從亞里士多德到現代科學【科史哲系列4：科學方法的發展和演變】

科史哲（History and Philosophy of Science, HPS）系列文章目錄（系列文章互相聯繫，推薦按順序閱讀）：

第零期：前言

第一期：大眾科學的誤解

第四期：科學方法的發展和演變

科學方法

本段鳴謝：@伍明，感謝他指出的漏洞。

我認為首先有必要談一下科學方法是什麼。談到科學方法的定義，我們先要區分『科學方法』（scientific method）、『使用中的科學方法』（employed scientific method）和『方法論』（methodology）。

首先，『科學方法』指的是科學界在理論評估過程中所使用的實際且隱含的標準。

這個方法不是誰規定出來的，而是我們觀察科學界行為方式後作出的總結。因此，它是科學界實際使用的方法，並且也是隱含在他們行為方式里的。

打個比方，你看完《變形金剛5》之後，可能會說這部電影是個爛片。但是讓你把《變形金剛5》是爛片的理由一條一條寫出來，你可能就做不到。這是因為，你評價電影的方法，和科學界評估理論的方法一樣，都是隱含的。但即使無法精確地言明，你肯定還是用了一些標準來評價《變形金剛5》的。因此，這個方法是個實際使用著的標準。

而『使用中的科學方法』指的是在某個特定時間內被科學界普遍使用的科學方法。例如，亞里士多德時代使用的就是亞里士多德方法。而現代科學界普遍使用的是假設演繹法。

『方法論』（這個詞我找不到更好的翻譯，在英文里method和methodology是完全不一樣的意思，在中文裡好像可以翻譯成同樣的詞；因此為了區分，我使用了『方法論』）則跟這兩者都不同。方法論是指科學家在理論評估時使用的明確的規則。這個和本文無關，我們不在乎科學家們自己說的規則是什麼，我們只在乎他們實際是怎麼做的，也就是科學方法。

亞里士多德的科學方法

在第二期《世界觀》中，我們提到了亞里士多德的科學拼嵌中有兩個重要的科學方法：首先，不允許使用實驗；其次，數學只可以有限地使用。

我相信讀過第二期的知友們一定會覺得非常匪夷所思。畢竟，被現代科學洗腦的（劃掉）你們腦子裡一定有兩個跟以上科學方法截然相反的概念：科學理論需要實驗來驗證；大多數科學理論需要用到數學。

我曾在第二期提到過，如果我們不把亞里士多德的科學看做科學，我們就要做好500年後的人們不把我們的科學看做科學的準備。

我相信一部分人在讀到那句話的時候腦子裡都有這麼一個想法：『亞里士多德的科學方法和我們的不一樣，所以不承認亞里士多德科學是沒問題的』。沒有錯，亞里士多德的時代所使用的和我們現在所使用的科學方法是截然不同的。

但這能說明什麼呢？什麼也說明不了。

除開定義，我再來解釋一下科學方法是幹什麼的：科學方法的主要作用就是檢驗一個理論應不應該被接受，然後被放入科學拼嵌中。

我相信大多數人的腦子裡都有這麼一個印象：曾經，有一個愚蠢人類生存的愚蠢時代，叫古希臘……那裡的人長這個樣子：

那時候的人們不知道什麼是科學（他們可能懂點兒數學，但最起碼亞里士多德肯定不懂科學）。所以他們弄出了四個元素、還弄出了個地心說，總之他們全錯了。後來人們討厭那些信奉日心說的人，就把他們燒死了……

嗯，可以。這個聽起來很大眾科學。我還是那句話，五百年後的人類也可以說現代人的全部理論都是愚蠢的。

回到我剛才說的科學方法的作用上。如果科學方法的作用就是為了檢驗一個理論是否能被當時的科學接受，亞里士多德的科學方法其實是非常符合定義的。

因為亞里士多德的科學方法是這樣寫的：『當一個理論嘗試使用常識來解釋現象的時候，或者當一個理論是從某一個公理推導出來的時候，它就可以被接受』。它完美地符合了『檢驗一個理論能否被接受』這個要求，而這正是科學方法的定義。

你發現這個科學方法和你學的歐式幾何的推導很像了嗎？因為它們用的其實是同一種方法：

• 一個有經驗的人通過直覺可以知道，『兩點之間直線最短』（公理，不證自明）。
• 由此公理推導出其他歐式幾何理論（當然再加上別的公理）……
• 這些公理+理論一起被接受。

所以說，亞里士多德的方法雖然不是我們現在使用的科學方法，但也一樣是科學方法。這就完美地回擊了某些科學達人所認為的『科學理論可能會錯，但科學方法是永遠正確的』這一觀點。是的，無論是科學理論本身，還是科學方法，都有可能發生改變。這種改變，我們稱之為科學拼嵌變化（scientific mosaic change）。因為科學拼嵌既包括科學理論，也包括科學方法。

當代科學方法：假說演繹法

那麼有沒有可能21世紀的科學方法正好就是最完美的科學方法了呢？以後這個科學方法有沒有可能再也不改了呢？雖然我無法預知未來，但我可以說，這樣的可能性非常的小。為了解釋這個問題，我們來看一下假說演繹法（hypothetico-deductive method），也就是我們現在所使用的科學方法。

現代的假說演繹法認為：人們可以在觀察的基礎上提出『新預測』（提出假設），通過實驗檢驗假設。如果實驗結果與預期相符，假說成立；反之不成立。

假說演繹法有一個重要的條件，就是要提出『新的預測』。我認為這裡需要特別說明一下為什麼理論需要有『新的預測』。請仔細閱讀這一段：我們對於已經觀測到的現象可以有無數種解釋。比如說，觀測到史前人類的化石的時候，宗教團體可以聲稱『這不代表進化論是對的，化石就是上帝創造出來的，因為他覺得好玩兒』。這種解釋，我們稱之為馬後炮解釋（post hoc explanation）。任何人都可以對任何現象進行解釋，所以我們需要讓理論提出者，在某個現象被觀測出來之前，就預測到這個現象會發生。舉例來說，當科學家提出『演化論』這個理論的時候，按照這個理論，人類一定也會有某個祖先。這個祖先在當時並沒有被發現過，因此它是一個『新的預測』。進化論提出若干年後，這個『新的預測』被證實，演化論成立。

其實這才是攻擊宗教團體的正確方式。無論是茶壺理論還是盲眼鐘錶匠理論，都不能完美地解釋為什麼科學界可以不接受上帝的存在（注意，不是不接受），畢竟茶壺和盲眼鐘錶匠都是有一定概率存在的。用科學方法攻擊宗教團體的辦法之所以正確，是因為宗教團體的馬後炮理論無法滿足現代科學方法的要求，他們到目前為止，沒有做出過任何能被證實的『新預測』。如果你回去看科學方法的定義的話，對於無法滿足科學方法要求的理論，我們是可以不接受的。

我還是想強調一下，這不代表科學界認為神不存在；關於神的這個問題，我會在第5章《可證偽性與非科學》中闡述，請一定不要閱讀。

科學方法的演變

那麼為什麼我要說現代科學方法不變的幾率很小呢？我有兩個論點可以支持這個假設……

首先，現代科學方法本身可能有漏洞。我們可以回想一下『馬後炮解釋』這個概念。我們現代的科學方法之所以需要滿足『證實新預測』這個條件，正是因為這世上有很多人會給出馬後炮解釋。這裡，我們就需要細想一下，為什麼人們要給出馬後炮解釋。一個可能的原因是因為人人都想出名，而給新現象做出解釋的人可以出名。這正是現代科學方法可能的漏洞所在，我們可以假設出一個出名沒有什麼好處的社會（別說沒可能，你我都不能預測未來），好比說，有一天人們覺得，名氣大的人都不是什麼好東西的時候。那麼，人們將不願意再出頭給新理論作解釋，到那時候我們現有的科學方法可能就需要改變一下了。

如果你覺得這個解釋攻擊力不夠高，我們還可以看事實。且不說科學方法本來在歷史上就有無數次變動，即便是科學革命後的現代科學方法，也已經被更改過很多次了。我可以用製藥行業的科學方法舉例子：一開始，人們認為只需要用病人做實驗，看他們吃藥後會不會好轉就可以完成藥物研發了。但是後來人們發現了安慰劑效應（即使藥物本身沒用，當病人覺得藥物有用時，他們也會有所好轉），所以科學家們把製藥領域的科學方法改成了單盲法（不告知病人他們是不是真的吃了葯）。但是後來人們發現，即使病人不知道，給藥師如果知道哪個是真正的藥物，他們就會不自覺地給病人一些暗示，所以人們又將科學方法改成了雙盲法（病人和給藥師都不知道哪個是真葯）。可以看出，在未來，科學方法還有可能發生改變。

科學方法為何演變

我先問你一個問題，為什麼探究自然科學的時候要做實驗？

你仔細想想，做實驗真的很合理嗎？或者拋開合理性不談，做實驗這件事情很符合直覺嗎？

如果你從沒上過學，老師沒告訴過你研究科學需要做實驗，你還會去做實驗嗎？

想好了再往下看。

我在這裡簡要闡述一下為何科學方法會發生改變。同時也解釋一下為什麼在亞里士多德時代實驗是不被允許的、數學也只有部分情況可以使用。

從製藥行業的科學方法變化我們可以看出來，科學方法之所以會改變，很多時候是因為我們掌握了新的知識。例如，我們知道了『安慰劑效應』的存在，所以我們需要將科學方法改成單盲法。方法其實一直是跟著知識走的。

同樣，在亞里士多德時代，人們的一個知識是『自然和人為不能混為一談』。這個知識的確很符合直覺。關在籠子里的鳥和外面飛的鳥行為方式明顯不太一樣。所以，當研究鳥的時候，把它們關在籠子里做實驗明顯是『人為的』，不夠『自然』。那麼怎麼能用實驗來研究自然呢？

所以，我才會在第0章說那些科學歷史文章都是胡扯。就算歷史上的科學家們實驗成功了，也不能對當時的民眾帶來什麼影響。畢竟當時的民眾本來就不相信實驗，你在一個人為的、設置好了的條件下做出一個『反自然』的實驗，民眾能相信你是真理才是怪事。他們的行為，甚至可能被當時的人們認為是某種民科行為。就如同今天某個人反對做實驗一樣。同樣，那些說過去的科學家受到古希臘哲學家理論壓迫的科普作者們，他們犯了一個經典的年代錯誤（anachronism）。不是因為當時的人就是喜歡追隨亞里士多德，而是因為人們不認為實驗能說明任何問題。因為實驗違反自然規律。做人也好，做科學家也好，首先要先明白遊戲規則。這個遊戲規則指的當然是當下的遊戲規則，而不是未來的遊戲規則。

至於亞里士多德時代的人們為什麼僅在某些研究中使用數學，是因為他們的知識體系告訴他們，『量變和質變』之間是天壤之別。因此，對於質變的問題（例如皮卡丘為什麼會進化成雷丘），他們是不能使用研究量變的數學的。

而這兩個科學方法，都在笛卡爾的體系下被推翻了。他證明了萬物遵循同樣的規律，因此實驗可以被使用。而且也是從他開始，人們意識到量變和質變之間有著巨大的聯繫，所以數學被廣泛地引入了科學研究中。你發現了嗎？笛卡爾時代的科學方法之所以改變，歸根結底還是因為當時人們掌握的知識發生了改變。

覺得好看的話千萬不要吝惜手中的贊啊！??

科學方法演變的過程是如此地複雜，那麼科學與非科學之間的界限是否也有過演變呢？敬請關注下一期：《可證偽性與非科學》。

參考資料

題圖來源

Ancient Greece - Wikipedia

Human evolution - Wikipedia