《逻辑学导论》读书分享:科学研究的步骤

最近看了本《逻辑学导论》,一本经典的逻辑学教材。书中的内容比较硬核,也比较基础,可以给生活中的一些问题提供解题思路。

今天给大家分享的是第十三章内容:科学和假说。这章相对没这么硬核,也比较有意思,所以先挑出来分享下


为什么要分享这篇内容

“科学说明”这个普遍概念,已经正确应用到了科学之外的地方,而不仅仅在于传统意义上的科学(比如物理学或者心理学)。这种说明是宽泛意义上的“科学的”

我的理解是:可能我们面对的问题并不属于科学问题,比如男朋友有没有出轨啊,今天头疼是为什么啊。但是我们仍然可以用多种方法进行间接检验,这仍然是科学的方法、科学的思路。

而这种解题逻辑,其实是非常高效和实用的。



首先看几个反面案例

生活中,我们会偶尔作一下:我男朋友肯定是出轨了!他最近都不怎么理我,不是出轨是什么?!

乍一听没什么问题,仔细捋一下会发现,这段话的思路是这样的:

如果男朋友出轨了,那么他可能会不理我;他现在不理我,那么他一定是出轨了。


这个思路真的非常妙了。扩展开来,我们可以说:

如果张小白是人,那么它会走路;现在张小白会走路,所以他一定是人。


有的神学也是这样,他们认为,行星运动的规律源自于神仙的指示。

论证逻辑是:如果有神仙的指示存在,那么行星就会这样按规则运动;现在行星是按规则运动的,所以存在神仙的指示。


那么如果是科学的研究思路,应该是怎样的呢?

《逻辑学导论》写道:“我们不能给出研究科学的公式”,但是作者认为,在大多数情况下,科学研究有以下七个步骤


步骤1 确定问题

科学研究开始于某个问题。一个问题可以表示成一个或一组 当时没有可接受的说明的事实。

大白话解释是:确定要研究的东西是什么。

要注意的是,问题仅限于事实,不包含推论或者思考。

这一步是最基础的一步,通常并不困难。

但是从我自己的生活经验看,在日常生活中,“确定问题”这个环节总是被人忽略,导致最后出现很多问题。很多杠精、鸡同鸭讲的争吵、或者开会时候的发散思维、以为达成了实际没达成的“共识”,根源都在于问题没有确定清楚。


步骤2&步骤构建初步假说&收集额外事实

初步的推测,也就是 某些关于这个确定了的问题的比较试探性的说明。

初步假说服务于引导对相关事实的寻找。

大白话解释是:确定问题之后,我们要先推测一个大概的研究方向,然后顺着这个方向收集证据。


举个例子:

当你发烧去医院的时候,大夫会问你:有没有咳嗽或者嗓子不舒服呀?身上痛不痛呀?吃得好吗?肠胃有没有问题呀?

你有没有想过,他为什么问你这些问题,而不问你“暑假作业做完了么”?

不好意思走错台了……

为什么不问你“最近长痘痘了么”这种问题?

原因很简单,大夫本身是有一个初步判断的。发烧最可能的病因是上呼吸道感染、肠胃感染这种常见疾病。所以大夫会根据自己的初步判断询问你,收集关于“上呼吸道感染”或者“肠胃感染”的证据。

(当然诊断不会这么简单,这里只是简单举例,会意即可)


为什么要先有推测再收集证据?

因为经济实惠。

世界上存在太多可能相关的事实或者数据,我们不可能将证据收集“完全”。你发烧去医院,医生总不能把所有检查单子开一遍吧?

所以,“某种初步假说不管是如何的不完全、试探性”,它都是必需的。


这两步往往“不是完全分离的”,而是“紧密关联,相互启发”。“新发现的事实 可能导致对初步假说的调整”;调整后的假说,也可能会引导我们收集其他事实。

再举个例子:

侦探探案需要勘察现场、询问嫌疑人、寻找线索,然后把这三个过程不断重复。最后锁定一个或几个嫌疑人。

我们在看《名侦探柯南》的时候会听到他说“まさか”(音译:masaka),这个时候往往是他开始怀疑某人,并且要去寻找线索了。有时候,他也会根据事情的发展更换怀疑对象。比如伊豆度假时,京极真救下园子的那一集。这就是根据证据调整推测。


步骤4 形成说明性的假说

当证据收集的足够多,可以形成一个证据链,就可以把证据组装在一起,形成一个理论(说明性的假说)。

最终,研究者将会相信,解决原初问题所需要的所有事实都已经获得。任务就变成了 将谜题的片段以某种方式组装成一个有意义的整体。

一个可以解释所有资料的假说就产生了。

这个过程是一个创造性的过程,它需要想象,也需要知识。

说起来似乎很轻松,但是做起来并不容易。拿到同样的证据链,柯南可以推测出作案手法,毛利大部分时候都在睡觉。所以,“爱因斯坦和牛顿这样真正伟大的科学家理所当然被视为创造性的天才”。


书中举了一个测量地球周长的例子:

古希腊哲学家埃拉托色尼,被西方地理学家推崇为“地理学之父”。他在2000多年前,就计算出了地球的周长,误差在5%以内。

具体方法是,选择两个城市——塞恩城和亚历山大里亚,在夏至日那天,阳光可以垂直射到塞恩城的一口深水井里;而在亚历山大里亚,阳光离垂直线偏离了大约7°。7°大概是圆周角360°的1/50。用数学的方法推测,两个城市测量点的距离就是地球周长的1/50。

这个计算在当时是无法被证实的,但是这样的科学研究无疑是伟大的。


步骤5&步骤6 推导出进一步的结果&对结果进行检验

这里专业名词会很多,但是它们是非常非常关键的两步。可以说,了解了这两个步骤,对“科学研究”的理解就会更深一层。


首先给出一个名词:预测。“一个事实可以从一个给定假说中演绎出来,我们就说该事实被该假说所预测。

预测的准确性”是评判一个假说的最关键的标准。准确性不是说说而已的,而是需要“检验”。

每个科学假说必须是可检验的。

大白话翻译一下是:我们需要从假说中预测出一个或几个其他结果,然后做实验来检验结果是否存在。如果结果存在,那么假说就是正确的,假说被证实了;如果结果不存在,那么假说就是错误的,假说被证伪了。


书中举了爱因斯坦的例子,他提出可以这样 证实或者证伪广义相对论。

具体方法是:测量光线经过太阳附近时所产生的弯曲,但是这个观测必须在日全食的条件下。1919年日全食的时候,有两支科学家队伍分别去了非洲西海岸附近的一个小岛,和巴西,这两个地方,测量了毕星团中一些亮星的位置。观测中发现,这些亮星的光线在掠过太阳的时候确实发生了偏折,并且偏折和爱因斯坦的预测值是一样的。

这个观测使广义相对论这个假说得到了非常牢固的证实


严格来说,即使预测的结果被证实了,也不能说“假说是确定的”。原因在于,我们永远不可能得到所有的证据,“确定性是无法达到的”。但是我们可以完全地证伪一个假说。

因此一些人认为,“一个科学假说是可检验的,也就是说它至少在原则上是可错的”(可以被证伪的)。


检验性”给一些理论的发展带来了困难,因为一些实验很难被设计或者观测到。

比如达尔文和他的后继者所支持的进化论,“能够预期性地(而不是追溯性地)检验这个理论的预测很难被设计出来”,因此进化生物学总是被讽刺“与受控的实验不相容”。

然而,哈佛大学进化生物学教授乔纳森·洛索斯设计出了一个快速检验的实验。

他在巴哈马群岛的一个小岛上引入了一种蜥蜴的天敌,接着观测岛上长腿蜥蜴和短腿蜥蜴的数量变化情况,并和其他小岛进行对比。他预测,一开始,跑得快的长腿蜥蜴数量会占上风;但是随着时间的流逝,更善于躲藏的短腿蜥蜴会最最终占据主要地位。实验进行了六个月,预测得到了确证。

洛索斯教授非常高兴,他表示:

进化生物学就其本质来说与其他科学并无任何不同。

(放上这个实验是出于私心,因为洛索斯教授的话让我非常触动。真正的科学家,不会因为困难就放弃自己坚持的想法;也不会因为质疑就转投别的阵营。科学发展的过程中,总是有许许多多的假说和理论,有些被证明是正确的,有些被修改或者是被抛弃,但是这种探索求真的精神真的非常令人敬佩。)


步骤7 应用该理论

最后要说的是:“理论和实践不是两个领域,它们是每一个真正科学的事业的同等重要的方面”。理论被我们所应用,是科学发展中非常重要的一个目的。



说明:

《逻辑学导论》是一本非常硬核的书,专业名词很多、描述也非常严谨。为了让理解成本降低我们有时候会用一些大白话来说明,不免损失了一些专业性。如果有兴趣深入了解的同学,建议配合文章中的引文一起看,或者阅读原书甚至英文原版书

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