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《态度:吴军家书》//第28封信//证伪比证实更重要

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在进入高年级后,梦华开始参与一些教授的研究项目。她写邮件询问有关大学研究的事,这封信是给她的回答。


梦华:

你上次问我怎样做研究,你是否适合做研究。这个话题太大,我只能给你一些自己的理解,供你参考。至于你是否适合做研究,一来看你是否喜欢,二来看你是否适合做这样的工作。

研究科学,要讲究科学方法,它的重要性甚至比努力和用功更重要。人类从文明开始以来,并不缺努力用功的人,但是在过去,科学的成就大多是靠个别天才的工作,具有很大的偶然性。像阿基米德、欧几里得、伽利略或者牛顿这样的人,过去几百年才能出一个。但是,科学到了近代仿佛在一瞬间就开始突飞猛进,这就和科学方法有关了。

早期总结科学方法的集大成者当属笛卡儿。你在高中的时候学习过他的解析几何,因此在你们的印象中他是一个数学家,这一点确实没错。但是,他作为哲学家和思想家对世界的贡献更大,因为人们后来按照他总结的科学方法做事情,科学成果不断涌现。

你过去在画画时,先要感知所画的对象,做研究也是如此。笛卡儿首先强调感知的重要性。他举过这样一个例子,一块蜂蜡,你能感觉到它的形状、大小和颜色,能够闻到它的蜜的甜味和花的香气。你必须通过感知认识它,然后将它点燃(蜂蜡过去常被用作蜡烛),你能看到性质上的变化。它开始发光、融化,把这些全都联系起来,才能上升到对蜂蜡的抽象认识。这些抽象认识,不是靠想象力来虚构的,而是靠感知来获得的。在你小的时候,我经常带你到世界各地旅游,一个很重要的目的就是让你感知这个世界。你将来做研究,要做实验,这就是对现象的感知。

当然,对于深入的知识,仅仅通过感知是无法发现的,因此需要一整套方法。笛卡儿把科学的研究方法总结成4个步骤。

第一,提出质疑。永远不要接受那些自己不清楚的真理。笛卡儿说“怀疑一切”,虽然这种说法有点儿过头,但是他强调的是不迷信权威和权威的结论,是科学发展的条件。任何没有经过自己研究、自己搞懂的结论,都应该怀疑。对于现有结论的怀疑,会让你在脑子里形成新的想法。人可以有很多想法,或者说假设,但是对于自己的想法,也不要轻易得出结论。

第二,小心求证。笛卡儿有句名言——“大胆假设,小心求证”——就是这个道理。我们在得出结论之前,要做充分的研究、分析和总结工作,这样的结论才站得住脚。很多人根据一两个观察现象,匆匆得出结论,后来常常被发现是以偏概全,这样的工作态度在科学上是走不远的。世界上那些著名的期刊,每年都要撤掉很多篇已经刊登的论文,主要原因就是写论文的人不严谨,在给出结论时太草率。

第三,对于复杂的问题,尽量分解为多个简单的小问题来研究,一个一个地分开解决。对于这些小问题,应该按照先易后难的顺序,逐步解决。解决每个小问题之后,再综合起来,看看是否彻底解决了原来的问题。在早期研究中,包括在笛卡儿那个时代,还原回原先的问题不是很困难,我们把这种情况称为整体等于部分之和。但是进入20世纪后,人类面临的问题越来越复杂,整体不再等于部分之和。在第二次世界大战之后,出现了系统论,那是一个新的研究问题的方法,就是需要对复杂的问题做整体性考虑。这种方法只有在具体的工作中慢慢体会,特别需要好的导师指导。

第四,当我们从问题出发,通过实验得到了结果之后,需要合理地解释结果,并从一般性的结果上升到结论,最后将结论推广并且普遍化。当然,当从有限经验里得到的结论被推广之后,又会出现新的问题、新的解释不了的现象,这就形成了新的问题。对于它们,再按照上面的过程进行新一轮的研究,如此循环往复。

你可以这样理解科学家工作的本质,他们在上一次循环的基础上,发现问题,解决问题,形成自己的力量,这其实是一个新的循环。这时,他们也把一些问题留给后人,继续完善和发展他们的理论。因此,科学没有绝对的正确。科学家的工作,不过是在某一个层次上的进步。从近代开始,科学家有意识地使用了上述方法,才使得科学的进步成为一种常态,并且不再依赖一两个天才。因此,如果你能渐渐体会和使用科学方法,不仅对做研究有益处,将来在其他方面遇到问题,也能大致清楚解决问题的方法。

对于科学而言,重要的是过程,而非结论。科学的结论会有过时的一天,但是科学的过程能保证各种新知不断被发现。在这个过程中,通常发现问题比解决问题更重要,能发现问题的科学家才是一流的科学家。

今天,很多人依然将科学等同于正确,这是不对的。有这种想法的人,倒更像是把科学当作了宗教。宗教强调相信,对于上帝的存在,毫不怀疑地相信,这是宗教。科学必须是能够被证实(证明是正确的)的,或者被推翻(也就是证伪)的。不能因为没有被证明是错误的,就认定它是正确的。在科学上,证实一件事的过程要以相关的事实为依据,从证据到结论的推理要符合逻辑。因此,一件事是真是假,就不会因为提出者的权威性而变得更正确。在科学上,一个博士学者提出的命题,在没有被证实之前,并不比好奇小孩提出的命题更正确。证实的过程也不是引经据典,或者使用权威的论证报告。你在媒体上会经常看到这样的报道,“上百名科学家联名反对特朗普总统的某个决定”。这些媒体的记者缺乏科学精神,他们的潜台词是科学家比常人更代表正确,几百名科学家就更加接近真理,如果他们的建议和总统的做法不同,一定是后者出错了。事实上,在科学面前,人人平等,谁对谁错要用科学的方法去证实。今天我们在谈论中世纪末期时,会嘲笑当时的经院哲学的学者缺乏科学精神,因为他们常用的证据就是“亚里士多德说”“《圣经》上说”“托勒密说”等。今天很多媒体记者的行为比那些经院学者好不到哪儿去,他们依然不懂得,再多权威的话都不足以证实一个命题。

科学不仅要能被证实,而且还必须具有可证伪性,是否可以用经验证伪是科学与非科学的分界线。要理解可证伪性,只要看看什么是不可证伪的就可以了,比如:

第一,上帝的存在性。这件事,我们没有办法验证其真伪,因此我们说这个问题不是科学问题,而是宗教问题。

第二,永远正确的结论(逻辑上叫作重言式),比如1+1=2,这是定义,不是科学。如果你明天把“1+1”定义为3,那么1+1=3也正确,因为定义总是正确的。

第三,列举了所有的可能性,比如“明天可能下雨,也可能不下雨”,因为它总是正确的,无法证伪。

第四,从错误的前提下可以得出任何结论。因此,虽然这些结论可能是正确的,但是这样的论证方法在科学上毫无意义。比如“如果太阳从西边出来,海水就会沸腾”。这个命题无法证伪。当然,在现实中没有人会在论文中写这样的话,却有不少人不小心使用了错误的前提。

为什么证伪比证实更重要呢?因为对于一个现象,我们总可以找到一个能自洽的理论解释它。类似地,对于几乎任何一个结论,我们都很容易找到几个例子来佐证。如果有人说比重轻的物体会先落地,这个结论并不正确,但是他可以举出一堆例子证实。也就是说,仅仅证实是不够的。很多时候,我们自认为的那些自洽的、被证实的理论,或者自认为找到的原因,可能不过仅仅是一种可能合理的解释而已。随着我们得到更多的数据,有了更深入的了解,就会发现我们的理论是漏洞百出的。

去年我读了一本经济学家写的书,他的观点很奇特,因此销量很好,但是很多观点并不被主流学界认同,因为很多结论难以证伪,经不起考验。书中有这样一个例子。

在20世纪末,纽约的犯罪率大幅下降。纽约的这个变化其实我有切身感受,1996年,我在纽约过圣诞节时,几个大男人晚上都不敢轻易出门,而且满街是色情小亭子,酒吧常常就是脱衣舞厅,市容更是乌七八糟,满墙是涂鸦。2000年春,我一个人在纽约,晚上独自出门,一点儿也不用担心,城市干干净净,所有的色情场所被清理干净,“大苹果”还有点儿浪漫的韵味。短短几年就有这么大变化,大家就来分析原因了。各种人提出了不下10种原因,几乎每一种都有一些证据支持,但也都不是很让人完全信服。

前面提到的书中给出了一个颇为新颖的解释。从20世纪70年代起美国堕胎开始合法化,导致非婚生孩子减少,而在美国,单亲家庭的孩子是犯罪率较高的群体。这个说法显然能自洽,可以说是用纽约的例子证实了他的理论。这种说法对不对呢?只要反过来想这个问题,看看能否将它证伪就可以了。

堕胎药的作用恐怕需要一代人才能显现出来,不可能三年半就见效吧?另外,美国其他城市的犯罪率并没有明显下降,仅仅纽约下降明显,因此堕胎药未必是主要原因。

此外,虽然美国从70年代堕胎开始合法化,堕胎率增加了,但是非婚生子女的比例并没有减少,在过去30年,拉丁裔单亲家庭的比例还在不断上升,非洲裔则持平,没有减少。

另外,美国真正的堕胎率高峰是1980—1995年,大约是70年代的三倍。按照这个理论,2000年之后纽约的犯罪率应该进一步大幅下降,但这并没有发生。

另一个说法是纽约从1996年开始大规模安装摄像头,犯罪分子不敢作案了。这个说法听上去也有道理,能够自洽,但是本身也很难证伪。如果放到更长的时间和空间里,它就可以证伪了。

在时间上讲,纽约大规模安装摄像头是2001年“9·11”事件之后的事,而纽约市犯罪率大幅下降是1994年的事。如果往后看,到2005年,纽约市的摄像头比“9·11”事件之前多多了,但是犯罪率下降并不明显。从空间上讲,芝加哥、巴尔的摩和圣路易斯都安装了摄像头,治安从来不见好转,反而变差了。

真正比较有说服力的原因是,从1994年到2001年由铁腕市长朱利安尼当政,他强力打击犯罪,清理城市。纽约过去有一个让司机非常头疼的问题,一群非洲裔男子在红绿灯处为停下来的车强行洗车,强行要钱。这种事情是明目张胆进行的,和安没安摄像头没有关系。

朱利安尼当市长后,对这种极小的犯罪也照抓不误。另外,对那种往大楼外墙上泼墨的行为也是见一个抓一个。纽约开始驱赶妓女,打掉妓女组织,把嫖客信息登报。对于市民也严格要求,公共场所禁止吸烟,使得社会风气开始好转。

你可以在网上查一下纽约的犯罪指数,它从1994年开始大幅下降,到2001年基本上稳定在今天的水平。此外纽约在全美国的犯罪率排名,在1993年之前,一直排在前三位,到2001年,降到了第16位,之后变化不是特别大。也就是说,纽约的进步和朱利安尼当政直接相关,此前此后都没有改进,甚至在倒退。

人很多时候会把错误的原因当成真正的原因,这不仅体现在研究中,也体现在生活中,这就不多说了。总的来说,如果你做研究,一定记住科学方式比科学结论更重要。只要掌握了好的方法,成功就是大概率事件。

祝研究愉快!

你的父亲2018年4月


梦华在大学里对科学研究的兴趣比过去大多了。虽然她并没有想好将来是走学术道路,还是进入工业界,但是会读一个研究生学位尝试着做一些科研,看看自己是否适合做学术研究,对此是否能有长期兴趣。