要想理解我們身處的世界，簡單地從A走到B，這條道路根本行不通。錯誤的開始、以失敗而告終、中間有U形的波瀾起伏都是這條道路的一部分。能夠坦然自若地接受挫折和失敗，也就是說，承認「我們做錯了」；能夠修正和摒棄以前廣受追捧、根深蒂固的觀念；能夠找到更新穎的想法來解釋不斷湧現的事實——這是科學不斷向前發展的不竭動力，我們也因此能夠更好地認識身處的世界。
這也意味著我們必須隨時保持警惕。儘管自然選擇進化理論、量子物理等具有顛覆性的想法百年一遇，但是，科學的塵沙也持續不斷地以不那麼劇烈的方式慢慢發生著變化。最近，英國《新科學家》在線版列出了9個經歷過挫折和轉變的科學例子，這些概念和理論要麼完全顛覆了以往的結論，要麼擁有重大的突破，不管如何，我們都可以從中看出科學家看待客觀世界時發生的變化。
調整元素周期表：元素的原子量並非恆定不變
我們很可能認為元素周期表是永恆不變的，然而，情況並非如此。首先，不斷有新元素填充進來，物理學家利用更小的原子創造出了這些新元素。現在，不斷有科學發現衝擊著元素周期表看似堅不可摧的堡壘，我們開始逐漸意識到：元素的原子量並非恆定不變。
原子量有兩種：原子原子量和元素原子量。原子原子量是原子以碳單位為質量單位量度的原子質量，是一種相對質量。而化學元素的原子量是指該元素在自然界存在的同位素混合物的平均原子量，跟混合物中各成分的佔有率直接有關。它同原子序數不能混為一談。特定元素原子核內中子的數量是恆定不變的。原子量等於原子序數加上中子的數量，因此，問題就出現了：元素可能以不同的形式而存在，比如很多元素都有同位素，其原子包含不同數量的中子。
為了反映這一點，元素周期表的「監護人」——國際純粹化學和應用化學聯合會（IUPAC）基於一個元素天然同位數的相對豐度計算出了該元素的平均原子量。例如，大多數氫原子有一個只包含一個質子的原子核，但有些氫原子也包含一兩個中子，因此，官方將氫的原子量定為1.00794，而不是1。
美國維吉尼亞州地質調查穩定同位素實驗室的科學家泰勒·科普倫表示，採用這種方法帶來的問題是，它會使一個錯誤的想法在人們的大腦中落地生根，老師們可能會告訴學生：「原子量是自然界的基本常量。」實則不然，某個特定元素不同同位素所佔的比例並非總是不變的。
大多數元素在自然界中都有一個佔優勢的穩定形式，比如地殼中含量最豐富的氧元素，其最穩定的形式是原子核內有8個質子（定義為氧元素的標誌）和8個中子的氧16，佔99%。但這個比例並非一成不變，在空氣、地下水、果汁或骨骼中都是不同的。比如，隨著水蒸氣穿越地球的大氣層從赤道循環到極地，包含越來越重的氫的同位素的水分子會更快地降落到海裡，因此，熱帶水域裡氫原子的平均原子量往往高於極地附近海洋中的氫原子的平均原子量。因為不同的原因，慢慢滲下阿拉斯加海岸附近海底的碳氫化合物中碳原子的平均原子量比元素周期表中提供的原子量要大0.01%。
以前公布的原子量是這些同位素的平均值，隨著同位素數量的不斷增長（118種元素有2000多種同位素），這些數值急需修訂。2010年12月，IUPAC規定，今後氧、氫、鋰、硼、碳、氮、矽、硫、氯和鉈這10種元素的原子量將以數值區間的方式進行標註，而不再只是一個失真的單一數值。比如氫的原子量是H[1.00784; 1.00811]。這一變化也表明，長期以來，科學界終於承認118種元素中大部分的原子量是變化的。
自從冥王星在2006年被剔除出太陽系大行星之列以來，最震撼科學界的大事當數化學元素原子量的全面改動了。作為主持修改元素原子量的負責人，科學家泰勒·科普倫表示，估計這一工作需要10年。他說，目前的工作已經有了良好的開端，餘下元素的原子量將陸續調整。
不過，在即將到來的改變來臨時，有些元素也會毫髮無傷，氟、鋁、鈉、金和另外17種元素只有一個穩定的同位素，因此，其原子量是自然常量。而有些放射性很強的元素因為其存在時間太短，很難確定其原子量。
沒有爬蟲這樣的動物
很長時間以來，人們都認為脊椎動物很簡單，包括兩棲動物、鳥類、魚類、哺乳動物和爬行動物這5種。鳥類擁有翅膀和羽毛；爬行動物有鱗片而且是冷血動物等等，各種動物各就各類，每種動物的形象都很清晰。
不過，這些都是遺傳分類學出現之前發生的故事了。遺傳分類學是一種生物分類的哲學，上世紀60年代由德國昆蟲學家威利·漢寧根提出。這種分類方法根據物種在進化樹上的祖先，分析其共有的特徵和同群物種之間的遺傳關係。這似乎很有道理，但是，理性分析後，我們發現，它使我們熟悉的分類法陷入混亂之中。
一個亮點是哺乳動物很好地證明了這一點：單個祖先物種哺育出所有活著的和已滅絕的哺乳動物，而且，沒有其他後代，那使它們成為進化樹上的一個邏輯「進化枝」，其分支遠離進化樹上的其他分支。鳥類也如此。
但是，爬行動物就很可憐。傳統的爬行動物——諸如蜥蜴、鱷魚、蛇、烏龜以及很多其他已經滅絕的物種——並非一個真正的進化枝，因為所有這些動物共同的祖先，在不同的時間節點上，也製造出了哺乳動物和鳥類。遺傳分支學認為，人們可以將這三種動物（爬行動物、哺乳動物、鳥類）混在一起，組成一個更大的超組——脊椎動物，但是，人們無法擁有一個單一的、持久的爬行動物分支。
兩棲動物的情況要好一點，但僅僅限於包括青蛙、蟾蜍、蠑螈、火蜥蜴、蚓螈等在內的活著的兩棲類動物和已經滅絕的兩棲類動物。而且，在更大規模上，兩棲動物也會遭遇爬行動物的問題：相關的進化枝包括所有四足動物。
因此，如果你認為遺傳分類學有點矯枉過正，也有道理。出於各種原因，大多數生物學家很願意使用傳統的、人們都理解的分類法，基於動物的明顯特徵來對動物進行分類。你不會聽到他們用「不會飛行的、不是哺乳動物的脊椎動物」來指代爬行動物。但是，這個術語真的是信息不太發達時代留下的殘羹冷炙。
有關核裂變的困惑
我們已經製造出了原子彈；製造出了能給我們提供清潔能源的核反應堆，如果你覺得這不可思議，那麼，當你認識到核裂變竟然基於一個誤解（此前科學家們認為，原子會發生對稱裂變，得到大小基本相等的碎片，而其實原子經常發生不對稱裂變），人們可能會跌破眼鏡。
我們認為情況是這樣的：當一個易受影響的元素裂變時，它一般會發生對稱分裂，也就是裂變碎片大小基本相等。科學家也知道有不對稱核裂變的例子，但迄今為止，尚沒有完整的理論模型來解釋對稱、不對稱裂變等各種現象。根據原子的殼層結構理論，質子和中子與核外電子一樣分別填充在內核層和外核層上，當原子核中質子和中子的數目達到某一合適數量時，原子核會特別穩定。如果一個原子並沒有裂變為完全相等的部分，它會優先裂開製造出一兩個「幻數」原子核。
去年，歐洲核子研究中心（CERN）的科學家使用上線同位素質量分離器（ISOLDE），在汞的一種不穩定同位素汞-180中，觀察到了一種不對稱裂變。ISOLDE是一個用來製造罕見的反射性同位素的裝置。科學家們原本以為，正在發生裂變的汞-180會對稱分裂為兩個完全相等且擁有的中子數和原子數正巧為「幻數」的鋯-90原子核。英國薩裡大學的科學家菲爾·沃克表示，假定所有這一切發生的話，準確地預測結果「是明顯的事情」。
但是，令人遺憾的是，汞-180並沒有遵循這個規則，而是不對稱地裂變為完全不相同的釕-100和氪-80。沃克表示：「這讓我們大吃一驚。顯然，像裂變這樣基本的一個過程都沒有按照大家所希望的那樣進行。」
「對稱分裂應該是佔優勢的，但卻沒有發生。」ISOLDE成員、西蘇格蘭大學的安德雷·安德烈耶夫說。參與ISOLDE項目的科學家們表示，他們沒有考慮到的因素可能是時間。當一個原子核分裂時，它會變長，而且兩個裂片之間會出現一個瓶頸。或許，在瓶頸裂開之前，有些原子核無法達到一種對稱的均衡狀態。但至於是什麼因素決定了這一點，專家們也各抒己見。
美國田納西州立大學的原子核理論學家維託德·納沙瑞維克認為，儘管工程師們掌握的核裂變知識足以建造出原子彈或核反應堆，科學家對核裂變的理解也已深入到質子和中子之間的相互反應，但現有模型並不能預測核裂變會產生何種不穩定的同位素。ISOLDE試驗有助於科學家深入基本理論，設計下一代反應堆。
氫鍵處於困境
為什麼冰會漂浮在水面上呢？科學家們將原因歸結於氫鍵。
曾兩次榮獲諾貝爾獎的量子化學大師萊納斯·鮑林認為，他知道其中的奧秘。實際上，致力於研究這些問題的國際純粹化學和應用化學聯合會（IUPAC）仍然將氫鍵的官方定義建立在鮑林於1939年發表的著名著作《化學鍵的本質》中出現過的定義上。
當一個已經被穩定地束縛進入一個分子中的氫原子發現自己能吸引一個能帶負電的原子——比如氧原子、氮原子或氟原子時——這些原子喜歡吸收電子並且變成帶負電的離子，就形成了一個氫鍵。
以古老的H2O為例，一個水分子中的兩個氫原子會通過共享的電子緊緊依附到中心的氧原子上，形成共價鍵；但是，當第二個水分子靠近時，圍繞其中一個氫原子旋轉的電子可能被吸引到第二個水分子渴求電子的氧氣上。
冰的密度比液體水的密度小，因為，當水分子變冷且靜止時，它們之間微弱的氫鍵會使它們始終如一地保持距離。然而，在自由流動的水中，氫鍵不斷裂開又再次形成，使分子緊緊地依附在一起。
傳統的定義也指出了氫鍵的長度具有一定的範圍，然而，在過往的40年中，大量與不帶負電的、更微弱的氫鍵（包括氫和碳元素等元素之間組成的氫鍵）有關的證據開始顯山露水。
6年前，IUPAC設置了一個委員會來釐清這種困惑，他們得出的結論已經於去年發表，該結論認為，氫鍵是比我們以為的要更加模糊的實體。IUPAC的成員之一、印度科技大學的高塔姆·丹瑟拉朱表示：「它同明顯的邊界之間沒有相互關係。」
丹瑟拉朱表示，這不僅僅與語義學有關。一個新的定義將對抗化學家們普遍接受的一種有關氫鍵什麼時候、在什麼地方出現的誤解，並且鼓勵他們思考氫鍵在新的環境——比如考慮到形成有機分子並採用一種以前認為不可能的反應方式下的影響。探索這條道路可能有助於我們研發出更加便宜的、更加環保的有機物，遠離目前對有毒的、昂貴且包含了珍貴金屬元素的催化劑的依賴。
當基因不再是基因
19世紀，當奧地利遺傳學家格雷戈·門德爾在修道院中不竭餘力地種植豌豆、研究豌豆時，活體生物的很多特性要麼全有，要麼全無。種子要麼是綠色，要麼是黃色；要麼圓溜溜，要麼皺巴巴，諸如此類。這使門德爾提出了一個觀念：有機物的特性被不同的「粒子」——基因所決定，有機體會將這些「粒子」傳遞給後代。
但是，基因是什麼呢？上世紀50年代被科學家發現的DNA（脫氧核糖核酸）似乎解決了這個問題。生物學家們都認為，基因是一個DNA序列，為製造一個蛋白質編寫指令，蛋白質是活體動物體內承擔所有任務的分子。
然而，半個世紀過去了，這樣的一致意見也消失殆盡。現在，我們知道，單個基因能包含數十個不同的DNA片段，這些片段能聚集在一起，製造出成千上萬個不同的蛋白質：DNA序列重疊在一起可以為截然不同的蛋白質編碼，而且，很多蛋白質都由不同的基因集合片段編碼。
更令人困惑的是，我們發現，更多的DNA序列並不適合用來製造蛋白質，相反，可以用其來給能夠直接執行不同功能的RNA（核糖核酸）分子編碼。
起初，我們將基因簡單定義為一個影響子孫「性格」的DNA片段，現在，不管我們對這個定義進行何種修改，都沒有太大的作用。那是因為，這將意味著我們不僅要將蛋白質或給RNA編碼的DNA片段考慮進來，也要將無數打開或關閉這些片段活性的調控DNA序列考慮進來。
那麼，現在，基因是什麼？這個問題的答案取決於你的詢問對象是誰。美國耶魯大學的醫學生物信息學教授馬克·嘉修坦建議可以將其簡單定義為一個或多個「功能性產品」編碼的片段的集合，但是，他也很願意承認，這是一種簡單、敷衍塞責的定義。他問：「什麼是功能呢？它意味著什麼呢？」例如，對一個物種的存活來說不可或缺的某個基因在另一個相關物種體內可能有點過量。那麼，這會使它在一個物種中是基因而在另一個物種中不是嗎？
(科技日報)