你必须先相信才能看到。正是这种信念导致一些著名科学家感知到实际上并不存在的辐射射线。N射线事件是物理学史上最严重的集体失误之一，也提醒我们，为什么科学仍然是抵御自身错觉的最佳屏障。
撰文 | 任平生
棱镜已经被悄悄拆下，科学家却仍声称看到了N射线的光谱。
1904年夏天，法国南锡大学的一间实验室被遮得几乎不透光。美国物理学家罗伯特·W·伍德（Robert W. Wood）站在黑暗中，看着法国同行勒内·布朗德洛特（René Blondlot）和助手寻找一组肉眼几乎无法分辨的“谱线”。
按照布朗德洛特的理论，一束新发现的辐射经过铝制棱镜后会发生折射和色散，只要移动一条涂有硫化钙的微弱发光条，就能根据亮度的变化找到不同波段的位置。
只不过，趁着黑暗，伍德悄悄把那块铝棱镜从仪器上拿了下来。
如果布朗德洛特的理论正确，失去棱镜之后，就不可能观测到色散光谱。然而布朗德洛特和助手仍然报出了与此前相同的谱线，仿佛棱镜还在那里。
同年9月29日，伍德在《自然》（Nature）发表访问报告。他说，自己在实验室待了三个多小时，没有观察到任何能够证明N射线存在的现象，并形成了一个“非常坚定的判断”：那些得到阳性结果的实验者以某种方式受到了误导。
1904年9月29日，伍德发表在《自然》上的报告 | 图源：physics.smu.edu
这就是科学史上著名的“N射线事件”（N-rays）最具戏剧性的一幕。它后来经常被描述成一个关于科学家自我欺骗的故事：一群人在黑屋里看见了根本不存在的光。
但这件事真正值得追问的地方，恰恰在于当事人并非缺乏科学训练。布朗德洛特此前是法国颇受尊敬的实验物理学家，支持N射线的人中也有物理学家、生理学家和医生。1903年至1906年，围绕这种不存在的辐射，约100名研究者发表了300多篇论文。
一个虚假的现象，为什么学术界还能观测到如此丰富的证据？
一个适合“新射线”诞生的时代
让我们首先看看20世纪初的物理学领域。
1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen）发现X射线；1896年，法国物理学家昂利·贝克勒尔（Henri Becquerel）发现铀盐的自发辐射，随后皮埃尔·居里（Pierre Curie）和玛丽·居里（Marie Curie）把放射性研究推向新的阶段。1901年，伦琴获得首届诺贝尔物理学奖；1903年，贝克勒尔和居里夫妇共同获得诺贝尔物理学奖。
威廉·康拉德·伦琴和第一张X光照片 | 图源：Wikipedia
在今天看来，“一种看不见、可以穿过物质的新射线”很容易让人联想到伪科学。但对1903年的物理学界而言，情况恰恰相反。仅仅八年前，X射线还是一种从未有人见过的神秘辐射。物理学的边界正在快速向不可见世界扩张，发现新的辐射完全符合那个时代对科学前沿的想象。
故事的主角，布朗德洛特长期研究电磁波、光学和测量仪器，1894年成为法国科学院通讯院士。法国知名理论物理学家、数学家昂利·庞加莱（Henri Poincaré）的通信档案显示，布朗德洛特在电磁波研究中的实验能力曾得到广泛认可，这些工作也为他在法国物理学界建立了很高的信誉。
勒内·布朗德洛特 | 图源：Wikipedia
1903年2月，布朗德洛特在研究X射线的偏振。随后，他开始认为实验中观察到的某些效应并不来自X射线，而是一种此前未知的辐射。3月，他向法国科学院提交《论一种新的光》（Sur une nouvelle espèce de lumière）；5月，他正式使用“rayons N”这一名称，N取自Nancy，也就是他工作和生活的南锡。
讨论N射线的论文截图 | 图源：Wikipedia
最初的发现听起来其实并没有后来那么离奇。布朗德洛特观察到，当某种辐射射向一枚很小的电火花时，火花似乎会稍微变亮。后来他又使用涂有硫化钙的磷光屏，按照他的描述，经过所谓的N射线照射之后，本来已经十分微弱的磷光也会增强。
整个实验真正的问题，隐藏在“稍微”两个字里。
当人的眼睛变成探测器
资料显示，N射线实验要在接近全黑的环境中进行。观察者必须先让眼睛适应黑暗，然后判断一个接近视觉阈值的微弱光斑究竟是亮了一点，还是暗了一点。
也就是说，这套装置中最重要的探测器并不是一台仪器，而是实验者自己的眼睛，甚至是感受。布朗德洛特后来甚至给出了如何制作磷光屏、如何训练观察N射线的详细说明。
这是一种很容易产生认知偏差的实验条件。人在黑暗中观察接近视觉阈值的目标时，感受到的亮度并不稳定。暗适应程度、注视位置、周围亮度以及光源自身的随机波动，都可能让一个微弱光点看起来时亮时暗。
观察过程中，人的大脑会不断自问：“刚才是不是变亮了一下？”
如果实验者又先入为主地认为此刻“应该变亮”，问题就更严重了。
这并不意味着观察者在故意撒谎。我们总不能指望人的视觉系统会精确记录每个光子。大脑会把感官输入与已有经验、注意力和预期结合起来，对模糊信号作出解释。信号越弱，解释所占的比重通常越大。实验者可能真地相信自己看见了变化。
布朗德洛特也知道单纯依靠肉眼会受到质疑，于是开始寻找更客观的证据。他宣称N射线能够被反射、折射、偏振和色散，并使用铝棱镜将其分解成一系列谱线，甚至计算出多个折射率和波长。按照他的实验，N射线逐渐拥有了一整套类似普通光的物理性质。
他还尝试用摄影证明N射线能够增强电火花的亮度。不过摄影并没有真正解决问题，因为相机记录的仍然是那枚本身就在不断波动的火花，而火花的亮度存在自然波动，曝光时间和实验操作又掌握在对结果有预期的实验者手中。
与此同时，N射线的世界开始迅速扩张。
布朗德洛特及其他研究者陆续宣称，N射线可以来自能斯特灯、太阳、加热物体以及受到机械应力的材料，石英等物质还能把它储存起来。南锡大学的生理学家奥古斯坦·夏庞捷（Augustin Charpentier）进一步报告，动物以及人体的神经与感官功能也会产生N射线。
一个最初来自电火花亮度变化的异常现象，很快获得了涉及到光学、材料学和生理学的庞大知识体系。新的论文引用旧的论文，新的实验又建立在已经被接受的性质之上。1903—1906年间，相关论文发表300余篇，涉及约100名科学家和医生。
这里要纠正一种流传很广的说法：N射线并非“只有法国人才看得见”。研究指出，法国之外确实存在少数报告阳性结果的研究者，只是支持者明显集中在法国。
重复实验不断失败
到1904年初，裂缝已经越来越明显。
《自然》不断收到重复失败的报告，包括德国物理学家奥托·卢默（Otto Lummer）、英国物理学家威廉·克鲁克斯（William Crookes）在内的全球各地的研究团队都表示无法复现布朗德洛特的结果。他们开始怀疑，这些变化可能单纯来自观察者视网膜和感知过程，而不是一种外部辐射。
很多物理学家都尝试复现N射线，均以失败告终 | 图源：Scientific American
问题在于，重复失败很容易被重新解释。
布朗德洛特拥有很高的学术声望，因此当其他实验室看不到N射线时，一种自然反应是怀疑自己的设备、实验方法，甚至是眼睛不够敏感。
法国物理学家昂利·佩拉特（Henri Pellat）当时公开表达过一种很典型的态度：他愿意相信N射线存在，因为布朗德洛特是一位非常严肃、实验能力很强的科学家，难以想象他会受到错觉或暗示影响。
就这样，一个人在过去研究中获得的可信度，被当成了下一项实验必然正确的证据。
民族和社会环境又进一步增强了这种力量。南锡位于法国东部，距离1871年普法战争后被德国吞并的阿尔萨斯-洛林很近，在当时具有“边境大学”的象征意义。
后来，有科学史研究指出，在法德科学竞争以及此前其他国际科学争议的背景下，N射线逐渐被法国部分学界赋予了国家荣誉的意味。德国已经有赫兹的电磁波和伦琴的X射线，法国出现一种新的“N射线”，自然具有超出科学本身的象征价值。
当重要的棱镜被拿走
1904年夏天，争论已经持续一年多，美国物理学家伍德来到南锡，准备亲自观察实验。
罗伯特·W·伍德 | 图源： AIP
他没有从实验一开始就偷走棱镜。在布朗德洛特展示“N射线能够增强微小电火花亮度”时，伍德先提出一个很简单的测试：由自己把手伸进或者移出所谓射线的传播路径，让观察者只根据屏幕亮度判断射线有没有被挡住。
结果，实验者报出的“亮”和“暗”与伍德实际的动作没有稳定对应关系。有时伍德的手根本没有移动，对方仍然报告亮度正在交替变化。这已经能说明问题了。
随后才出现了科学史上荒诞的一幕。
布朗德洛特认为，N射线通过棱镜后会像白光一样产生色散，不同N射线会在不同角度出现。黑暗的实验室给了伍德可乘之机，他悄悄把棱镜拆了下来。按照布朗德洛特自己的理论，原来的N射线光谱此时已经无法形成，但实验者仍然在预期的位置“找到”了那些谱线。
用今天的实验标准看，伍德的做法还谈不上严格的双盲实验，也没有系统的统计分析。但它加入了一个关键控制：让观察者在不知道实验装置是否真的改变的情况下，继续判断N射线是否出现。如果所谓亮度变化来自真实的物理效应，那么观察结果应该与棱镜是否存在、射线路径是否被遮挡相对应。如果这种对应关系消失，就说明观察者的预期很可能正在影响判断。
这样一来，问题的重点就不再是“某个人的眼睛是否足够敏锐”，而是“当观察者不知道真实实验条件时，他还能不能稳定地区分有N射线和没有N射线的情况”。
1904年9月29日，伍德的报告正式刊登在《自然》。此前任何重复失败，都可以归因于实验者缺乏技巧或者实验条件不合适。伍德却证明，在布朗德洛特自己的实验室里，当研究者相信装置正常运行时，即使一个理论上不可缺少的部件已经消失，他们仍然可以得出预期结果——何其荒谬。
一场科学错误是怎样结束的
N射线并没有在伍德发表报告的当天消失不见。
1904年12月，法国科学院仍然把勒孔特奖（Prix Leconte）授予布朗德洛特，奖金高达5万法郎。最终的正式授奖理由表彰的是布朗德洛特的全部科学工作，但庞加莱执笔的报告仍特意表示，“在不预判N射线意义的前提下，委员会希望表达对他的信任与支持”。
布朗德洛特本人仍在努力挽救这一发现。他继续进行摄影实验，还在1905年向庞加莱解释自己的实验方案，认为摄影能够提供客观证据。相关研究甚至延续到了1906年前后。只是随着独立重复持续失败、控制实验越来越不利，N射线逐渐失去支持者，最终退出主流物理学研究。
布朗德洛特并没有因此倒下（也有说法称他此而精神失常，但时间线存疑）。史学家普遍认为，他之后继续在南锡大学任教，1910年退休，直到1930年才以81岁高龄去世。后来的史料研究也没有发现可靠证据证明他蓄意捏造N射线。
这恰恰让整个事件更加值得研究。
如果布朗德洛特只是一名骗子，实验数据造假，别人戳穿骗局，故事就结束了。但现有史料更支持另一种解释，至少大部分参与者相信自己真的观察到了这些现象。一个诚实、聪明、受过良好训练的人，完全可能在设计不良的实验里不断获得支持错误理论的“证据”。
1906年，法国实验心理学家昂利·皮埃隆（Henri Piéron）把N射线从物理学问题转化成了心理学问题。他把这段历史称为一种“信念的历史”，认为其中存在明显的主观和暗示成分。后来科学史家又进一步指出，实验心理、研究共同体结构、权威关系和国家背景共同导致了这个错误的形成。
皮埃隆的论文《N射线的兴盛与衰落》，从心理学的角度来讨论该事件 | 图源：L'Année psychologique
从现代实验科学的角度看，其中至少有三个机制互相加强。
首先是低信噪比。当真实差异已经小到接近人的感知阈值，随机波动本身就可以不断制造看起来若隐若现的阳性结果。
其次是实验者期望。同一个人既操作装置，又知道什么时候应该出现结果，最后还负责判断亮度，相当于把理论预期直接带进测量。
第三是社会反馈。权威研究者发表结果之后，后来者会按照他的描述学习如何观察。而论文越来越多，又反过来让每个新加入者更相信这一现象已经得到了充分验证。
我们倾向于相信知名科学家的科学素养，长期的科学研究训练当然能够提高专业识别能力，但在缺少客观标准时，它也可能让人越来越熟练地寻找自己先入为主的认知。
因此，科学的可靠性不应建立在科学家永远理性、永远不会受到暗示之上。它建立在另一套更现实的假设上：人一定会犯错，因此实验必须设计得能够抵抗研究者自己的期待。
医学影像需要盲读，临床试验需要随机化和盲法，依赖显微图像的材料研究需要提前规定判断标准，行为实验需要控制实验者暗示，任何带有人工评分的研究都要警惕评价者提前知道正确答案。
N射线事件真正值得警惕的，是一种逐渐失去证伪能力的验证方式：看见了，可以证明它存在；看不见，也可以归咎于观察者不够敏感。当任何结果都能被解释为对原有判断的支持，错误就很难再通过实验本身得到纠正。
参考资料
[1] https://www.rexresearch.com/blondlot/nrays.htm
[2] https://www.persee.fr/doc/psy_0003-5033_1906_num_13_1_1295
[3] https://api.pageplace.de/preview/DT0400.9781316811030_A28873785/preview-9781316811030_A28873785.pdf
[4] https://mirrors.xmission.com/gutenberg/1/5/2/0/15207/15207-h/15207-h.htm
[5] https://wellcomecollection.org/works/kta7p4wy/items
[6] https://skepticalinquirer.org/wp-content/uploads/sites/29/2019/03/1978-02.pdf
[7] https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/030631293023001003
[8] https://www.nature.com/articles/070530a0
[9] https://www.aps.org/apsnews/2007/08/robert-wood-debunks-nrays
[10] https://www.lemonde.fr/archives/article/1987/08/21/avions-renifleurs-et-rayons-n_4042282_1819218.html
[11] https://www.physics.smu.edu/pseudo/Threshold/Wood1904.pdf
[12] https://www.afas.fr/laffaire-des-rayons-n/
[13] https://hal.science/jpa-00240758v1/file/ajp-jphystap_1903_2_339_1.pdf
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