病态科学，冷核聚变及其它 庆承瑞（中国科学院理论物理所研究员） 原载《自然辩证法研究》1991年第1期，略有删节 摘自《伪科学曝光》 一、关于病态科学 　　病态科学，原文Pathological science，是美国著名化学家Irving Langmuir在1953年的一次报告中首先提出的。I. Langmuir是1932年诺贝尔化学奖的获得者，同时他在物理学中也有贡献。例如等离子体物理中著名的等离子体振荡有时也称为Langmuir振荡，但他本人除了研究化学和物理学外，还花了不少时间研究自然科学发展本身的一些重要现象，并总结出病态科学的概念。但有关这方面的研究文章，在他生前从未发表过，只是在他去世后，有人将他1953年的题为“病态科学”的报告根据录音整理成文。此文最初只在小范围内流传，直到1989年，经美国物理学会决定，全文刊登在Physics Today 1989年第10期上[1]。 　　那末，什么是病态科学？根据I. Langmuir的意见，是指在这些事件当中，“科学家完全是诚实的，十分热衷于自己的研究……但完全自己欺骗了自己”，“这些事件中没有任何弄虚作假，但由于作者不了解作为一个人完全可以被主观的因素，一厢情愿的想像，或某些阈效应而引入歧途，以致完全陷入错误的泥塘之中”。文中作者引用了大量本世纪初直至二十年代科学史中的事例，其中涉及不少知名度很高的科学家。作者还根据自己的观察总结指出：一次病态科学的现象可以持续到十年，甚至二十年之久，可以出现上百篇，乃至数百篇论文，并发表在一流的专业科学杂志上，最后直至销声匿迹。 　　有趣的是，Langmuir曾给出了几个病态科学的症状，这些症状是： 　　(1)常常是信噪比很低的事例(即阈效应)。进一步研究会发现这些现象中原因和结果没有关联：也就是说，作者并没有弄清楚现象的真正原因而自我陶醉在他所认定的“原因”或理论之中。 　　(2)常常是一种低统计的事例。例如你可以一次猜中一个六面体的某一面，但重复多次后就会发现猜中的概率只有1/6。因此，不正确地利用低统计量的事例作结论是当事人自以为创造了奇迹的重要症候。 　　(3)出现惊人的高精密度。一些作者沉迷于自己的惊人发现而不去考虑这一“发现”所要求的精度。历史上一个有名的例子是天文学家Giovannio Schiaparelli和Nicolas Flammarion“发现”火星上的运河。但是他们的望远镜分辨率完全不能区分这样小的结构，可是他们却“看”到了。 　　(4)出现违反已确立无疑的实验事实的惊人“理论”。 　　(5)进入病态的科学家不能客观地对待一切有根据的反面意见或反面事实，对任何批评都立即否定。 　　(6)病态科学出现之初往往是各家结果互相矛盾，支持者与反对者各半。而支持者往往都能重复出发明者的结果，而反对者则不能。当然随着时间的推移这一事件最终还是消失了。 　　我以为上述六种症状中最重要的是第六种。即能否重复出发明者所宣称的结果往往取决于重复者是否相信并按照发明者规定的细则亦步亦趋地去做实验，翻译成当今我国通俗的语言来说，就是“诚则灵”。而且当你将自己的反结果告诉发明者时，后者立即会按第五种症状反应，回答曰：“你没有按照我们的方法”，或者干脆“你的心不诚”，而不是科学地告诉你，你为什么得不出他的结果。 　　病态科学不同于一般的科学研究中出现错误。这种错误是不可避免的。例如前几年关于磁单极子的发现曾经激动了不少人。但是作者在提出自己的正结果的同时，也认真听取反面的意见和批评。在分析总结各种可能的误差来源后，在新的一轮更精密的实验中原作者和其他科学家一起否定了原来的结论，而且各阶段的实验细节都尽可能详细地公开发表。 　　病态科学的概念提出后，据笔者所知，在物理学界引起很大反响。有的人建议改名为“主观期望的科学”(wishful science)更为确切。有人则指出，出现病态科学的原因是过分强烈的主观欲望[2]。当然，也有人不同意这一概念，认为这样会影响科学上不同学术观点的争鸣。但无论怎样，病态科学是一种社会现象，而且是一种重要的社会现象，尽管I. Langmuir所给出的症状还不足以精确而全面地概括病态科学的全部特征，但这只更说明今天我们认真去研究它是很有意义的。 二、关于冷聚变 　　美国物理学会选在1989年10月份全文发表Langmuir的报告并非纯属偶然。正如大家知道的，1989年是所谓的室温核聚变，或简称冷聚变热浪席卷全球的一年。该文整理者R. N. Hill在后记中曾经写道：“病态科学绝不仅仅是已经过去的历史现象。”事实上，有人已经指出，冷聚变事件带有很强的病态科学的特征。为了使读者能更方便地作出自己的判断，这里简要地回顾一下冷聚变事件的主要经过及现况。 　　事件起始于两个化学家──犹他大学的S．Pons和M. Fleischmann的工作。他们宣称在以铂为正电极，钯为负电极的电解槽中电解重水时，当氘在钯极上积累到足够的浓度后，就产生氘－氘的聚变反应，其证据是他们观察到大于输入能量的输出能──热能，而且不能用化学反应能来解释。这就是所谓室温核聚变，或简称冷聚变或冷核聚变。 　　另一位杨伯翰大学的物理学家S．Jones也按照类似的想法进行了两年的研究。但是他探测的中子，发现有少量略高于本底的中子信号。这些中子据猜测可能是氘－氘聚变的产物。但是Jones没有看到热能的释放。当Jones得知P-F的研究项目后，他建议两组协作。但Pons和Fleischmann并不愿意，但是同意两组同时将研究结果送英国《自然》杂志。选定投稿的日期是1989年3月24日。但是犹他组于3月23日提前召开了新闻发布会，宣布了这一重大发现──室温核聚变。事后犹他大学校方解释，之所以提前召开新闻发布会，是为了保护可能获得的专利发明权。 　　《自然》杂志没有接受犹他组的文章。因为审稿人要求提供实验的细节与对比实验。结果是两位作者撤回了自己的文章。而就在这时犹他州长宣称州政府要提供五百万美元在犹他大学建立冷聚变研究中心。 　　新闻发布会以后，几十家实验室都争先抢着重复该项实验。但早期宣布的结果往往耸人听闻，矛盾百出。有的声称只发现大量的热，而有的则说只测到中子。但这些早期的实验一般都带着浓厚的急于上马，急于求成，唯恐在这一新兴领域中得不到一席之地的味道。例如乔治亚的技术研究所先是报道了他们看到了大量中子发射，后来又说他们的中子探测器竟然对温度敏感。最后他们又撤回原来的报告。 　　理论家在这一浪潮中也不甘落后，出现了许多新奇理论。例如，MIT的R. Hagelstein急忙制造了一个理论，认为氘－氘直接聚合成4He，而将多余的约20Mev能量交给了钯极，以此来解释犹他组看到的热能，而MIT立即又填写了专利申请书。当然，后来Hagelstein本人也放弃了这一理论。 　　在初期的热潮之后，─些著名的大实验室陆续公布了他们的结果。其中Caltech，MIT，Yale，Brookhaven，OakRidge等。他们都指出，在他们的实验中，并未发现有异常的中子及热能的产生。因此，不能证实在电解槽中发生了冷聚变。在接下来5月份的美国物理学会年会上，几乎所有的出席人都认为犹他组所说的现象不可靠（据说只有一人略有保留）。但是犹他组及其支持者却不是这样看，他们发表了一份措词强硬的声明。随后在美国，事件居然演变成物理学家与化学家之间指名道姓的争吵。 　　1989年6月15日，英国政府的主要核聚变研究中心Harwell实验室宣布了他们的实验结果。该实验室在M. Fleischmann的通力合作下，有十位科学家花了约三个月的时间，耗资50万美元重复了犹他组的实验。实验中选用了8种不同类型的钯电极，结果是：他们仍然没有看到任何氘－氘聚变的产物，包括3He，4He，3t，中子以及热能的释放。几星期后，由美国能源部组织的─个专门委员会建议能源部不要再资助冷聚变的项目。但是这并未使冷聚变的热潮冷却。事实上，冷聚变的狂潮席卷了全世界。差不多所有有条件做实验的国家都参加进来了。当然随着时间的推移温度逐渐下降。这是因为，犹他组宣布的实验结果直接表明新现象是可以作为能源而被利用的，因此它不可能是信噪比很小的稀有事例。但是世界上虽有如此众多的实验室重复了此项实验，但始终得不到确切的证明。这就不得不使人怀疑这个新现象存在的真实性。 　　1990年5月10日在由我国自然科学基金委等单位主持召开的“冷核聚变学术交流与对策研讨会”上，代表们认为：“包括国内各家实验室在内，绝大多数实验组没有复现相应于Fleischmann-Pons报告所说的10W/cm^3Pd水平的过热量和310^4n/cm^3Pd量级的中子产额”[3]。又根据《科技导报》介绍，1990年3月28～31日在美国盐湖城召开了美国第一届冷聚变年会。尽管该报导介绍并罗列了全部得到的“正结果”的实验，但仍然不得不承认：“多数研究机构未能重复F-P的实验结果”[4]。而另一方面，根据《中国科学报》1990年9月25日的报道，“美犹他大学决定审查庞斯的工作”，“该校科学系宣市，如果专家小组不能在该校国立冷核聚变研究所的实验中获得核聚变的证据，他们将关闭该研究所”。由此可知，即使是犹他大学的冷聚变研究所也未能令人信服地重复出发明人所宣布的新现象。 　　上述冷聚变的矛盾百出的实验现象和近年来高温超导体的发现及其实验进展形成鲜明的对比。后者尽管是在机理上仍然不甚清楚，但按照一定的配方，各家实验室都能得到较高温度的超导体。 　　还需要强调的是：以上引用的新闻报导材料，当然只能作为某种“参考资料”。因为判断冷核聚变科学上是否被证实或证伪，必须根据正式发表的科学论文。现在的情况是：有一部分科学工作者认为：尽管没有证据说明发现了P-F所宣称的、有可能直接用作能源的室温核聚变，但是“根据一些实验宣称看到一些异常现象的迹象来看，仍有可能认为发生了某种未知的稀有的核过程。”其中最有影响的当以意大利的Frascati实验室发表的结果[5]及美国重要的国家实验室Los Alamos实验室的内部报告[6]。这两个组都宣称他们测出了远远高于本底的中子。但是，另一家权威实验室──美国Lawrence Berkeley实验室在最近一篇正式发表的详细的实验文章中，描述了他们的实验。他们的结果和前面两家差了2至5个量级[7]。该文在结论部分特别提出：他们没有发现任何异常现象，而且认为：“These results challenge all published and reported claims of fusion enhancement in high pressure gas cells”（即本文结果向所有公开发表的，及宣称的论断提出挑战，这些论断认为在高压氘气电极上有某种被增强的核聚变过程。）因此看来，不仅“F-P效应确实存在”未被科学界接受，而只是极个别人的意见，而且那种认为“钯阴极上确实产生了目前尚无法解释的异常现象”，甚而只是一些“稀有事件”，也并非已经确立的科学事实。要作出科学上成立的结论还为时过早。 　　以上便是冷核聚变事件的大致情况，不少人认为这一事件的经过带有很强的病态科学的特征。具原因是： 首先，犹他组的“发现”不是按照正常提送科学论文的规则，而是一开始就诉诸新闻界，从而在整个社会形成了─种强大的心理压力。各实验室纷纷抢优先权，抢新闻发布权，有的国家甚至出现了一种奇怪的心理：如果重复不出犹他组的结果，就是落后！在我国，一段时间内，报导负结果的新闻不予刊用；更有甚者，某著名报纸还正面刊登一则“惊人”消息：某阿拉伯国家的科学家居然用海水也重复出了大量放热的犹他组实验。记者这里想以此说明第三世界的科学一点也不比超级大国差。但是稍有常识的人都会知道，这则消息与其说是抬高第三世界的科学家，不如说是给第三世界的科学家抹黑！总之，很难设想这样的社会心理压力不对科学家产生“倾斜”作用。 　　其次，这一事件的病态还表现在Pons和Fleischmann始终拒绝详尽公布自己实验的细节。在正式的学术会议上，当有人提出他们到底做了纯水的对比实验没有的问题后，他们更是公开宣布拒绝回答这类问题。由犹他州政府支持建立的冷核聚变所第一任所长（任职四个月后辞职）也指出：Pons有时拒绝与其他科学家分享他的实验数据[8]。这些都是十分不正常的。 　　另一病态科学的重要特征还反映在Pons教授1989年9月15日在日本会见记者时的谈话。根据《日本经济新闻》报导，当记者问及世界上一些研究者对实验条件及实验结果的解释提出疑问和批评时，Pons教授强调说：“对于不愿意相信的人们，提出什么数据材料也没有意义”[9]。这就把─个科学实验事实必须具有的客观可重复性变成了一个信仰问题。 　　要特别指出的是在这次冷聚变事件中，很多实验室，很多科学工作者从事于重复并研究与犹他组类似的实验。决不能认为所有这些人都是在从事病态科学。因为面对如此重要的、已公之于众的发现，尽管有极强的理由去怀疑它，但为了对科学，因而也是对社会负责，认真地检验这一结果，并按照正常科学工作的程序及要求报导自己的结果，这是理所当然的。直到现在，当作为能源的冷聚变基本被否定后，仍还有一些科学工作者正在从事于寻找某种异常的稀有事例。正如前面已经提到，有关实验结果十分矛盾，分歧也很大，而这也正是信噪比特低的低概率事例所特有的。为了证实这一概率是否为零，也许还将花去若干个人年的工作量。但是无论如何，严格地按照科学工作的要求及程序安排并报导自己的结果，不作一厢情愿的期望与宣传，这将是我们从这一段冷聚变事件中能吸取的一个重要教训。 三、其他 　　病态科学的提出对我国特别具有现实意义。这是因为：从近四十年我国科学技术工作的情况看，我们发生病态科学的事例还不少。同时作为─种社会现象，我国的病态科学还有自己的特点。第一个特点是病态科学往往和政治结合，用当时流行的语言，就是提到了“路线”的高度，其结果是卷入大量的非专业人员，形成一场由“外行”领导的“群众运动”。第二个特点是我国病态科学的发明人常常利用“领导批示”，或“权威人士表态”来推动自己的工作，其结果不仅损害了自己，也损害了领导和权威人土。 　　作为我国病态科学的一个典型例子，是50年代末60年代初的超声波运动。事件起始于某研究所的工作人员在用放射性探测器检测样品时，发现非放射性样品经过超声波（严格地说，也并非超声波，而只是通常的高速气流）照射后，就奇妙地变为带有放射性的了。于是，这一“发现”──超声波产生放射性，就被当作重大成果而被层层汇报到领导。接着这个一厢情愿的科学“发现”又被提高到路线的高度──要走出中国式的发展原子能的道路。在当时的北京大学技术物理系，笔者目睹了这一运动如何在基层单位开展了起来。既然“超声波”可以创造如此的奇迹，当然可以继续创造更多的奇迹。于是，在“破除迷信，解放思想”，“大搞技术革新”，和“实现超声波化”的口号下，发动了大批没有经过严格科学训练的低年级学生进入专业实验室。其结果是相当彻底地破坏了这些实验室。应该说，当时有不少科学工作者对“超声波产生放射性”的事实是怀疑的，但事关路线的大是大非，就很难发表反面的意见了。而持赞成态度的科学工作者的作用就更能充分地显示出来，一些理论家开始制造各种理论解释这一新奇现象。有人认为这是多声子吸收的结果，并提出要在通常的原子光谱范围内找寻类似的新现象，相应的实验也果真开展了起来。所有这些人都是抱着最善良的愿望并真诚地期望实现这类奇迹的。但是客观的事实是他们深深地陷入了自己制造的错误之中。直到后来，还是在一些冷静的科学家与政治家的坚持与安排下，请了当时原子能研究所派出了数名有经验的研究人员花了约半年多的时问，认真检验了作为这场运动的科学基础的关键实验，发现那个研究所在过道中曾经堆放过各种矿石，这样就留下了大量天然放射性尘埃，而超声波气流的作用则是将这些带放射性的尘埃转移到非放射性样品的表面上。详细的放射性谱分析辨认出了放射性系列的特征谱，这才揭开“超声波产生放射性”的秘密。这以后，超声波运动才在各基层单位逐步降温。 　　超声波运动已经过去30年了。但是类似的事件过去还发生过，现在仍然出现。例如前不久，有的科学工作者宣称：令某气功师在广州“发功”，可以影响北京某实验室中拉曼散射光谱的强度。这样的结论当然太令人吃惊了！北京－广州的直线距离约三干公里，如果来自点源的能量球形对称地传播出去，可以知道，即使在广州爆炸一个原子弹，通过空气传播的能量也很难影响北京。如果“气功师”能够定向传播他的能量，那末人们就必须要问：这 位气功师用什么方法能如此精确地在三千公里外打中尺度仅为几厘米或更小的样品？这里我们还没有涉及信号在传播过程中如何避开障碍物的干扰等问题。总之，这一工作结果违反了许多科学上已经确定的基本原理，所以它理所当然地受到同行们的批评。但尽管如此，类似的“奇迹”近年来还是不断地涌现出来。又例如，有的人不仅能“带着气功”作报告，甚至其录音磁带都带了“功”的。于是不少堂堂正正的出版社都在大登广告，出售“某人” 的“带功录音磁带”，真可谓生财有道！总之，人们不得不注意到，在我们的某类研究领域中，又一次卷入了不少非专业人员，其中有“呼风唤雨者”，“辟谷禁食者”，“腾云驾雾者”，甚而三国时代的名人徐庶，也还在人间游荡。而有一些专业人员，居然还深信不疑，理由是“眼见为实”，并将这些人奉若“国宝”。 四、关于病态科学产生原因的再思考 　　前文已经提到，产生病态科学的主要原因在于过分强烈的主观欲望，这是国外有识之士经过研究后得出的结论。具体到我国情况，我感到有以下几点： 　　(1) 不少科学工作者陷入病态的陷阱之中的一个重要原因在于科学上过于急于求成，因此总希望在极短时间内实现一个科学上的“大跃进”或“大突破”。而在已经开展的科学领域中赶上并超过国外，当然是十分艰巨的。于是有些人就转向所谓的冷门，或“新领域”。这种主观上过分迫切的心情在一定条件下使当事人在科学的判断上出现病态。这种心态，不仅在科学界有，在我国政治、经济各个领域中也时有表现。多年来我国政治、经济许多方面的决策失误，往往与这种心态有关。这是在我国情况下一种特殊的主观因素。最近，李/鹏同志在总结我国十年改革的经验时，提出三个性急不得：即对我国经济建设性急不得；对改革开放性急不得；对治理整顿也性急不得。这是对我国40年社会主义经济建设及十─年改革开放实践的科学总结。其实，科学和技术的发展同样也是性急不得。没有长时间的艰苦而大量的科学积累，是不会找到科学上的捷径的。 　　(2) 科学研究中的投机心理是病态科学的另一重要原因。应该坦率地指出，有一些科学工作者不善于，甚至害怕从事严肃、严格、严密的科学研究，但又幻想着有朝一日能廉价地作出科学上重大发现而一鸣惊人。他们不了解科学的发展是有客观规律的。科学史上一些看起来是偶然的发现背后都有着深刻的必然规律在起作用。而作为科学家本人，如果没有对有关科学领域的理论及实验水平已经达到的高度有较深入而全面的了解，常常会出现两种失误：一种失误是当这种“偶然”降临到他面前时，他并不敏感，因而丢掉了机会。这种事件往往给人们以深刻的印象，也较为广泛地被报章杂志所乐于传播；另一种失误则是这本不是新现象，而只是某种实验条件引起的假象，而当事人开始并不了解，作了错误的推理或假设。和前一种失误相比，后者更是大量地、经常地发生，但并不为局外人所知晓。这种不正确的假设在科学研究的实践中是不断出现的。科学家可以说正是在不断纠正自己的这种错误中前进的。而想在─次偶然事件中中彩的强烈欲望却容易使自己丧失科学判断的能力，自我陶醉在自己的“理论”之中，从而破坏了正常的研究过程。 　　应该着重强调的是，科学上这种投机心理及相应的研究方法，对年轻人有很坏的影响。许多年轻人误认为科学上的发现都是“碰”出来的，从而忽视了科学上的积累与循序渐进。他们梦想某一天早晨出现奇迹，能打倒一切己知的定律。文化革命前及文革中，我国高等学校每一次运动都提出过许多“打倒”的口号，而每─次的事实也都证明，被打倒的不是那些已被检验而确定的科学原理或定理，而是他们自己的主观主义。 　　(3) 自然科学家是会犯错误的，但是科学作为一个事业，科学家作为一个集体，在正常情况下，有自我改正错误、自我完善的能力。有一套机制、一系列规则来保证这些错误不断得到纠正。这也是自然科学研究本身的性质所决定的，即使出现病态科学──这对当事人无疑是一个大悲剧，随着研究的不断深入，问题也是会得到澄清的，而防止与克服病态科学的最好办法就是严格按照科学工作评审及发表的程序进行。充分发挥同行评议的作用，必要时可以组织特设的专家评审小组。但决不要诉诸科学界以外的势力，或本专业以外的某些名流的影响。在我国，病态科学之所以造成较大的破坏性和影响，原因就在于有过多的局外人插手，这里既有各种社会名流，更有不少记者和作家。当然，这些人中有相当一部分也是抱着极为祟高的目的与善良愿望──支持新生事物。但是他们不了解，在近代科学的各个领域中，判断什么是真正的新生事物，什么不是，是要有足够深入而全面的该专业的知识的。这本身并不是一件容易的事情。正确的做法是将这些留给专业的科学家们自己去争论。事实上，大至全世界的科学发展史，小至中国近40年的科学进步史，都证明：真正重视并正确评价科学价值的，首先是科学界自身，而不是其他什么人。 　　在结束本文的时候，笔者愿意提出：在自然科学史中，研究病态科学，无疑是有兴趣的。但是病态科学所涉及的现象，在社会生活其他领域，诸如政治、经济及社会科学研究中，都有表现。事实上病态科学的出现往往也是和当时当地的其他社会现象及心理状态密切相关的。因此，作为一大类社会现象，研究它将具有十分现实的意义。 参考文献： [1] I. Langmuir, Physics Today, 10(1989)36 [2] M. A. Rothman, Skeptical Inquirer, 14(1990)161 [3] 唐林，科技导报，32(1990)38 [4] 金尚宪，科技导报，32(1990)38 [5] A. Deninno et al, Europhys Lett., 9 (1989)221 [6] Menlove et al, Los Alamos National Lab Report LA-UR-89-1570 [7] B. Balke et al, Phys. Rev., C42(1990)30 [8] 中国科学报，1990年9月25日 [9] 科技导报，29(1990)46