未来的科学：理论and/or 模型？ _模型

去年的诺贝尔物理学奖颁发给了索尔·佩尔穆特（Saul Perlmutter）、布赖恩·施密特（Brian P. Schmidt）和亚当·里斯（Adam G. Riess），以表彰他们发现宇宙在加速膨胀。这项发现带来了一个惊人的猜想：我们宇宙 75% 的成分可能是迄今为止未知的一种东西——暗能量。这是一个重要的发现，背后有许多聪明的头脑和精彩的历史。它延续了一个宏大叙事的传统，从亨丽爱塔·勒维特（他建立了计算天体间距离的标准参考物）到爱因斯坦（被他鄙弃的宇宙常数因为这些发现而复活了）到埃德温·哈勃，继之以乔治·勒梅特和乔治·伽莫夫（的大爆炸理论），最终汇聚于我们当今对膨胀宇宙的繁复领悟。
但是和这些知识同样有趣的，是获奖的发现所揭示出来的我们的无知程度。这项奖颁给了一项证明宇宙在加速膨胀的观测，而不是对这个现象的解释。没人真正知道宇宙为什么在加速膨胀。当下对加速的解释包含一系列的不同模型，其中用到了像 “暗能量” 这样的东西，但是这些东西是否存在都没有得到确定的证明，不能良好地解释我们观测到的事实。这让我很好奇，会不会这样一连串的模型就会在没有相应坚实理论的情况下成为未来科学的主体。
20 世纪见证了许多物理学理论的进展，这些理论和实验相符到了惊人的准确度。这一进步的顶峰是在量子电动力学，其精确程度用费曼的话说等同于测量纽约和洛杉矶之间的距离，误差不超过一根头发。自那时起，我们令理论和实验在数值上相符这件事又取得了一些成功，最著名的是验证大爆炸理论和粒子物理标准模型的工作。但是暗能量这东西——要论和实验的符合程度，迄今为止关于它的理论里还没有一个能赶得上量子电动力学的精确程度，事实上是差十万八千里。
当然，就这么批评暗能量是不公正的，毕竟我们只是刚开始探索它的奥秘而已。也许有一天我们能找到一个综合全面的理论，但考虑到这件事情的复杂程度（我们这可是等于要解释宇宙中一切物质和能量的本质?。? ，有可能我们将不得不与模型为伍，永远得不到真正的理论。而且这可能不只限于宇宙学，对其他学科也一样。事实是，近来科学试图处理的那些现象全都是多因素的、复杂的、涌现的。那种机械的、还原论的研究方法，虽然曾经在原子物理和分子生物学领域大显身手，但可能要想把这些复杂现象拆开就力不从心了。就以生物学为例，你真的认为我们可以得到人类大脑的完整 “理论”，能够定量计算出任何一个大脑状态，进而导出我们的意识和我们对外部世界的回应吗？那么试着建立一个信号传导的 “理论”，允许我们不但能预测、还能（在整体论的意义上）真正理解生物体内药物和生物分子的所有相互作用，又如何呢？然后还有其它的复杂现象，比如经济学、天气和社交网络呢。看起来，我们不太能指望在短期内为这些现象搭建真正高屋建瓴的理论。
另一方面，大部分这类领域都充斥着准确度和有效性各异的解释性模型，这在我看来也许预兆了未来的方向。最重要的是，数学建模和模拟会逐渐被承认为是科学的 “第三条腿”——另两条是理论和实验。很多人已经逐渐意识到，当前科学面临的诸多巨大挑战可能不适合建成严谨的理论，我们可能不得不将描述现象的模型也看作是独立的、权威的、解释性的实体，拥有单独存在的权利。其实在化学、生物、气候科学和社会科学领域，我们已经见证了这一现象的发生，我也听说现在就连宇宙学家也严重依赖于宇宙的计算模型。我自己研究的制药领域就是模型成败的绝好案例。这个领域里，模型不但用于计算模拟药物和疾病相关蛋白之间在分子层面的相互作用，还用来整合药理学数据和X射线衍射数据，构建基因和蛋白质网络，甚至执行和分析临床试验。药物发现和开发的每一步都要以模型为先驱，很难想象我们什么时候能获得一个整体的 “理论” 来包容药物研制全过程的每一个阶段。