科學研究是這麼做的(方舟子)

科學研究是這麼做的


    現在有一個很奇怪的現象，一些從未做過科學研究的人卻喜歡以比
誰都懂科學的口氣大談什麼是科學。比如，有人發明了這麼一種說法：
「科學顧名思義就是分科之學」，這和說「革命顧名思義就是革掉人命」
一樣有趣。科學是個外來語，當然不能從字面理解其意思。這兩個漢字
最初是日本人用來翻譯英文「science」一詞的。science來源於拉丁語
scientia，本義是「知識」。但是這個本義也不能準確地反映科學的含
義。

    人類通過各種方法累積了大量的知識，其中有的是科學知識，有的
則不是。「《阿Q正傳》是魯迅的作品」是文學知識，「美國獨立宣言
在1776年7月4日獲得通過」是歷史知識，「上帝在七日創造世界」是神
學知識，「雷電是陰陽之氣激蕩而成」是玄學知識，「存在決定意識」
是哲學知識——它們有對有錯或真假難辨，但是都不是科學知識。

    科學與其他領域（文學、歷史、哲學、神學……）的學術研究的主
要差別不在於積累了多少知識，而在於它是怎麼獲得知識的：不是靠冥
想、思辨、經驗、靈感、權威教誨、「神啟」，而是經過了一個特殊的
過程，一個在觀察的基礎上提出假說並加以嚴格的檢驗的過程。因此最
能體現科學的特徵的，是它的研究方法。

    雖然一項具體科學研究往往是從過去的研究成果引發的，但是追根
溯源，科學研究的起點是觀察，用我們的感官或者儀器記錄到某個自然
現象反覆發生了。觀察必須是有意識、有記錄、仔細的觀察。觀測某顆
行星的運行情況是觀察，欣賞星空的美麗是娛樂，偶然看到有一個「不
明飛行物」飛過則最多算是奇遇，后兩者都不是觀察。觀察獲得的數據
能夠被進一步的觀察所驗證或否證。如果某種現象只發生過一次，又不
能人為地再現，無法進行驗證，那麼是沒有科學價值的。

    觀察獲得數據之後，下一步要開始問問題：這種現象是怎麼發生的？
原因是什麼？什麼時候、什麼地點有可能會再次發生？有沒有可能用實
驗進行驗證？這些問題有大有小，有的可以設法檢驗有的一時沒法檢驗。
科學研究很關鍵的一環，就是問對了問題。

    但是你提出的問題有可能是別人早就給出了合理的答案的。所以下
一步，還應該先對這些問題做一番調查、評估，詢問有關的專家、查閱
相關的文獻，看這些問題是否已經有人研究過了，研究的結果是否合理、
可靠，有沒有進一步研究的必要。即使這些問題以前沒有人研究過，有
關的專家和相關的文獻也能夠為你解決新問題有所啟發。

    在確定了要研究的問題后，下一步要思考答案可能是什麼，構建一
個假說（或者模型）。這個假說必須是符合邏輯的，能夠解釋已有的所
有數據，能夠做出預測並加以檢驗。對相同的數據有時能夠構建多種假
說，那麼就要首先檢驗最簡單的那種。科學的假說是合理的假設，而不
是「大膽的假設」。雖然大膽的假設有時會是正確的，那也只是碰巧，
不是科學研究的正道。

    但是假說再合理，也有可能是錯誤的，它是否成立必須經過驗證：
做新的觀察，或者設計實驗。實驗是對自然現象的模擬，但是自然現象
往往是複雜的，涉及到許多變數。對付這個難題的辦法是做受控實驗：
設法只改變其中的一個變數，看會有什麼結果。通常的辦法是設立兩個
組，它們的其他情況都相同，只有一個變數不同，如果二者出現不同的
結果，那麼就是該變數引起的。如何設立對照是科學實驗的精華所在。
一個設計巧妙的實驗既可以使問題簡單化又能得出可靠的結論。

    一次實驗的結果很難被人接受，因為可能是某種偶然因素導致的。
因此對同一個實驗需要重複幾次，看能否獲得一致的結果。實驗獲得的
數據通常還要進行統計、分析，看是否可靠，或是否有意義。

    實驗的結果可能符合假說的預測，從而驗證了假說。但也可能不符
合預測，這時就要對假說進行修改，或構建全新的假說，並設計新的實
驗。實驗沒有獲得預期的結果並非就是失敗的實驗，它們有可能是新的
發現的起點。

    如果一個假說被觀察或實驗所證實了，就成為了一項新的發現，一
項科學研究就告一段落了。在通常情況下，新的發現只是對現有的科學
理論的補充。但是有時候新發現與現有的理論出現了衝突，表明現有的
理論需要做出修改，甚至預示著需要提出新的科學理論。

    不管怎樣，科學家一旦完成了一項科學研究，就應該把它寫成論文
發表，接受同行的評議。同行們可能會對實驗的設計、結果、解釋提出
批評，並試圖重複實驗。別人重複不出來的實驗結果是沒有價值的。越
是重大的成果，受到的關注、質疑和批評會越多，就越需要有可靠的證
據。科學成果必須能夠經得起同行們的質疑、檢驗和重複。這就要求科
學家在做科學研究時必須嚴謹、誠實，否則很容易暴露而名譽掃地。與
其他領域的爭論不同的是，科學的爭論往往能夠通過進一步的研究獲得
解決，最終達成共識。

    科學家不是聖人，是科學方法讓科學變成了一個神聖的事業，讓科
學知識成為人類所有知識中最可靠、最少爭議的一種。


·方舟子·

[ 本帖最後由 cstar 於 2007-9-8 08:21 編輯 ]

原帖由 cstar 於 2007-9-6 12:02 發表
科學研究是這麼做的


    現在有一個很奇怪的現象，一些從未做過科學研究的人卻喜歡以比
誰都懂科學的口氣大談什麼是科學。比如，有人發明了這麼一種說法：
「科學顧名思義就是分科之學」，這和說「革命 ...

方舟子:  你現在還做科學研究嗎?  請告知大家你多久未做科學研究了？

[ 本帖最後由 小辣辣 於 2007-9-8 09:18 編輯 ]