我们对这个世界的理解基本不会按照一个简单的从A到B的途径，其过程势必将包括错误的起点、死胡同以及大转弯。当然，科学可以接受这些曲折――“我们有误解”，修改并放弃曾经珍视的观念、发现与新现象更加匹配的新概念和新理论――是我们理解周围环境无可比拟的动力。
这也意味着我们必须时刻保持警觉状态。变革性的新观念如“物竞天择”之进化论或量子物理学都是很多年才会出现一次，科学大巨变越来越少。下面，我们集中看一下九个最近整理出的例子――是我们对曾经坚实存在的概念的违背或者弱化方面的，它们可以反映科学在做出调整时发生的基本情形。
元素周期表的变动
通常我们认为元素周期表是不可变的。其实不是这样的。其下方区域早就被物理学家用从更小的原子造出的新元素填补了。现在其主体的常规区域虽然仍被熟悉的日常元素占据，但也在发生巨大变化：元素正在丢失其精确定义的原子质量。
原子量表示某种元素的平均原子质量。不应将其与原子数相混淆（原子数即某种特定元素原子核中不变的质子数）。原子量则加入了中子的数目，这就是问题所在：元素也可以有不同的构成方式，即同位素，各种同位素的原子含有不同的中子数。
为反映此问题，周期表的守护者，国际理论和应用化学联合会（IUPAC）基于一个元素的自然同位素元素丰度计算一个平均原子重量。比如，大多数氢原子，有一个仅含有单个质子的原子核，但很少有一个或两个中子，目前为止，其正式原子量为1.00794。
弗吉尼亚州的美国地质调查局稳定同位素实验室的泰勒·柯普伦（Tyler Coplen）认为，这样的方法将造成一种不正确的概念。他说“老师告诉学生原子量是其性质的基本常量。”但实际上它们不是：原子量不取决于它们形成、运输及聚合的过程，也不是特定元素的同位素的比例反映。
随着水蒸气在地球大气中从赤道向两极循环，含重氢同位素的分子更先落回海里。这样在赤道水域的氢原子平均重量要比两极水域氢原子平均重量略高些。由于不同原因，穿过阿拉斯加州海岸大洋底的一种称作crocetane的碳氢化合物中的碳原子平均重量比元素周期表中显示的重量重0.01%。
新同位素测量持续流是指持续改变的原子重量。柯普伦说：“这使我们很烦扰”。事实上它已经完全改变了。2010年12月国际理论和应用化学联合会删除了原子质量不精确的最麻烦的10个元素，包括氢、锂、硼、碳、硫和氮。现在其重量被视为已知陆地样品同位素比率中考虑的上限值或下限值。例如，氢是H[1.00784; 1.00811]（《理论化学和应用化学》，第83卷第359页）。
某些元素不会受此类正在进行的转换影响。氟、铝、钠、金和其它17种元素只有一种稳定同位素，所以其原子重量呈恒定状态。某些高放射性元素存在时间极短，甚至来不及测原子量。
没有“爬行动物”这回事
脊椎动物的分类过去曾经是非常简单的。它们通常被分为5类：两栖类、鸟类、鱼类、哺乳类及爬行类。鸟类具有翼和羽毛，爬行动物是有鳞的冷血动物等等，所有物种都各得其所。
在遗传分类学出现以前，德国昆虫学家维利·亨尼希在20世纪60年代开创了一种更加理性的分类体系。它通过分析物种进化祖先的共同特征及发生学关系来划分物种。这听上去很有道理，但结果是，严谨的理性使得相似的族群陷入了混乱。
其中一个亮点是哺乳类的分类问题通过了考验：一个单一的原始物种进化成所有现存的及已灭绝的哺乳动物。这使得它们成为一个条理分明的进化支，从一个确定无疑的点岔开，远离进化树其他部分。鸟类的分类问题也安然度过考验。
但是爬行动物则复杂化了。传统的族群“爬行类动物”――如蜥蜴、鳄鱼、蛇、乌龟以及许多灭绝的族群，并非是一个真正的进化支。因为这些动物的共同祖先在不同的分叉点上进化成了哺乳类和鸟类。根据遗传分类学，我们可以将这三个族群并为一个大族，叫做羊膜动物（四足脊椎动物），但是你无法砍除一个单一独立的爬行动物分枝。
两栖类的状况则好一些，但仅限于现存物种：蛙类、蟾蜍、水蜥、蝾螈、蚓螈。如果将已灭绝的计入在内，你将面临更大规模的同爬行类一样的难题：相关的分枝包括了所有的四足动物，也就是四足脊椎动物。鱼类的划分则可能更加麻烦。
如果你认为这是进化支的正确性有问题，那么你答对了。在日常使用时，大多数生物学家乐于使用具有显著特征的传统常识性分类方法。他们提到“非鸟类非哺乳类羊膜动物”时仍然用的是“爬行动物”这一术语――而后者实际上只是一个对事物了解得不那么透彻的年代的遗留物。
关于核裂变的困惑
我们创造了炸弹，以及给我们提供大量低碳能量的核反应堆。但是你会意识到整个核裂变行业其实建立在误解的基础上。
我们自认为已经知道：当一种敏感的元素发生裂变时，会分裂为大致相等的部分，如果不是这样，那么就会变成不可思议的数目。这些数量是为理解原子核的结构及其轻微震动而起始的。是从将奇怪的粘性液滴想象成原子核开始的。当不能显示出相当理想的结果，会添加像电子壳一样的“外壳”，可想象成原子的外套，可依附一定数量的质子和中子。
由于带有完整外电子壳的原子是一种特殊的惰性气体，带一定质子和中子数量的外壳使得原子核异常稳定。这样如果原子不是均匀地对半分开，那么就会倾向于分裂产生一个或两个魔核。
去年，这些构想已经在ISOLDE（一家瑞士日内瓦欧洲核子研究委员会制作放射同位素的工厂）进行了试验，预测了180Hg的裂变结果。将180Hg均匀分裂为两个90Zr原子核，只偶然有一定幻数的中子和一定幻数的质子。考虑到这一点，吉尔福德州萨里大学的菲尔·沃克（Phil Walker）说预期的结果是“显而易见的”。
不幸的是，180Hg并不适合此规则，它不对称地分裂为非幻数核100Ru和80Kr（《物理评论快报》，105卷，252502页）。
据沃克所言，“很奇怪裂变基础过程如此明显但并不与预期一致”。ISOLDE团队提议，忽略的因素是分裂时间。随着原子核分裂，其长度拉长了且两叶片之间呈现颈脖状。某些原子核，可能在颈状结构破裂之前不能呈均匀对称状。但对于决定此情况的核因素，专家持不同意见。
困境中的氢键
冰浮于水面源于一个因素，叫做氢健――当然我们不必管它具体是什么。
诺贝尔奖获得者莱纳斯·鲍林曾认为他很理解这个概念。国际理论和应用化学联合会（IUPAC）对此类问题很关心，在鲍林的经典的1939年版《化学键性质》一书中给出了氢健基本官方定义。
上图显示了当一个氢原子平稳进入一个分子中，却发现其与一个高阴电性原子以氢键形式连结在一起，该高阴电性原子如同氧、氢或氟倾向于吸入电子且变成带阴电荷的离子――分布在同一个分子或在附近的分子中。
以水为例。水分子的两个氢原子通过共享电子共价结合到中心氧原子上。如果第二个水分子靠近，其中一个氢原子的电子轨道会靠近第二个分子的缺少电子的氧原子。
冰的密度比液体水的密度小，因为当水分子冷却静止时，夹在其中的弱氢键使其若即若离。在流动水体中，键持续被破坏及重组，使分子能够紧紧挤在一起。
这样很好。但是这张传统图片也显示了可接受氢键强度的严格范围。过去40年，相对更弱的键的迹象，包括氢和碳类元素之间的键，其负电性并不强，而且变轻了。
6年前，国际理论和应用化学联合会（IUPAC）建立了一个委员会，以清除混淆性的误解。其结论部分，出现在去年出版的一份有7张纸版的重新定义草稿上，表明氢键是比我们想像更模糊的实体。一名IUPAC委员，来自班加罗尔印度科学院的高塔姆·迪赛拉吉（Gautam Desiraju）说：“它不是鲜明界面的交互体。”
迪赛拉吉说，这不仅仅是语义层面的东西。新的定义会相应给化学家一个更大的误解，不知道在何时何处氢键会出现，且会激起他们思考化学键在新情况下的影响，例如，允许有机分子通过从未想过的方法成形并反应。探索此类方法，有助于我们避免现在对含贵重金属、有毒且昂贵的化学剂的依赖，转而选择更便宜的绿色有机替代物。
当基因并非遗传因子
如同19世纪孟德尔在辛劳的豌豆实验中所呈现的，生物的许多性状是“全”或“无”的。种子不是黄色的就是绿色的，不是圆滑的就是皱缩的，诸如此类。这导致一个观念的形成，即生物体的特性是由独立的“粒子”――基因所决定的，它们从一代传往下一代。
但是，究竟什么是基因呢？在20世纪50年代，这个问题似乎已经随着DNA功能的探索发现而得到了解决。科学家们均赞同，基因就是编码蛋白质（在生物体内完成一切工作的分子）生产说明书的DNA序列。
半个世纪过去后，这样和谐的声音消失了。现在我们知道单一的“基因”可以由许多不同的DNA片段组成，这些片段可以组合起来以生产许许多多种不同的蛋白质。重叠DNA序列可以编码完全不同的蛋白质。并且，有一些蛋白质是由被人们视作独立基因的片断结合在一起共同编码的。
更加让人困惑的是，我们还发现了更多并非编码蛋白质的DNA序列，这些序列是直接编码那些执行不同功能的RNA分子的。“如果你打开RNA的大门，它就会变得越来越复杂。”耶鲁大学的生物信息学研究员马克·格斯坦这样说道。
再回到初始观点的升级版上来，将基因简单地定义作一个影响后代性状的DNA片段，无论从何种意义上来说都是没有丝毫帮助的。这是因为这种说法意味着内含物不仅仅是编码蛋白质或RNA的DNA片段，也包括激活或抑制那些片段活性的大量调控DNA片段。
目前来说，什么是基因取决于你向谁发问。格斯坦建议，用简化的术语来说，其应当定义为一个序列单元，这个单元能够编码一个或更多“功能性产品”。但是他也勇于承认这是用来规避的废话。“什么是功能？”他问道。“它究竟意味着什么？”例如，某一物种的对生存至关重要的基因在另一紧密相关的族群里可能是多余的，即便该序列是完全相同的。这是否使得它在一个物种中叫做基因而在另一物种中就不是基因了呢？
没有界限的显微镜
显微镜是挺好，但没有那么好。当你试图观察小于成像光源波长一半的物体时，通过它们形成的影像会过于失真。对于可见光来说，任何小于几百纳米的物体都属于此范畴。许多我们想要仔细观察的事物，如维持生命的过程，都远远小于这个尺寸规模。
我们习惯于认为“衍射障碍”是一个基础物理壁垒，无论何时光波遇到像显微镜镜头这样的障碍时，光波弯折衍射就会造成这样的障碍。问题突破从电子显微镜开始，电子显微镜利用电子的微小波长使直径仅有几纳米的物体成像。不幸的是，活细胞在电子的连续轰击下无法存活。因此，为了揭示出生命体的小秘密，我们需要用光自身来打破光的衍射极限。
1894年发明的近场扫描光学显微镜就做到了。当材料被照射的时候，这种光学显微镜驾驭了沿材料表面形成的转瞬即逝的光波。这些“消散波”没有机会进行衍射，在它们消失前被捕捉到，这使得物体规格小到50纳米也可被观察到。当然，显微镜的孔隙必须非常贴近样品，你才能在任何时候看到一点点样品。
一个更加有力的解决方法是受激发射损耗显微术(STED)。激光束射在样品上以产生分辨率只有5纳米的荧光图案――5纳米仅仅是一个DNA分子宽度的两倍，样品无论如何都能够起作用。“美妙之处在于任何东西都可以用STED成像。”美国普渡大学的加斯·辛普森说道。
目前处于先锋地位的是用纳米工程特异材料制作的衍射降低透镜，允许在较大范围内变焦时，它能激发消散波。但是，即使我们已经将衍射极限甩在了后面，我们又面临一个更加艰难的屏障。当我们进入量子领域时，那个臭名昭著的削减所有度量精确性的“测不准原理”将不可避免地模糊我们的视野。
正在萎缩的诺亚方舟
人类对物种进行系统地命名已经有200多年的历史了。不考虑难以分类的细菌及病毒，目前为止我们已经记录了170万余的物种。让分类学家估计一下地球上物种的总量，他们得到的数字通常是大约三千万。
这几乎必然是过高的估计了。追溯到1982年，华盛顿史密森学会的特里·埃文对生活在巴拿马的一种热带植物上的甲虫进行了“人口普查”（甲虫是物种最为丰富的动物群体）。他根据统计得到的1143个物种的数据推算出全世界范围内有3000万种热带节肢动物(见《鞘翅目昆虫学家快报》, 35卷，74页)。人们认为这个包括了昆虫纲及蛛形纲的无脊椎动物占据了地球上全部物种的三分之一。所以，即使埃文的数据是正确的，也应当被解释为全世界范围内大约有1亿多个物种。
埃文的工作建立在一系列的估算和假设的基础上，例如甲虫类节肢动物的比例、热带树木物种数量的总数、以及甲虫在选择生活的树种时究竟有多挑剔。去年，墨尔本大学的安德鲁·汉密尔顿和他的同事们在做一项新的统计分析时将这些都考虑了进去，这项工作对巴布亚新几内亚56种树木上的甲虫的数量进行了统计分析。所得的结果甚至远远超过了节肢动物的数量――250万个物种（见《美国自然学家》，DOI: 10.1086/652998）。
将这个数字乘以3，就是不足800万的物种数量。而汉密尔顿估计的还要低，他指出脊椎动物及植物要远比热带节肢动物分类得更彻底。“这个具有魔力的数字是550万。”他说道（见《新科学家》2010年6月12日第4页）。
持有生物多样性的坚定观念使得其更容易维持。但即使是有400万物种有待发现，我们找到新物种的速度也不太可能超过我们使物种灭绝的速度。
没有南极的磁北
“没有磁单极子。”讲师在黑板上用耀眼粉色大写字母写的话深深印刻在我脑袋中，这是我作为一名大学物理专业一年级学生时留下的一个深深记忆。那是1997年。而现在，世界已经改变！
又或许，世界没有改变，宇宙单极依然不可捉摸。如很多宇宙大理论所预言，这种自由移动的颗粒，被认为带有一个磁性“荷”单一量子，而不是一个带电荷单一装置的电子。就我们所知，虽然大自然只成对提供磁荷或磁极，如学校里的老师钟爱示范的磁条就是具有不可分割的南北两极，但为什么呢，我们并不是很确定。
事实证明我们可以创建我们自己的单级（《新科学家》2009年9月9日，29页）。如果引入一种带量子力学性质的旋转原子作为微型磁条的南北两端。使原子的极轴线对齐，材料本身就磁化了。
现在介绍一下这种小技巧。在温度极低条件下，一类已知为自旋冰的特殊材料在“受挫”磁状态下存在。他们的原子会倾向于磁性排列，但他们变形排成的致密的晶体结构阻止了此倾向，除非，你将温度提升一些。这样就会使单一的原子从其磁极跳到其正确的阵列，并由此引发多米诺效应――更多可穿过紧固晶体结构的弹跳将会发生。来自英国伦敦大学学院的史蒂夫·布拉威尔说：“在所有实际意义中，那相当于一个自由传播的磁荷。”
今年3月，他和他的同事宣布他们已成功将长久耐用的单极电流以磁性等同物存储在电容器中，这是通向充分“磁电”电路的第一步（《自然物理学》，第7卷，第252页）。据布拉威尔透露，目前，这类装置还是仅限于人们的好奇，但这并不意味着它们在将来毫无用处，毕竟，很长时间里，电也没有明显的用途。
爱因斯坦的宇宙谬论
阿尔伯特·爱因斯坦至高无上的荣誉通过其自认为的最大错误得到了加强。当然那个大错并不是一个大错误。
至关重要的是宇宙的命运。1915年，爱因斯坦提出广义相对论方程式，描述了以重力为主导的宇宙的运行方式。他添加了一个被称为宇宙常数的容差系数，以确保其跟上时代，在描述中，宇宙要么扩大，要么缩小。其后不久，爱德温·哈勃就表示遥远的银河系正在离我们远去，将静止的宇宙分开。然而据说爱因斯坦否认了他的这一观点。
现在可能他不想再否认这个观点了。1998年发现遥远的超新星不但没有将我们拉近，在一种神秘的地球引力的“黑能量”出现情况下，我们反而后退了，还加速了远离（《天文学杂志》，116卷，1009页）。事实证明重现此效应的良好方法是将该谬论添加入爱因斯坦的宇宙方法论中。
并不是所有人都这么认为，因为没有人知道黑能量的存在可能性有多大。有些宇宙学家更倾向于其他解决方案。如果地球居于巨大宇宙巨洞中心，那么将会使人产生一种幻觉：宇宙在远离我们。但那将会让我们放弃一个我们持有几个世纪的执念：据“哥白尼原理”，地球在宇宙中的位置一点都不特殊（《新科学家》2008年11月15日，第32页）。
毫无疑问，要研究出一些真实的理论，可能需要一些时间。但如果按照集中在这几页上显示的事实进展，那么科学就不会那样神圣不可侵犯了。
资料来源 New Scientist
责任编辑 李 辉