科學(xué)結(jié)論為何需要重復(fù)驗(yàn)證

張?zhí)锟?/p>

科學(xué)結(jié)論的真實(shí)性需要通過重復(fù)研究來(lái)證實(shí)，然而，由于不能重復(fù)驗(yàn)證，很多科學(xué)結(jié)論受到質(zhì)疑。最近，生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)新研究使人們對(duì)于科學(xué)結(jié)論的真實(shí)性產(chǎn)生了更多疑慮。

在這項(xiàng)研究中，澳大利亞墨爾本大學(xué)的漢娜·弗雷澤及其研究團(tuán)隊(duì)引入了“分析師方法”，將相同的數(shù)據(jù)和研究問題提供給246名生物學(xué)家，然后讓他們分析數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論。弗雷澤團(tuán)隊(duì)為生物學(xué)家們提供了兩個(gè)數(shù)據(jù)集（一個(gè)關(guān)于鳥類，一個(gè)關(guān)于植物）和附帶的研究問題—藍(lán)山雀雛鳥的生長(zhǎng)受兄弟姐妹競(jìng)爭(zhēng)影響的程度以及草皮覆蓋對(duì)桉樹幼苗數(shù)量的影響。大多數(shù)研究人員發(fā)現(xiàn)，兄弟姐妹之間的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)雛鳥的生長(zhǎng)有負(fù)面影響，對(duì)于這種影響的大小，他們得出的結(jié)論存在很大的分歧。對(duì)于草皮覆蓋對(duì)桉樹幼苗數(shù)量的影響，生物學(xué)家的結(jié)論存在更大差異：一些研究者通過研究分析認(rèn)為，草皮覆蓋使桉樹幼苗的數(shù)量大大減少了；另一些研究者得出相反結(jié)論，認(rèn)為草皮覆蓋使桉樹幼苗的數(shù)量增加了。

該研究首次全面展示了生態(tài)學(xué)中科學(xué)結(jié)論的巨大變異性，這種變異性是由科學(xué)家不同的分析方法導(dǎo)致的—246名生物學(xué)家對(duì)同樣的生態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果卻大相徑庭。這項(xiàng)研究再次提醒我們，單一的科學(xué)結(jié)論并不一定真實(shí)可信。然而，在科技高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)，人們傾向于將一篇論文的結(jié)論視為確定性的結(jié)論，這可能誤導(dǎo)科學(xué)決策，并對(duì)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生負(fù)面作用。

2011年，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的心理學(xué)教授布萊恩·諾賽克邀請(qǐng)全球250多名科學(xué)家，對(duì)2008年發(fā)表在3家頂級(jí)心理學(xué)期刊上的100項(xiàng)心理學(xué)研究進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證，結(jié)果僅有39項(xiàng)研究結(jié)論可以再現(xiàn)，61項(xiàng)研究結(jié)論無(wú)法重現(xiàn)，不可重復(fù)率達(dá)到61%。之后，諾賽克及其研究團(tuán)隊(duì)又再次組織了由多位國(guó)家機(jī)構(gòu)的研究人員參與的一次重復(fù)性研究，對(duì)2010—2015年發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊《自然》和《科學(xué)》上的21篇心理學(xué)論文的結(jié)論進(jìn)行重復(fù)性研究，結(jié)果是38%的研究結(jié)論不可重復(fù)。另一項(xiàng)研究表明，今天在全球一流的學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》《自然》《美國(guó)科學(xué)院院刊》《科學(xué)》上發(fā)表的論文的結(jié)論至少有一半不可重復(fù)。

那么，該如何進(jìn)行科學(xué)研究結(jié)論的可重復(fù)驗(yàn)證，并得出相對(duì)真實(shí)可靠的結(jié)論呢？30多年前，天文學(xué)家卡爾·薩根的一次從太空觀測(cè)地球以證明地球上有生命的實(shí)驗(yàn)，或許值得參考。

薩根是以零結(jié)論的態(tài)度和方式來(lái)驗(yàn)證已得到認(rèn)可的科學(xué)結(jié)論。地球上有生命，這是地球人都知道的，除了人類，這里還有大量的動(dòng)植物、微生物。然而，明知一個(gè)確切結(jié)論也要進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證，這就是對(duì)地球上有無(wú)生命持零結(jié)論的態(tài)度。在一些人看來(lái)，這種論證方式純屬畫蛇添足，但是，薩根的支持者認(rèn)為，這種方式除了可以重復(fù)驗(yàn)證已有的科學(xué)結(jié)論—地球上有生命，還能用于驗(yàn)證其他星球上有無(wú)生命。

薩根不僅是美國(guó)著名天文學(xué)家、天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家，也是一位科幻小說(shuō)家及科普作家，還是行星學(xué)會(huì)的創(chuàng)立者。為了證明地球上存在生命，他設(shè)計(jì)了一種前人從未嘗試過的證明方式。1993年初，薩根將一份手稿送到了《自然》雜志的辦公室，希望發(fā)表“從太空探測(cè)地球上是否存在生命”的證據(jù)。1993年10月21日，《自然》雜志發(fā)表了這項(xiàng)題為“從伽利略號(hào)航天器探索地球生命”的研究報(bào)告。這項(xiàng)研究的結(jié)論“強(qiáng)烈暗示”地球確實(shí)存在生命。

1989年， 美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的伽利略號(hào)航天器發(fā)射升空，執(zhí)行環(huán)繞木星的任務(wù)，預(yù)計(jì)于1995年抵達(dá)目的地。得知這一消息后，薩根萌生了一個(gè)想法，如果將伽利略號(hào)上的儀器對(duì)準(zhǔn)地球進(jìn)行觀測(cè)，可能會(huì)找到地球上有生命的明確證據(jù)。隨后，他和同事一起設(shè)計(jì)了一個(gè)方案，并說(shuō)服NASA按照他們的方案進(jìn)行操作和觀察。

因?yàn)橘だ蕴?hào)在前往木星的路途中需要繞過地球和金星，以便從這兩個(gè)行星的引力中獲得助推，所以它將在距離地球最近的960千米的地方經(jīng)過，該地位于加勒比海上方，而且航天器中的儀器可以獲得地球上有無(wú)生命的信息。果然，科研人員從航天器的光譜儀中發(fā)現(xiàn)了一些證據(jù)，包括氧氣、水蒸氣、冰和雪、二氧化碳、甲烷和其他溫室氣體。此外，伽利略號(hào)的成像系統(tǒng)還發(fā)現(xiàn)了云層、海洋、海岸線和巖石表層。當(dāng)時(shí)的成像技術(shù)并不能檢測(cè)到實(shí)際的生命形式，如人和動(dòng)物，但是成像系統(tǒng)和光譜儀等儀器能夠發(fā)現(xiàn)電磁信號(hào)，其振幅以脈沖的形式變化。這些電磁信號(hào)在當(dāng)時(shí)被廣泛用于無(wú)線電通信和電視廣播，而且這被視為一種已知不會(huì)自然發(fā)生的光電類型。太空中的伽利略號(hào)通過科學(xué)探測(cè)發(fā)現(xiàn)的這些信號(hào)提示，只有地球上的智能生命才能創(chuàng)造這樣的技術(shù)，因此這也是生命存在的可靠證據(jù)。

薩根的研究方法與人們用肉眼觀察到地球上的生命不同，是利用探索外星生命的方法來(lái)驗(yàn)證地球有無(wú)生命。雖然這項(xiàng)來(lái)自太空的研究發(fā)現(xiàn)的證據(jù)比較少且直觀性差，但比較可靠，而且是從此前從未嘗試的角度來(lái)探測(cè)地球上是否存在生命，所以意義非凡。

20世紀(jì)90年代初以來(lái)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的圍繞系外恒星運(yùn)行的行星已經(jīng)超過5500顆?？茖W(xué)家們利用薩根設(shè)計(jì)的探測(cè)方法發(fā)現(xiàn)，一些星球上擁有蘊(yùn)育生命的環(huán)境和條件，如氧氣、水蒸氣、冰、甲烷等。通過薩根設(shè)計(jì)的探測(cè)方法，一些科學(xué)家甚至推測(cè)出一些星球上可能存在生命，但是這些生命未必是智能生命。2021年，NASA的詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空。這架太空望遠(yuǎn)鏡非常適合研究系外行星的大氣層，未來(lái)將會(huì)獲得更多的新數(shù)據(jù)和新發(fā)現(xiàn)，以證明地外星球是否存在生命。

以零結(jié)論來(lái)重復(fù)驗(yàn)證科學(xué)結(jié)論的重要性體現(xiàn)為，不僅要驗(yàn)證無(wú)法確定的新的科學(xué)結(jié)論，還要驗(yàn)證我們認(rèn)為自己已經(jīng)確認(rèn)的“常識(shí)”。對(duì)于新的科學(xué)結(jié)論和已經(jīng)遭受質(zhì)疑的結(jié)論，就更需要重復(fù)研究來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。在追求科學(xué)真相的路上，新發(fā)現(xiàn)固然令人欣喜，重復(fù)驗(yàn)證同樣不可或缺。

【責(zé)任編輯】張小萌