当你是一个科学家时，得到一个意想不到的结果可能是一把双刃剑。当今最流行的理论可以告诉你你应该期待什么，但只有通过面对现实世界的科学调查——包括实验、测量和观察——你才能检验这些理论。最常见的情况是，你的结果与主流理论的预测一致；这就是为什么它们首先成为主流理论的原因。
- 图注：暖热的星系际介质（WHIM）之前已经见过，沿着令人难以置信的过度密集区域，如上图所示。但可以想象的是，宇宙中仍有惊喜，我们目前的理解将再次受到一场革命的影响。
但每隔一段时间，你就会得到一个与你的理论预测相冲突的结果。一般来说，当这种情况发生在物理学中时，大多数人都默认了这样的解释：实验有问题。要么是无意的错误，要么是妄想的自欺欺人，要么是彻头彻尾的故意欺诈。但也有可能一些相当奇妙的事情正在发生：我们正在看到宇宙中新事物的最初迹象。同时保持怀疑和开放是很重要的，历史上的五个例子清楚地说明了这一点。
- 图注：迈克尔逊干涉仪（上图）显示，与伽利略相对论为真（下图，虚线）时的预期相比，光线模式（下图，实线）的变化可以忽略不计。无论干涉仪朝向哪个方向，包括与地球在空间中的运动相垂直或相反，光速都是相同的。
故事1
这是19世纪80年代，科学家们测量光速的精度非常高：29.98万公里/秒左右，不确定度约为0.005%。这足够精确了，如果光通过固定空间的介质，我们应该能够分辨出它与地球绕太阳的运动（以30公里/秒的速度）的夹角。
迈克尔逊-莫利实验正是为了测试这一点而设计的，它预计光将以不同的速度通过空间介质（当时称为以太），速度取决于地球相对于仪器的运动方向。然而，当实验进行时，不管仪器的方向如何，也不管它在地球轨道上什么时候发生，它总是给出相同的结果。这是一个出乎意料的结果，与当时的主流理论背道而驰。
- 图注：大质量原子核β衰变的示意图。β衰变是通过弱相互作用进行的衰变，它将中子转化为质子、电子和反电子中微子。在中微子被发现之前，β衰变中的能量和动量似乎都不守恒。
故事2
20世纪20年代末，科学家发现了三种放射性衰变：α衰变、β衰变和γ衰变。在α衰变中，一个不稳定的原子核发射出一个α粒子（氦-4核），两个“子”粒子的总能量和动量都与“父”粒子守恒。在伽马衰变中，伽马粒子（光子）被发射出来，从初始状态到最终状态都保持能量和动量。
但在β衰变过程中，β粒子（电子）被发射出来，其中子粒子的总能量小于父粒子，动量不守恒。能量和动量是两个在粒子相互作用中总是守恒的量，所以看到一个能量损失的反应，一个净动量不知从哪里冒出来，就违反了这两个规则，在任何其他粒子反应、碰撞或衰变中都看不到违反。
- 图注：现有超新星的最佳数据集之一，收集时间约为20年，误差条显示了其不确定性。这是第一数据集有力地表明宇宙的加速膨胀。最初支持这一结论的原始数据于1998年公布。
故事3
现在是90年代末，科学家们正在努力测量宇宙究竟是如何膨胀的。地面观测和天基观测（使用相对较新的哈勃太空望远镜）结合使用每种类型的距离指示器来测量两个数字：
- 哈勃常数（今天的膨胀率），
- 以及减速参数（引力是如何减缓宇宙膨胀的）。
多年来，科学家们仔细测量了许多不同类型的Ia超新星在远距离的亮度和红移，并初步公布了他们的研究结果。根据他们的数据，他们得出的结论是“减速参数”实际上是负的，而不是引力减缓宇宙的膨胀，随着时间的推移，更遥远的星系似乎在其明显的消退速度中加速。在由正常物质、暗物质、辐射、中微子和空间曲率组成的宇宙中，这种效应在理论上是不可能的。
- 图注：通过数百公里的空间加速发送任何粒子都不会导致粒子的速度比光子快。几年前，OPERA合作实验以更快的结果而闻名。中微子到达的时间比预期早了几十纳秒，也就是说它的速度比光速快了0.002%。
故事4
再2011年，大型强子对撞机才运行了很短一段时间。利用高能粒子的各种实验正在进行中，试图测量宇宙的各个方面。其中一些涉及到粒子在一个方向上的碰撞，而粒子在另一个方向上的移动同样快；另一些涉及到“固定目标”实验，即快速移动的粒子与静止的粒子碰撞。
在后一种情况下，会产生大量的粒子，这些粒子都朝着同一个方向运动：粒子簇射。其中一些产生的粒子会很快衰变，一旦衰变就会产生中微子。一项实验试图在数百公里外测量这些中微子，得出了一个惊人的结论：这些粒子比预期的要早几十纳秒到达。如果所有粒子，包括中微子，都受到光速的限制，这在理论上是不可能的。
- 图注：ATLAS和CMS双质子突起，一起显示，在约750GeV下明显相关。尽管这一结果令人信服，但仍没有超过实验物理中5西格玛“金标准”。
故事5
已经进入21世纪10年代，大型强子对撞机已经运行多年。第一次实验的全部结果已经出来了，希格斯玻色子已经被发现并被授予诺贝尔奖，同时标准模型的其他部分也得到了进一步的证实。由于标准模型的所有部分现在都已牢固就位，而且几乎没有任何东西指向任何不寻常的地方，粒子物理看起来是安全的。
但数据中有一些异常的“波动”：在某些能量下出现的额外事件，标准模型预测不应该有波动。在两个相互竞争的合作中，在这些独立能量最大的能量下碰撞粒子，一个明智的交叉检验是看CMS和ATLAS是否找到相似的证据，并且两者都是。不管发生了什么，它都与我们最成功的理论所给出的理论预测不符。
- 图注：基于磁约束等离子体的聚变装置。热核聚变在科学上是有效的，但实际上尚未达到“盈亏平衡”点。另一方面，冷聚变从未得到有力的证明，但它是一个充斥着江湖骗子和无能者的伪科学领域。
在每一种情况下，认识到什么是可能的是很重要的。一般来说，有三种可能性。
- 这里根本没什么可看的。所发生的事情只不过是某种错误而已。无论是因为诚实、不可预见的错误、错误的设置、实验性的无能、破坏行为，还是骗子蓄意的恶作剧或欺诈，都无关紧要；声称的效果是不真实的。
- 物理学的规则，正如我们到目前为止所设想的那样，并不像我们所相信的那样，这个结果暗示着我们的宇宙与我们到目前为止所想的有所不同。
- 宇宙中有一个新的组成部分——以前我们的理论预期中没有包括的东西——其影响可能是第一次出现在这里。
- 图注：表观膨胀率（y轴）与距离（x轴）的曲线图与过去膨胀得更快的宇宙相一致，但遥远星系在今天的衰退中正在加速。这是哈勃原著的现代版本，比哈勃原著延伸了数千倍。注意，这些点并没有形成一条直线，这表明了膨胀率随时间的变化。宇宙遵循它所做的曲线这一事实表明暗能量的存在和后期的支配地位。
我们怎么知道哪个在玩？科学过程只需要一件事：我们收集更多的数据、更好的数据和独立的数据，要么证实，要么反驳所看到的。新的思想和理论取代旧的思想和理论，只要它们：
- 在他们工作的地方重现同样成功的结果，
- 解释旧理论没有的新结果，
- 以及至少做出一个不同于旧理论的新预测，这个理论在原则上可以被寻找和测量。
对意外结果的正确的第一反应是尝试并独立地再现它，并将这些结果与其他互补的结果进行比较，这些结果将有助于我们在全套证据的背景下解释这一新结果。
- 图注：中微子最初于1930年提出，但直到1956年才从核反应堆中被发现。在此后的几十年里，我们从太阳、宇宙射线甚至超新星中探测到中微子。在这里，我们看到了上世纪60年代在Homestake金矿进行的太阳中微子实验中使用的水箱的结构。
这五个历史故事中的每一个都有不同的结局，尽管它们都有可能给宇宙带来革命性的变化。按顺序，发生了如下情况：
- 进一步的实验表明，对于所有参考系中的所有观察者，光速都是相同的。没有以太的必要；相反，我们关于事物如何在宇宙中运动的概念是由爱因斯坦的相对论而不是牛顿定律所支配的。
- 能量和动量实际上都是守恒的，但那是因为有一个新的，看不见的粒子，也在β衰变中发射出来：中微子，正如沃尔夫冈·保利在1930年提出的那样。中微子，仅仅是几十年的假设，最终在1956年，也就是保利去世的两年前被直接探测到。
- 最初遭到怀疑，两个独立的小组继续收集关于宇宙膨胀的数据，但怀疑论者并不相信，直到来自宇宙微波背景和大规模结构数据的改进数据都支持同样的意外结论：宇宙也包含暗能量，导致观测到的加速膨胀。
- 最初由OPERA合作得出6.8西格玛的结果，其他实验未能证实其结果。最终，OPERA团队发现了一个错误：有一根松脱的电缆给出了这些中微子飞行时间的错误读数。修正错误后，异常消失了。
- 即使有来自CMS和ATLAS的数据，这些结果的显著性（双玻色子和双光子碰撞）也从未超过5西格玛阈值，似乎只是统计上的波动。随着大型强子对撞机获得更多的数据，这些波动消失了。
大型强子对撞机
另一方面，有大量的合作实验太快，无法观察到异常，然后根据这一观察提出非同寻常的主张。DAMA合作实验尽管出现了大量的危险信号，也没有成功的确认尝试，但他们还是声称直接探测到了暗物质。观察到一个特定的核衰变的Atomki异常，在这种衰变的角度分布中看到了一个意想不到的结果，声称存在一个新的粒子X17，它具有一系列前所未有的性质。
有人声称冷聚变违背了核物理的常规规则。有人声称，无反应，无推力发动机，这是违反规则的动量守恒。
所谓冷聚变设备
无论何时你做一个真实的，真诚的实验，重要的是你不要偏袒自己去获得你预期的结果。你要尽可能负责任，尽一切可能正确校准仪器，了解所有误差和不确定性来源，但最后，你必须诚实地报告结果，不管你看到什么。
如果实验得出的结果没有被后来的实验所证实，就不应该受到惩罚；OPERA、ATLAS和CMS的合作尤其在发布数据时做了令人钦佩的工作，并给出了所有适当的警告。当异常现象的最初迹象出现时，除非实验（或实验者）有一个特别明显的缺陷，否则无法知道它是一个实验缺陷、一个看不见的成分的证据，还是一套新物理定律的先兆。只有有更多、更好、独立的科学数据，我们才能希望解决这个难题。
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