间的相互博弈是怎样导致海洋、湖泊的潮涨潮落的，哈雷把牛顿的第三卷手稿命名为《论宇宙的体系》，之后，这三卷手稿经过整理得以正式出版，这就是著名的《自然哲学的数学原理》。

《原理》出版的时候，哈雷用自己编辑的特权，为牛顿的这部科学史诗撰写了序言。他用诗意的语言高度评价了这本著作和它的作者，他说：“我们此刻获准加入众神的盛宴，我们已然运用天上的律法行事；我们用秘密的钥匙开启了幽微的大地；我们洞悉了牢不可破的世界秩序……和我一起歌唱牛顿吧，他揭开了这一切，他打开了真理的宝盒。”自此，天文学开始进入牛顿力学时代。

直到100多年后的1781年，一个叫威廉·赫歇尔的天文爱好者意外发现了天王星。这颗星球的发现给天文学界创造了独特机会：科学家们可以检验牛顿力学理论是否适用于这个新天体。但计算结果始终和人们观测的数据不统一，人们开始怀疑，牛顿定律是否适用于整个宇宙。一些天文学研究者也开始怀疑，牛顿引力公式中的常数G，很有可能不是一个固定不变的数字，而是会随着距离的变化而变化。

这样的想法实在是太可怕了，这是对牛顿定律提出的挑战，意味着伟大的牛顿也犯错了。很快牛顿的拥趸者就提出了另外一种可能，会不会是天王星附近存在着一些未知的东西呢，比如说一颗行星，这个未知的东西扰乱了天王星的轨迹，所以计算结果才不符合牛顿定律。于是天文学家们开始观察这颗行星的运动轨迹，希望找到它的变化规律。但很快问题就又来了，这颗行星转动得实在太慢了，它的公转周期是88个地球年。等拿到一个完整轨迹的数据，这一代天文学家早就都死光了。

这个时候，数学天文学家勒威耶站了出来。他说优秀的科学家要像侦探那样，凭借一点点的蛛丝马迹，通过大胆设想推演整个案件的完整过程，然后再基于推演去发现新的证据，形成完整的证据链。现在，他把这套理论用在了搜捕那颗未知行星身上，他要用既有的轨迹去估算那颗行星的所处位置，然后找到它。

基于这样的设想，勒威耶设计了一个模型，并计算出了一个结果：这颗行星距离太阳约有36个天文单位，位于摩羯座一颗挺亮的恒星东侧约5度的地方，质量大约是地球的36倍，从望远镜里看过去它不是一个点，而是清晰可见的圆面，直径为3.3角秒。

很快，德国天文学家约翰·加勒通过天文望远镜在勒威耶说的那个方向，发现了一个微弱的光斑，并确认这颗星没在星图上。加勒观察发现，这颗行星不是一个点而是一个圆面，圆面直径3.2角秒，这和勒威耶估测的不相上下。而这颗行星就是海王星，这一年是1846年。海王星的发现，向世人证明了牛顿力学定律是多么强大，仅仅依靠这套体系，就完全可以构建整个宇宙的秩序。

二、从海王星到祝融星

海王星的发现让勒威耶成为世界上最著名的物理学家之一，他被任命为巴黎天文台的台长，率领天文科学院进行更深入的研究。勒威耶要求所有的观星数据要更精准，必须保留小数点后3位或4位有效数字。他希望利用这些精准的数值，发现更多的东西。

按照理论设定，只要观测的数据足够准确，天文学家们绘制的图表必然与按照牛顿力学公式计算出的轨道精准匹配，但到了水星上，意外出现了。勒威耶发现了一个微小的偏差，虽然那是一个很小的数值，但它始终存在。勒威耶认定，这绝对不是观测误差造成的，而是和当年发现海王星时的情况一样，那里的空间也存在着一些未知的东西。

勒威耶发现的偏差被称为“水星轨道近日点进动”。行星围绕太阳做椭圆形运动，运行轨道上距离太阳最近的点叫近日点。当行星运转一圈后会，近日点轨道略微发生偏移就叫近日点进动。

勒威耶发现，水星近日点每年都有38角秒的误差，他猜测，在水星附近存在着一颗或一群小行星，它们隐藏在太阳的光辉中，只有在日全食的时候才可以观测到。

1859年3月发生了一次大规模的日全食。一位爱好星空观测的乡村医生用自制的望远镜捕捉到了一颗新星，他把发现的过程写信告诉了勒威耶。为了核实真伪，勒维耶专程来到乡村医生的诊所，查看他的望远镜设备，核实一些问题。最后勒威耶对医生的监测结果表示认可，并建议把这颗新星命名为祝融星。就这样，祝融星登场了。

但科学研究不能是孤证，必须要通过系统性的监测反复证实。但遗憾的是，之后在南半球发生的日全食中都没有发现这颗祝融星的踪迹。之后的十年、二十年，又有多次日全食发生。每次日全食的时候，总有天文爱好者声称自己观测到了祝融星，但只要天文学家们组织起系统性的监测活动，就什么都观察不到，均以失败告终。

1877年9月23日，勒威耶在失望中去世了。在勒威耶去世一年后，也就是1878年7月，又出现了一次大规模的日全食，在美国罗林斯地区日全食将持续2分56秒。底特律天文台的台长詹姆斯·克雷格·沃森率队观测研究了日全食时太阳周围的黑暗窄带，他发现，在恒星鬼宿四和太阳之间，有一颗红色的星体，而且这颗星没在已知的星图上，观测刚刚结束，沃森就兴奋地发出了电报：我找到它了！祝融星！

但沃森的观测结果仍然是一例孤证，无法验证。两年之后，天文学界几乎达成了一致意见：沃森内心，太渴望追捕到祝融星了，所以他看到了祝融星，尽管这颗星并不存在。

经过这么多次的监测，人们开始怀疑，祝融星并不存在。但问题是，如果不是祝融星惹的祸，那38角秒的误差该怎么解释呢？整个天文学的发展被这个问题卡住了，直到爱因斯坦的相对论理论出现。

三、从祝融星到爱因斯坦

时间来到了20世纪，此时人们的兴趣点已经发生了转移，没有多少人关心水星轨道近日点进动现象了，但有一个人例外，他就是当时正在瑞士伯尔尼专利局工作的爱因斯坦。

此时爱因斯坦已经提出了相对论理论。他发现引力并不是两个物体之间瞬间产生的力量，而是时空的扭曲。

爱因斯坦提出了自己的假设：当水星靠近太阳的时候，太阳的巨大质量会造成周围时空的弯曲，所有经过太阳边缘的星光在这种强大引力下都发生了弯曲，产生一个光速值。爱因斯坦收集了一些关于水星观测的数据，他写下了水星的周期，输入了轨道参数，以及水星与太阳的最小距离，并将光速值代入方程中，进行计算，最终得出结论：每过一个世纪，水星的近日点会进动43角秒。

爱因斯坦的结论让科学家们想象中的祝融星被摧毁了！不存在一颗未被发现的小行星、只有一个一直没被发现的全新的“引力”。罪魁祸首不是祝融星，而是太阳，太阳巨大的质量使时空产生了弯曲，让距它最近的水星沿着一条扭曲的、四维的曲线进行运动……这种四维理论，远超我们的三维认知。

1917年年末，又一次日全食降临了。天体物理学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿观测到了太阳的偏折角，这个角度与爱因斯坦计算的结果非常接近，这足以证明广义相对论的正确性。他给卧病在床的爱因斯坦了一封电报，上面写着，“透过云层。有希望。爱丁顿。”爱因斯坦打开电报，瞟了一眼然后静静地说：“我知道我是对的。”就这样，爱因斯坦用自己智慧的大脑，成功地把宇宙“终极真理”从牛顿力学又往前推了一步。他摧毁了存在于想象中的祝融星，给了我们一个更美丽的宇宙空间。

祝融星只是科学史发展中的一颗小浪花，从追捕祝融星的过程中，我们可以感受到科学研究的有趣之处。从最早的地心说到哥白尼、伽利略的日心说，再到牛顿用运动学三定律预测日月星辰的轨迹，再到勒威耶发现海王星，最后爱因斯坦用相对论理论解释了水星的偏移，科学就这样一步步走到了今天。没有哥白尼、伽利略，就没有牛顿的成果；没有牛顿就没有勒维耶，没有勒维耶及追随者长达数百年的搜捕，人们也不会对时空产生怀疑，进而催生出爱因斯坦石破天惊的相对论。可以说，每位大师都是踩在别人的肩膀上，不断地往前走，最终成就了一次次飞跃。

结语

以上就是《追捕祝融星》这本书的主要内容。

祝融星是一颗奇特的星，它从勒维耶的想象中诞生，又在爱因斯坦的严密推演中走向毁灭。在搜寻的过程中，很多一流的天文学家相信自己看到了它，但最终被证明只是过于渴望而导致的错误想象。幸运的是，即使走弯路，但科学总会通过小心求证找到拨乱反正的时机，最终走向正途。

祝融星早已经成为了历史，但类似的故事还不时地在我们身边发生。这段曲折的天文学发展史告诫我们：人类具有双重能力，一重是在冷静和理智中发现真相，一重是在渴望中进行无意识的自我欺骗。人们更容易看到自己渴望看到的东西，但恰恰是这种渴望最终蒙蔽了真相，让我们被偏见蒙上了眼睛。所以，当我们遇到一些怎么努力都无法前进一步的问题时，不妨清空所有的观念，换一个角度思考：我所认为的正确，是否真的正确？我的大脑里，是不是也存在着一颗祝融星呢？

【编辑：北桔】

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