邓肯·洛里默永远不会忘记他偶然发现天文学领域一个重大新谜团的时刻。这位在西弗吉尼亚大学工作的英国射电天文学家曾让一名本科生大卫·纳科维奇梳理澳大利亚帕克斯天文台的脉冲星巡天数据。2006年的一天，纳科维奇带着一个不同寻常的观测证据走进了洛里默的办公室：一道来自天空的射电波脉冲，前所未见。这是射电天文学中有史以来最明亮的观测之一，来自数十亿光年之外，持续时间仅几毫秒。“我惊得说不出话来，”洛里默回忆道。“老实说，我不知道该如何解读。”
洛里默和纳科维奇发现了第一个快速射电暴，或称FRB。这让他们感到完全意外；在上世纪七八十年代，科学家未能找到此类信号后，射电波暴的设想已经被放弃了。自九年前发现以来，它们只观测到少数（最后统计为11个），并且仍然是独一无二的。许多天文学家认为它们来自银河系之外，但除此之外，它们的起源仍然是个谜。然而，尽管FRB新颖，它们只是科学领域中一个零星但总是令人兴奋的时刻的最新例子：数据中意料之外的异常发现。
异常分析
尽管每一次不寻常的科学发现都是独特的，但不同科学领域处理这些异常的方式类似。物理学家兼科学哲学家托马斯·库恩在20世纪60年代首次倡导了此类意外发现的重要性。他认为，科学进步并非公认理论的线性发展，而是依赖于此类异常发现来推动该领域前进。当实验中积累了足够的异常后，该领域就会进入一个危机时期，这通常会导致对该领域的根本性新理解，即范式转变。科学史上充满了范式转变的例子，例如从牛顿物理学转向爱因斯坦物理学，进化论的兴起解释了生命的多样性，以及板块构造理论的接受来解释大陆的长期运动。
在天文学中，范式转变通常来自于天空中一个意想不到的信号。20世纪60年代的稳定脉冲带来了意想不到的脉冲星发现——洛里默在偶然发现FRB时所寻找的城市大小的中子星。同样，伽马射线暴可能源自宇宙中最剧烈的事件，例如大质量恒星的坍塌，但它们只是在冷战期间研究人员监测地球核扩散时偶然发现的。
库恩革命性地改变了我们今天看待科学异常的方式，但事情仍然不那么简单。“大多数科学史学家和哲学家，虽然喜欢库恩论点的‘势头’，但并不完全接受，”克利夫兰凯斯西储大学的科学史学家艾伦·罗克说。“细节上仍有许多分歧。”事实上，历史远比这混乱。一些范式转变需要很长时间才能出现理论框架，有时异常会沉睡数十年甚至数百年，然后才被接受并改变科学的进程。批判性学者认为，库恩所定义的突然转变的世界过于简单化，而在现实中，情况会因环境不同而有所不同。
第一个快速射电暴从研究人员的数据中跳了出来，他们难以解释它。（图片来源：Duncan Lorimer/West Virginia University）
邓肯·洛里默/西弗吉尼亚大学
库恩的观点也可能给科学进步留下过于随意的一印象。看看“范式转变”这个词就知道了，它已成为一个缺乏非科学意义的公司流行语。罗克强调，偶然的发现并非凭空出现。“这与路易·巴斯德所说的‘机遇偏爱有准备的头脑’相似，”他说。超强胶水、特氟龙和糖精的发现都是“幸运的突破”，但实际上它们来自实验室里执着的化学家。“如果你发现了一些奇怪的东西，通常是因为你全神贯注，”罗克说。“你集中注意力，你在摆弄，你之所以注意到是因为你知道应该发生什么。”
事实上，第一个“洛里默暴”（在发现其他FRB之前它被称为这个名字）如果不是他深深感兴趣，可能早就被忽略了。但这个异常信号会走向何方？它是射电天文学范式转变的第一步，类似于脉冲星或伽马射线暴？还是洛里默暴是一个死胡同？
从错误到异常
洛里默很快就邀请了朋友兼合作者马修·拜尔斯，一位在墨尔本斯威本科技大学的脉冲星天文学家，来帮助理解那个FRB。拜尔斯的加入带来了关于脉冲形状、其随时间演变以及它穿越的巨大、站外距离的新见解。拜尔斯甚至在帕克斯天文台争取到了额外的观测时间进行后续观测。即使在一周的时间里搜查了第一个FRB最初发出的天空区域，他们也未能找到其他信号。
多年来，在帕克斯天文台和其他天文台都难以找到第二个FRB，这使得许多天文学家猜测FRB异常是否真实存在。一个特别的担忧是，FRB可能源于附近（相对而言）的雷暴，这是一个特别平凡的解释。此外，射电天文学领域已有几起不明异常信号的案例。例如，1977年的“哇！”信号是一个持续几分钟的、一次性的射电暴，具有潜在地外信号的特征（因此得名，来自一位兴奋的研究人员的笔记）。但再也没有观测到类似的信号。没有进一步的观测，天文学家无法将其归类为比无意义的异常信号更重要的东西。
很少有天文学上的异常像1977年的“哇！”信号那样神秘。（图片来源：Jerry R. Ehman/The Ohio State University Radio Observatory）
杰瑞·R·伊曼/俄亥俄州立大学射电台
最终，耐心的搜寻确实带来了其他的FRB，天文学家们也慢慢开始认真对待它们作为一个科学现象。当时最大的障碍是，只有一家天文台，即帕克斯天文台，曾观测到这些闪光。没有第二台望远镜的观测，这意味着FRB仍然可能只是人为干扰或局部大气现象，而不是射电天文学的新发现。毕竟，在库恩的框架中，异常是一个没有解释的问题；知道来自帕克斯的FRB可能仅仅是本地干扰，这使得FRB停留在非异常阶段。
转折点出现在2014年初，当时波多黎各阿雷西沃天文台的一个团队宣布他们已经看到了一个FRB。地球两端的两台望远镜都观测到了相同的现象，这说服了许多怀疑论者。“我们现在知道这不是农民的电围栏，”拜尔斯干涩地评论道，“除非他们在阿雷西沃也有同款围栏。”FRB终于进入了新的科学领域：一个等待解释的异常。
寻求答案
现在FRB已经从奇怪的怪癖转变为真正的发现，关于它们的成因的猜测也随之增加。“比爆发的理论还要多，”洛里默解释道。
提出的假说从恒星外层大气射出的巨大耀斑，到过度活跃的磁星——具有极强磁场的致密恒星残骸——但天文学家们受到射电望远镜固有的不精确性的阻碍，难以精确定位来源。洛里默最喜欢的想法是，FRB是中子星在远超我们银河系的地方碰撞的结果。“我对此没有任何支持，除了浪漫的信念，”他坦承。作为一名脉冲星天文学家，他承认自己在涉及脉冲星的解释方面“有点偏心”。
然而，随着这些FRB异常的证据和观测数据继续源源不断地涌来，天文学家们谨慎乐观地认为，他们并非偶然发现了虚构或技术错误，而是发现了更新颖的东西。“看到它从一个怪事变成有形的东西，这令人兴奋，”洛里默说。这是科学界许多人熟悉的一段旅程。
[本文最初以“来自上方的异常”为题印刷。]
