科学可以说是一个以排除错误观念去获得新知识的方法。
没有最真,只有更真。
来源:网络
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科学方法
科学(science)源自于拉丁文 scientia,意思就是知识,而科学的唯一目的就是追求知识。中学生都会知道,要从客观世界得到科学知识就要运用科学方法。根据维基百科引述 Merriam-Webster 字典:
科学方法是一种有系统地寻求知识的程序,涉及了以下三个步骤:问题的认知与表述、实验数据的收集、假说的构成与测试。
这解释其实不够全面,里面的缺乏了科学方法一个重要的特质,就是科学(方法)是一个永续不完的过程,在科学上没有一个理论是完整的。
各个科学范畴或许会对具体的科学方法有不同的理解,但大致上可以用下图概括。
要获取知识,先要对事物提出一个问题,比如:为什么天空是色的?之后就对问题提出一个假设的答案,继而由假设推论出一些预测,而这些预测必定要是能以观察去验证的,再来就对预测作出要测试,测试结果经过分析后,我们会就结果重新审视假设还是否成立。看似十分简单,中学生都一定明白,但其实科学方法成功的关键在于以下细节。
第一,一个科学的假设及其预测,必然是可证伪的(Falsifiable)。
第二,测试必须可被重复,无论什么人去作测试,在同一条件下,结果应该是一致的。测试设计要致力提高结果的精确度(Precision)及去除偏差(Bias),比如要用较大的样本数。同时要推算结果的误差范围。
一般人对第二点比较容易理解,以下会详细说明第一点。
可证伪性
可证伪的命题,可以有多个可以证明自己是对的可能,但一定要有最少一个证明自己是错的可能。相反,不可证伪的命题,只会包含可以证明自己是对的可能。这可能比较抽象,来看两个例子:
例子1:天空是蓝色的,因为天空的颜色由海洋反射上去,而晴天时海洋是蓝色的。
在很多情况下,例子1所讲的原因都可以是对的,例如:晚上海洋跟天空都是黑色的,黄昏时,两者都是金黄色等等。我们可以有很多事例去支持这说法是对的。同时,我们可以想到有些情况下,这例子可能会错,比如在沙漠中没有海洋,天空不应该有任何频色才对。沙漠的观察就是证明例子1 是错的。
(图片来源 :龙鼓滩,图片来源https://kknews.cc/travel/265a269.html)
(图片来源 :Western Desert of Egypt,https://www.aviontourism.com/en/destinations/marsa-matruh-2224)
例子2:世上有蓝精灵,蓝精灵可以令白天变成蓝色。
这句话是没有可能用客观事实去证明是错的。先不管蓝精灵如何在技术上将白天变蓝,要证伪,即证明蓝精灵不存在,不能只靠一两个例子,在我家找不到蓝精灵,在你家也找不到,不等于在其他地方找不到,要证明世上没有蓝精灵,就要去世上所有地方找找看,但世界无限的大,这是理论上不可能做到的。所以例子2 基本上不会被推翻。
提出可证伪性的Karl Popper认为,如果一个命题或理论不可能被证伪,就不算属于科学。原因是科学的目的是要获得可靠的知识,但一个无论如何、永远都是对的假设,根本是内容空范,说明不了什么的。只有有可能错但又没有错的假设才有内容。
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卡尔· 波普尔 (Karl Popper),20世纪最伟大的哲学家之一
那为什么不主动找出支持一个假设的证据呢?原因有二。
第一,对一个无论如何都对的命题,所有理由都只会证明它是对的,这令提出理据本身失去意义。比如足球评述员说:“这球十二码,或许会射入,要不然就不会射入。”在电视旁的你都可能会文雅地说出一个单字作回应……要不然就不会。
第二, 我们能够做测试的一般是该假设所推论出来的预测,比如,
假设:宇宙存在蓝精灵,蓝精灵令白天变成蓝色。
预测:每日上午都有蓝天(云层以上为准)。
测试/观察结果:昨日上午出现蓝天。
虽然“昨天是蓝天” 跟预测没有矛盾,但还是不能确定蓝精灵是否存在。
只靠观察到预测为真,仍然无法确定前题假设是对是错,亦即是证实到预测为真,其实不会令我们知道更多。只有能证伪,才会令我们获得新知识。
所以科学可以说是一个以排除错误观念去获得新知识的方法。
没有最真,只有更真
最后一个科学之为科学的元素是一个永远假设还有未知而乐意自我修正的心态。当有新的测试结果(即新理据)明显地排除了原先的理论(假设),科学就会把理论废除,再定立新的理论,而新理论必须通过原有理论里所有的测试及新的测试。这就是科学进步的过程。其中一个例子是原用了二百多年的牛顿力学无法准确计算出从地球观望水星的方向,结果爱因斯坦用他的相对论预测出在1919年5月29日的日蚀时水星的准确位置,自此人类就确定相对论的地位。及后,相对论一直应用在卫星科技上,我们手机上的GPS都是拜科学没有留恋牛顿二百多年的感情,尊重新理据,乐于修正的特质所。
总结
称得上为科学要有三大特质:科学方法+可证伪性+追求进步的心态。
科学方法提供一个系统化的架构给我们去追求知识,同时给研究员以外的人根据各个步骤进行检视,提高科学的透明度。可证伪性保证了命题不留于空洞。求进的心态使科学不停追求新理据,不停反省自身的不足,继而改善。
看似叫做科学的都是好东西。但世间上除了科学,还有非科学,例如:宗教和艺术,他们都有大部份主观元素,不是科学,同时他们亦非有害。
直正对人类有害的是将自己包装成科学出售的伪科学。一般而言,伪科学会以科学方法去包装,令人以为他们很科学,但仔细一看,不难发现他们缺乏了可证伪性和追求进步的心态。之后有机会再分享个伪科学的例子,从中学习如何在日常生活中辨认出伪科学。