眼睛的故事 (12) 科學與觀察 (Science and Observation)

科學與觀察 (Science and Observation)



一般來說，科學是經由反覆多次 (repetitive) 對客觀存在實體 (objective reality) 之客觀觀察 (objective observation)，以及利用歸納法 (induction) 將所觀察到的現象與其互動關係來加以歸納，盼望能夠找出一些放諸四海皆準、有關被觀察現象彼此間互動關係的簡單公式。最有名的應該是由愛因斯坦所提出的 E=MC²。

由初步觀察的結果，加上適當的歸納，所產生的初階關係公式 (preliminary relation formula) 被稱為“假說”(hypothesis)。根據這個假說，以及由這個假說再加上演譯法 (deduction) 所產生的次發性公式 (secondary formula)，我們可以設計出一些更進一步的觀察實驗，藉此來檢驗這個假說的可靠性 (reliability)。當一個被提出來的假說，經過許多次進一步觀察或實驗 [在特別掌控與操作環境下之觀察] 的結果，並沒有發現這個假說無法解釋的現象時，這個假說將漸漸的被大家接受，而被稱為“理論”(theory)。理論如果再經過更長的時間以及更多的觀察與實驗的結果，還是找不到這個理論所無法解釋的現象時，大家就會將這個理論升級為“定律”(law)。 定律大概是科學家根據觀察與妥善的推理所能達到的最高境界。

根據卡爾布伯 (Karl Popper, 1902-1994) 的理論，經由觀察與歸納的方法所產生的科學假說、理論、或是定律，都是科學家們經由小心觀察，大胆猜測之下所產生的暫時性臆測 (tentative conjectures)。被提出的暫時性臆測必須經過多次多人的重覆類似觀察與實驗，來尋找其是否有錯誤。這種可能被驗證為錯誤 (falsifiability) 的特性正是科學的本質之一。因此，一個科學的假說、理論、或是定律，每次經過一次的觀察或實驗的檢驗時，只能得到被該次觀察推翻 (refuted) 或是尚未被該次觀察推翻的結果。最好的觀察或實驗也無法證明 (prove) 該假說、理論、或定律為真理 (truth)。科學家並不企求發現宇宙間的真理或真相。科學家只盼望能夠經由小心的反覆觀察與歸納，而發現可以有效描述與預測自然現象間互動關係的簡單公式。這個公式被提出來，是暫時性的，期待經由更多次的觀察與實驗來驗證其可靠性 (reliability) [亦即其可重覆性]。當一個公式的可靠性經由多次反覆的觀察與實驗而沒有被推翻時，它的可靠性將提高，從假說升格為理論，或許有機會再從理論升格為定律。

當有人好意想進一步將科學的理論從可靠性 (reliability) 提升為其真確性 (validity) 時，這個理論將脫離科學的範疇，進入哲學或宗教的領域了。

當一個被提出來的科學假說、理論、或定律無法完全解釋一個新的觀察或是實驗的結果時，科學家一般不會立刻拋棄該假說、理論、或定律。他們會先懷疑這次的觀察或是實驗是否其方法或過程有錯誤。如果經過再度用同樣方法的觀察或實驗還是得到相同的結果時，科學家才會開始尋找是否這個假說、理論、或定律可以加以作部份修正或擴充，以達到可以解釋目前新觀察或實驗所得到的數據。只有在無論如何修正或擴充，都無法與新觀察或實驗的數據做出和諧的解釋時，科學家們才會考慮拋棄這個假說、理論、或定律，而嘗試提出全新的假說、理論、或定律來取代原有的假說、理論、或定律。假說被取代的機會比理論高，理論被推翻的機會比定律高。定律很不容易被推翻。當一個大家長久接受的定律被推翻時，我們會說發生了一次重大的科學革命，或是說科學界產生一次大的 “思想架構轉移” (paradigm shift)。[Thomas Kuhn所提出的理論]。愛因斯坦所提出的質能互換定律可以說是科學界一個重大的思想架構轉移事件。