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主题：【原创】闲谈 自然科学的思维和研究方式 -- 小雨
家园 【原创】闲谈 自然科学的思维和研究方式 引言：
最近大畜噬嗑先生和语迟先生关于科学和盲人摸象的帖子，在版上引起了一次关于科学的大讨论。我也趁机来谈一谈自己对科学的理解。科学大致可以分为自然科学和社会科学两大类，小弟所学有限，这里的讨论只限于自然科学。系统的写，我没有这个能力。我的水平也就只够闲聊，抛个砖，希望能引出玉来。小弟才疏学浅，一定有疏漏错误，还请方家指正。
正文：
关于什么是科学，大畜噬嗑先生在他的《盲人摸象》一文里已有精彩的论述（注1），在下就不重复了。在这里，我想重点谈谈科学思维方式和科学研究方法。
大畜噬嗑先生提到科学的哲学基础之一，“是世界的可描述性，或者叫可知性”，具体地说就是“科学认为世界是按照简单的可描述的规律运行的”。的确，自然科学是以“事实”为基础的。但有人会问，“事实”，不论用什么方法得到，最终都要通过人，而人是主观的，所以不能保证“事实”的客观性。比如“庄生梦蝶”。这就带来科学的第一个特性：科学所采用的“事实”必须是可观测，可度量，可重复，并且具备普遍性（不局限于一个人）。比如测量铁球从比萨斜塔顶上落下的时间，不同的人、在不同的时间得到的数值大致相同。宗教也有“事实”，比如耶稣复活。但是宗教的“事实”具备完全不同的性质：看不见，摸不着，而且不可重复。它是基于信仰，存在于个人的大脑里的，而且不同的人在不同的时期可能会有不同的理解 ?C 只要想一想为什么会有犹太教、基督教、天主教之分（更不用说他们众多的分支），就不难理解了。可见，科学和宗教建立在截然不同的基础上，用各自的方式去“摸象”。这当然不是说两者之间没有丝毫联系。科学尤其是在发展之初，和宗教有着紧密的关系。但这已经不在本文讨论的范围内。
不论是物理，化学，生物，还是其他的自然科学，它们的研究方法都是相似的。举个一个简单的例子：有个人第一次看到天鹅，恰巧是一只白天鹅，于是他认为天下所有的天鹅都是白的。我们来分析一下：他首先从观察中得到一个事实 ― “一只天鹅是白的”，然后由此提出一个假说 ― “所有天鹅都是白的”。他没有见过天下每一只天鹅，何况还有尚未出生的天鹅。但他从一只天鹅的性质推断出天鹅的普遍属性，用的是科学归纳法。这里要注意，因为是从个体现象推出普遍规律，科学归纳法是不严密的（有别于数学归纳法）。它的目的不是提出真理，而是提出假说来解释观察到的现象。就好比牛顿当年从地球对苹果的吸引力推广开去，提出所有物体之间都存在引力，这就是万有引力的假说。
提出假说，只是第一步。下一步就需要对假说进行验证。验证的过程也就是我们通常所说的做试验（物理/化学/生物试验）。还是用刚才那个例子。为了验证“天鹅是白的”，我们到世界各地去找天鹅，看看它们到底是不是白的。但如果我们到了澳洲，就会发现原来还有黑天鹅，那么这个假说就不成立了，需要修正。原来的假说改成：天鹅不是白的就是黑的，就又可以解释现在目前所有天鹅的颜色了。
那修正过的假说是不是就正确了呢？我们不知道 ?C 说不定在地球的哪个角落，甚至哪个遥远的星球上还存在蓝天鹅，红天鹅呢。所以，在科学思维方式中至关重要的一点，就是，科学家绝对不能说：“这个假说是正确的”。我们只能说，这个假说是根据现有知识最有可能的解释。出于同样的理由，验证假说的过程，不是（也不可能）证明假说是对的。我们只能通过反例来证明一个假说是错的。这是因为时间和空间的无限性，使得我们不可能找齐所有的“天鹅”来验证假说。这就是不爱吱声兄所说的“证伪”，森林的火焰兄（及衲子兄）说的“‘没被驳到的得以暂时性的认可’是应该持有的科学态度.”，和1001n兄所说的“科学是天生怀疑一切事物，直到可重复地证明它确实不是假的”。这些话是对科学思维方式和研究方法精辟的总结。
经得住考验的假说就变成了科学知识。经过长期考验的假说往往被称作理论，再升级就叫定理/定律了（如牛顿定律）。名称变了，本质没有变 -- 他们仍然是，并且永远是，假说，要接受检验。比如从牛顿的万有引力定律，到爱因斯坦的相对论和波尔的量子理论，直到现在的弦理论，就是为了解释新的现象，不断提出的新假说。这就是科学的进化。
科学不仅仅在于提出和验证假说，科学的一个重要价值是根据假说做出预测。而预测的本身又提供了更多的检验假说的机会。例如，牛顿的万有引力定律可以准确的预测行星的位置，并且还间接发现了天王星。这反过来也验证了万有引力定律。成熟的理论，定理/定律都经过无数次考验。虽然很有它们并不包罗万象，但并不妨碍我们现在使用它们，给人类社会带来巨大的进步。这就是科学的贡献。
那语迟先生问了，科学给我们人类带来的那么多破坏，又怎么解释呢？纯粹的科学（如自然科学）是没有价值体系的。科学仅限于提出假说，验证假说而已。科学不负责区别“好与坏”。“好与坏”，是道德问题。任何人都能使用科学成果：政府可以用，恐怖分子也可以用。不同的宗教斗争派系都可以用。但是究竟谁对谁错，这已经不是科学管辖的范畴了。把社会问题或者宗教问题开罪与科学，是不公平的。但是科学没有价值体系，并不等于科学家就不受道德约束。作为一个科学家，必须要有最基本的是非观念。至少别弄虚作假。
最后谈谈科学信仰的问题。大畜噬嗑先生说科学也是一种信仰，与宗教无异。如果一定要这样说，那就必须要把科学信仰的对象弄清楚：科学家相信的是科学思维方式和科学研究方法的体系，而不是知识。知识代表当前阶段我们对这个世界的最高程度的理解，是动态的；而科学思维方式和科学研究方法，才是推进科学发展的不二法门。
注：
[1] 链接出处
元宝推荐：ArKrXe,家园 写得非常好，顶。接着小雨的话题继续聊聊什么是科学研究方法 一下一段话，节选于卡尔?萨根所著《魔鬼出没的世界》一文。
在科学领域中，我们可以从实验结果、数据、观察、测量和“事实”出发。如果可能的话，我们会得出许许多多可能的解释，并且可以对每一种解释用事实进行系统的检验。因此，科学家们在他们接受训练的过程中，被用一个鉴别谎言的工具箱武装起来。无论何时，当一个新的想法被提出来以供考虑时，这个工具箱就自然而然地派上了用场。假如那个新的思想可以通过这些工具的检验，我们将会满怀热情地、虽然是暂时地，准备去接受它。如果你对这些有兴趣，如果你即便在那些谎言向你再三保证时也不想使它得逞的话，你可以采取一些防患于未然的措施。这里有一个可靠的、经过了检验的方法。那个工具箱中装的是什么东西？那里装的是怀疑的思维方法的工具。
所谓怀疑的思维方法，归根结底，是一种建立并且理解一个有说服力的论点的方法。尤为重要的是，这是一个可以识别谬论和谎言的方法。其关键不在于我们是否喜欢那个经过了一系列推理而得出的结论，而在于从前提和出发点是否能得出这些结论，以及那个前提是否正确。
这个工具箱中所包含的东西有：
* 只要可能，“事实”都必须经过独立的验证。
* 鼓励见多识广的各种观点的支持者们对已有的证据展开实质性的辩论。
* 权威的意见并不重要――“权威们”以往已经犯了不少错误，他们将来仍然会犯错误。说得更确切一点就是，在科学上没有什么权威，最多不过是有一些专家而已。
* 构造出不止一种假说。如果想要解释某个东西，要尽可能地考虑各种不同的解释，然后，找出一批检验方法，可以用来系统地证伪每一种可能的其他解释。通过检验的，也就是在多种能够用来解释的假说中经受住了达尔文物种选择式考验的那个假说，相对于那些只不过是在最初的一念之间赢得你的好感的那些想法而言，是正确答案的可能性要大得多。
* 尽量避免过分执着于一种假设，仅仅因为那个假设是你提出来的。那只是我们在寻求真知的路程中的一站。问问你自己，你为什么喜欢那个想法，公正客观地将之与其他的可能性进行一下比较，看看你是否能找到理由来批驳它。你不这么做，别人也会这么做的。
* 定量。如果你要解释的东西，不管它是什么，只要含有某些量度，一些数字量，都会非常有利于将你的假说与其他与之竞争的假说区别开来。模糊的、定性的东西往往招致多种解释。当然，我们不得不面对的许多定性的观点中可以寻找到一些真理。然而找到它们是一种更具有挑战性的工作。
* 如果推理是一环套一环的，那么其中的每一环都必须是正确的（包括前提），不能仅仅是大部分正确。
* 奥姆的剃刀。这个方便的经验法则告诫我们，当我们面对两个可以将资料解释得同样好的假说时，选择简单的那一个。
* 不断地问这个假说是否能够――至少是在理论上――被证伪。不可检验、不可证伪的命题是没有多大价值的。想一想那个宏大的构想，即我们的宇宙以及其中的一切，都不过是一个更大的宇宙中的一个基本粒子――比如说，一个电子。但是，假如我们永远不可能从我们的宇宙之外获取信息的话，那么这个想法难道不是不能被证伪的吗：你必须能够核实这些论断。你必须给予根深蒂固的怀疑主义者一个弄清楚你的推理过程，重复你的实验并看看他们是否有能得到同样结果的机会。
要信赖经过认真设计和控制的实验，这是关键，正如我在前面试图强调的那样。仅仅通过冥想，我们是学不到太多的东西的。我们总是倾向于接纳我们能想到的第一个候选的解释。有一个比没有要好得多。但是如果我们能想出不止一个解释，又会怎么样呢？我们将如何取舍？我们不作决定。我们让实验来作。弗朗西斯?培根给出了经典的理由：
辩论不能满足新发现的需要，因为大自然的精妙比辩论所需要的精妙高明许多倍。
我只想说明一点，根据“奥姆的剃刀”原则，具有“隐变量”的理论并不是一个好的科学理论，(可能纳兄不同意我这个观点），因为他很可能导致理论的不唯一。同样，科学上宁愿用“人择原理”来解释世界产生的“偶然性”，而不是用“上帝”来解释，道理也在这里。如果科学算是信仰的话，那么“科学信仰”的基础就是这个“奥姆的剃刀”原则：如无必要，勿增实体。
家园 偶不认为人择原理有任何实际效用 例: 假设某人朝自己太阳穴开枪, 很大可能(1)子弹射入他的头部, 于是他死亡. 但也有很小但非零的可能(2)枪发生故障,致使子弹无法射出,于是他继续活着. 这个概率事件使世界一分为二, 在他活着的世界里, 必然发生的是(2). 他继续还可以开枪, 设开了N次, 那么在2的N次方个不同的世界里, 总存在一个世界A, 其中他是存活的, 在其它世界里O's, 他都是死的. 故而从他的意识看来, 他开了N次枪全部是哑火, 这是因为既然他的"意识"还能看, 那他必定是在世界A. 所以结论是, 大家大可尝试对自己开枪, 不必害怕, 因为您总是会呆在那个您存活的世界里 (虽然在别人看来, 绝大的可能是您死了, 但who cares? 关键是在您自己看来, 您永远活着!)
以上逻辑可以运用在疾病的发展过程. 如果把疾病的发展看作一系列的量子事件, 那么同理可知, 您自己看来, 您是永生不灭的! 哈哈, 这岂不象是灵魂之说? 有不同点, 这里的情况是: 您的肉体都永远不会死亡! 妖道快看呐, 长生不老很简单, 您啥都不用做, 反正人是不会死的, 至少在您自己看来. 这正印证了道家清静无为的思想. 哈哈!
至于为什么(有意识参与的)测量行为会导致世界分裂或波函数塌缩,还有其它一系列的问题, 其实人择原理也根本不能提出解释. 更重要的是, 它不能作出可验证的预测. 所以在偶看来, 在这个层面上 人择原理与宗教实在是伯仲之间. 反正它不合我的口味.
至于非定域隐变量理论, 如果现有的理论早已能够解释实验现象, 那么根据Occam's Razor, 我们当然不用费劲去搞个更复杂的理论. 但问题不就是现有的理论显得不够吗? 所以才会有人尝试非定域隐变量理论等等别的approach.
家园 正是如此，人择原理本身并不是科学 你再仔细读一下我的原贴，就知道我的本意是什么了。
另外我觉得隐变量理论并非终极理论，最终的理论应该不含有隐变量。这种想法，目前来看只能从美学上进行解释。
家园 爱因斯坦论宗教 “未来的宗教将是一个宇宙宗教。它将是一个超越了人格化的神，远离一切教条和神学的宗教。这种宗教包容自然和精神两个方面。作为一个有意义的整体，必定是建立在由对事务的（无论是精神的，还是自然的）实践与体验而产生的宗教观念之上的。佛教符合这种特征。”-- 阿尔伯特 爱因斯坦
"Buddhism has the characteristics of what would be expected in a cosmic religion for the future: it transcends a personal God, avoids dogmas and theology; it covers both the natural & spiritual, and it is based on a religious sense aspiring from the experience of all things, natural and spiritual, as a meaningful unity" -- Albert Einstein
家园 科学与宗教就如同教授与教师 教授与教师的区别是：教授把简单的问题讲复杂，教师把复杂的问题讲简单。
科学在不断地提出疑问，而宗教总是能回答你所有的疑问。
家园 深入浅出的好文。 家园 给你个花。 Karl Popper的科学哲学并不是唯一的。尽管我也很支持他的说法。
你这里所写的，跟我还有语迟所讨论的，可惜不是一件事。我想，我要讨论的重点不在科学方法论，而在更广泛的世界观。“佛渡有缘”，希望什么时候真能说到一起去。
- 复 给你个花。
家园 谢大畜兄！ 希望能和您继续讨论！
- 复 给你个花。
家园 花! 其实正如妖道所说,科学是一种方法论,而宗教是世界观 在争论科学/宗教这个问题时, 这儿大多数的磕学家想着的是科学的方法论versus西方宗教的那些看起来迷信的,与科学矛盾的东西, 更别提它们历史上一些不光彩的事件(所以磕学家们对宗教倾向于负面的看法).
在谈及宗教时, 妖道的参照物大约是道教, 妖僧的参照物是佛教, 语迟想着的是儒学(所以都倾向于正面的看法); 在谈及科学时, 妖道,妖僧,小雨,孤子等等 都是指科学的方法论(所以自然也是抱正面的看法), 而语迟与大畜兄指的好像是科学的那套世界观(所以抱有微词).
下面俺谈谈科学的那套世界观. 其实俺还是认同妖道的说法, 科学只是一种方法论. 但不幸地, 许多磕学家隐含地把它视作一种世界观, 在这个意义上, 它便与宗教没啥不同了(语迟语). 这种对"科学"世界观的盲信等同于对某种宗教的盲信. 这正是为语迟和大畜兄所反对的, 其实俺也一样. 具体而言, 究竟什么是"科学"这个世界观呢? 俺的愚见是, 这就是唯物主义. 反方人士或许会嚷嚷, 那难不成你信仰唯心主义, 这还不算迷信? 俺的回答: (1) 唯物主义的反面并不是唯心主义, 而是"不唯物主义". (2) 即便是唯心主义, 它和迷信也扯不上关系, 比如黑格尔的辩证法, 你们怎么说? 我想, 由于中国历史上特殊的政治气氛的原因, 唯物主义、唯心主义 这些词都被滥用了， 因为党同伐异之时动不动就扣上这些大帽子，致使人们对这些词有着条件反射般的好恶, 罔顾这两词的真正含义。 而在西方,虽然没有政治上的推动,但在科技带来的物质享受面前,人们其实也正变得越来越唯物主义. 这正是语迟和大畜兄所忧虑的.
我对语迟和大畜兄的想法诠释的对吗?
家园 聊得精彩，鼓掌，鲜花