當你是一個科學家時，得到一個意想不到的結果可能是一把雙刃劍。當今最流行的理論可以告訴你你應該期待什麼，但只有通過面對現實世界的科學調查——包括實驗、測量和觀察——你才能檢驗這些理論。最常見的情況是，你的結果與主流理論的預測一致；這就是為什麼它們首先成為主流理論的原因。

圖注：暖熱的星系際介質（WHIM）之前已經見過，沿著令人難以置信的過度密集區域，如上圖所示。但可以想象的是，宇宙中仍有驚喜，我們目前的理解將再次受到一場革命的影響。

但每隔一段時間，你就會得到一個與你的理論預測相沖突的結果。一般來說，當這種情況發生在物理學中時，大多數人都默認了這樣的解釋：實驗有問題。要麼是無意的錯誤，要麼是妄想的自欺欺人，要麼是徹頭徹尾的故意欺詐。但也有可能一些相當奇妙的事情正在發生：我們正在看到宇宙中新事物的最初跡象。同時保持懷疑和開放是很重要的，歷史上的五個例子清楚地說明了這一點。

圖注：邁克爾遜干涉儀（上圖）顯示，與伽利略相對論為真（下圖，虛線）時的預期相比，光線模式（下圖，實線）的變化可以忽略不計。無論干涉儀朝向哪個方向，包括與地球在空間中的運動相垂直或相反，光速都是相同的。故事1

這是19世紀80年代，科學家們測量光速的精度非常高：29.98萬公里/秒左右，不確定度約為0.005%。這足夠精確了，如果光通過固定空間的介質，我們應該能夠分辨出它與地球繞太陽的運動（以30公里/秒的速度）的夾角。

邁克爾遜-莫利實驗正是為了測試這一點而設計的，它預計光將以不同的速度通過空間介質（當時稱為以太），速度取決於地球相對於儀器的運動方向。然而，當實驗進行時，不管儀器的方向如何，也不管它在地球軌道上什麼時候發生，它總是給出相同的結果。這是一個出乎意料的結果，與當時的主流理論背道而馳。

圖注：大品質原子核β衰變的示意圖。β衰變是通過弱相互作用進行的衰變，它將中子轉化為質子、電子和反電子中微子。在中微子被發現之前，β衰變中的能量和動量似乎都不守恆。故事2

20世紀20年代末，科學家發現了三种放射性衰變：α衰變、β衰變和γ衰變。在α衰變中，一個不穩定的原子核發射出一個α粒子（氦-4核），兩個“子”粒子的總能量和動量都與“父”粒子守恆。在伽馬衰變中，伽馬粒子（光子）被髮射出來，從初始狀態到最終狀態都保持能量和動量。

但在β衰變過程中，β粒子（電子）被髮射出來，其中子粒子的總能量小於父粒子，動量不守恆。能量和動量是兩個在粒子相互作用中總是守恆的量，所以看到一個能量損失的反應，一個淨動量不知從哪裡冒出來，就違反了這兩個規則，在任何其他粒子反應、碰撞或衰變中都看不到違反。

圖注：現有超新星的最佳資料集之一，收集時間約為20年，誤差條顯示了其不確定性。這是第一資料集有力地表明宇宙的加速膨脹。最初支援這一結論的原始資料於1998年公佈。故事3

現在是90年代末，科學家們正在努力測量宇宙究竟是如何膨脹的。地面觀測和天基觀測（使用相對較新的哈勃太空望遠鏡）結合使用每種型別的距離指示器來測量兩個數字：

哈勃常數（今天的膨脹率），以及減速引數（引力是如何減緩宇宙膨脹的）。

多年來，科學家們仔細測量了許多不同型別的Ia超新星在遠距離的亮度和紅移，並初步公佈了他們的研究結果。根據他們的資料，他們得出的結論是“減速引數”實際上是負的，而不是引力減緩宇宙的膨脹，隨著時間的推移，更遙遠的星系似乎在其明顯的消退速度中加速。在由正常物質、暗物質、輻射、中微子和空間曲率組成的宇宙中，這種效應在理論上是不可能的。

圖注：通過數百公里的空間加速傳送任何粒子都不會導致粒子的速度比光子快。幾年前，OPERA合作實驗以更快的結果而聞名。中微子到達的時間比預期早了幾十納秒，也就是說它的速度比光速快了0.002%。故事4

再2011年，大型強子對撞機才運行了很短一段時間。利用高能粒子的各種實驗正在進行中，試圖測量宇宙的各個方面。其中一些涉及到粒子在一個方向上的碰撞，而粒子在另一個方向上的移動同樣快；另一些涉及到“固定目標”實驗，即快速移動的粒子與靜止的粒子碰撞。

在後一種情況下，會產生大量的粒子，這些粒子都朝著同一個方向運動：粒子簇射。其中一些產生的粒子會很快衰變，一旦衰變就會產生中微子。一項實驗試圖在數百公里外測量這些中微子，得出了一個驚人的結論：這些粒子比預期的要早幾十納秒到達。如果所有粒子，包括中微子，都受到光速的限制，這在理論上是不可能的。

圖注：ATLAS和CMS雙質子突起，一起顯示，在約750GeV下明顯相關。儘管這一結果令人信服，但仍沒有超過實驗物理中5西格瑪“金標準”。故事5

已經進入21世紀10年代，大型強子對撞機已經執行多年。第一次實驗的全部結果已經出來了，希格斯玻色子已經被發現並被授予諾貝爾獎，同時標準模型的其他部分也得到了進一步的證實。由於標準模型的所有部分現在都已牢固就位，而且幾乎沒有任何東西指向任何不尋常的地方，粒子物理看起來是安全的。

但資料中有一些異常的“波動”：在某些能量下出現的額外事件，標準模型預測不應該有波動。在兩個相互競爭的合作中，在這些獨立能量最大的能量下碰撞粒子，一個明智的交叉檢驗是看CMS和ATLAS是否找到相似的證據，並且兩者都是。不管發生了什麼，它都與我們最成功的理論所給出的理論預測不符。

圖注：基於磁約束等離子體的聚變裝置。熱核聚變在科學上是有效的，但實際上尚未達到“盈虧平衡”點。另一方面，冷聚變從未得到有力的證明，但它是一個充斥著江湖騙子和無能者的偽科學領域。

在每一種情況下，認識到什麼是可能的是很重要的。一般來說，有三種可能性。

這裡根本沒什麼可看的。所發生的事情只不過是某種錯誤而已。無論是因為誠實、不可預見的錯誤、錯誤的設定、實驗性的無能、破壞行為，還是騙子蓄意的惡作劇或欺詐，都無關緊要；聲稱的效果是不真實的。物理學的規則，正如我們到目前為止所設想的那樣，並不像我們所相信的那樣，這個結果暗示著我們的宇宙與我們到目前為止所想的有所不同。宇宙中有一個新的組成部分——以前我們的理論預期中沒有包括的東西——其影響可能是第一次出現在這裡。圖注：表觀膨脹率（y軸）與距離（x軸）的曲線圖與過去膨脹得更快的宇宙相一致，但遙遠星系在今天的衰退中正在加速。這是哈勃原著的現代版本，比哈勃原著延伸了數千倍。注意，這些點並沒有形成一條直線，這表明了膨脹率隨時間的變化。宇宙遵循它所做的曲線這一事實表明暗能量的存在和後期的支配地位。

我們怎麼知道哪個在玩？科學過程只需要一件事：我們收集更多的資料、更好的資料和獨立的資料，要麼證實，要麼反駁所看到的。新的思想和理論取代舊的思想和理論，只要它們：

在他們工作的地方重現同樣成功的結果，解釋舊理論沒有的新結果，以及至少做出一個不同於舊理論的新預測，這個理論在原則上可以被尋找和測量。

對意外結果的正確的第一反應是嘗試並獨立地再現它，並將這些結果與其他互補的結果進行比較，這些結果將有助於我們在全套證據的背景下解釋這一新結果。

圖注：中微子最初於1930年提出，但直到1956年才從核反應堆中被發現。在此後的幾十年裡，我們從太陽、宇宙射線甚至超新星中探測到中微子。在這裡，我們看到了上世紀60年代在Homestake金礦進行的太陽中微子實驗中使用的水箱的結構。

這五個歷史故事中的每一個都有不同的結局，儘管它們都有可能給宇宙帶來革命性的變化。按順序，發生了如下情況：

進一步的實驗表明，對於所有參考系中的所有觀察者，光速都是相同的。沒有以太的必要；相反，我們關於事物如何在宇宙中運動的概念是由愛因斯坦的相對論而不是牛頓定律所支配的。能量和動量實際上都是守恆的，但那是因為有一個新的，看不見的粒子，也在β衰變中發射出來：中微子，正如沃爾夫岡·保利在1930年提出的那樣。中微子，僅僅是幾十年的假設，最終在1956年，也就是保利去世的兩年前被直接探測到。最初遭到懷疑，兩個獨立的小組繼續收集關於宇宙膨脹的資料，但懷疑論者並不相信，直到來自宇宙微波背景和大規模結構資料的改進資料都支援同樣的意外結論：宇宙也包含暗能量，導致觀測到的加速膨脹。最初由OPERA合作得出6.8西格瑪的結果，其他實驗未能證實其結果。最終，OPERA團隊發現了一個錯誤：有一根鬆脫的電纜給出了這些中微子飛行時間的錯誤讀數。修正錯誤後，異常消失了。即使有來自CMS和ATLAS的資料，這些結果的顯著性（雙玻色子和雙光子碰撞）也從未超過5西格瑪閾值，似乎只是統計上的波動。隨著大型強子對撞機獲得更多的資料，這些波動消失了。

大型強子對撞機

另一方面，有大量的合作實驗太快，無法觀察到異常，然後根據這一觀察提出非同尋常的主張。DAMA合作實驗儘管出現了大量的危險訊號，也沒有成功的確認嘗試，但他們還是聲稱直接探測到了暗物質。觀察到一個特定的核衰變的Atomki異常，在這種衰變的角度分佈中看到了一個意想不到的結果，聲稱存在一個新的粒子X17，它具有一系列前所未有的性質。

有人聲稱冷聚變違背了核物理的常規規則。有人聲稱，無反應，無推力發動機，這是違反規則的動量守恆。

所謂冷聚變裝置

無論何時你做一個真實的，真誠的實驗，重要的是你不要偏袒自己去獲得你預期的結果。你要儘可能負責任，盡一切可能正確校準儀器，了解所有誤差和不確定性來源，但最後，你必須誠實地報告結果，不管你看到什麼。

如果實驗得出的結果沒有被後來的實驗所證實，就不應該受到懲罰；OPERA、ATLAS和CMS的合作尤其在釋出資料時做了令人欽佩的工作，並給出了所有適當的警告。當異常現象的最初跡象出現時，除非實驗（或實驗者）有一個特別明顯的缺陷，否則無法知道它是一個實驗缺陷、一個看不見的成分的證據，還是一套新物理定律的先兆。只有有更多、更好、獨立的科學資料，我們才能希望解決這個難題。