Deep Dive
Shownotes Transcript
现代世界建立在科学之上。如今，全世界有数百万科学家在数千个不同的领域和专业从事研究。所有这些研究人员都在某种程度上使用一个经过几个世纪发展起来的系统，一种允许发现科学真理的方法。它并不完美，但它引发了科学革命，并帮助创造了我们今天生活的现代世界。
在本期《每日环球》节目中，了解更多关于科学方法的内容，包括它是什么以及它是如何发展起来的。本播客部分由Stash赞助播出。
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科学方法是人类最伟大的成就之一，但它实际上既不是发明，也不是发现。科学方法是一种系统的方法，通过观察、假设形成、实验和分析来理解自然世界。它代表着人类收集关于宇宙可靠知识的最强大的工具，使我们能够超越推测，发展基于证据的理解。
科学方法并不完美，它并不适用于所有情况，稍后会详细介绍，但它是我们拥有的确定自然界事物真相的最佳框架。根据你使用的资料来源，你会看到科学方法有五步、六步，甚至七步。所有描述科学方法的不同方式都大致相同，只是有些步骤合并了，或者增加了一些额外的步骤。在本期节目中，
科学方法的步骤是观察、提问、假设构建、实验、分析和结论。为了说明它是如何工作的，我将使用最著名的案例之一，亚历山大·弗莱明的青霉素发现。1928年，弗莱明正在研究引起感染的葡萄球菌，有一天他注意到一些异常情况。
一种后来被鉴定为点青霉的霉菌意外地污染了他的一个培养皿，它周围的细菌被杀死了。这是科学方法的第一步，观察。弗莱明必须真正注意到发生了什么。这听起来微不足道，但有无数的事情很容易被忽视。在弗莱明的情况下，细菌生长缺失可能很明显，但这并不总是如此，这取决于你正在做什么。
第二步也很简单。弗莱明必须问自己，为什么？为什么细菌会在霉菌周围死亡？也许当霉菌污染样品时，温度不同。或者它可能被外部化学物质污染，而并非霉菌本身杀死了细菌。一旦提出问题，就需要提出一个假设。虽然我刚才提到的所有事情都可能是真的，但这并不是最明显的原因。
弗莱明提出的假设是，霉菌中有一些东西杀死了细菌。下一步是用实验来检验假设。为了检验他的实验，即霉菌产生能够杀死细菌的物质，亚历山大·弗莱明进行了一系列实验，他从受污染的培养皿中分离出霉菌，并让它在受控环境中生长。
然后，他收集了霉菌周围的液体（而不是霉菌本身），他怀疑其中含有抗菌物质。弗莱明将这种霉菌提取物应用于各种有害细菌的培养物，包括葡萄球菌，并观察到在提取物存在的地方，细菌被抑制或破坏。他还用其他细胞（如动物细胞）测试了这种物质，发现它不会损害这些细胞。
下一步是汇编和分析他从实验中收集的数据。在浏览了数据之后，他完成了最后一步，并得出了结论：霉菌中有一些东西杀死了细菌。这些结果证实了他的假设，即霉菌分泌了一种强大的抗菌剂，他称之为青霉素。这个过程听起来很简单，也很合乎常识，但它却花了几个世纪才发展起来。古代人确实有系统化的学习方法。
古代中国和印度通过强调观察、实践实验和逻辑推理，为科学方法的发展做出了贡献。在中国，医学、天文学和工程等领域的发展是由细致的经验研究和创新推动的，例如对天体事件的详细记录以及指南针和地震仪等工具的发明。
同样，古代印度学者利用系统的观察、分类和逻辑分析，在天文学、数学和医学方面做出了重大贡献。同样，巴比伦和埃及文明也为医学和天文学等实际任务进行了经验观察，但没有任何正式的方法。
像印度、中国、巴比伦和埃及这样的早期古代文明并没有像我们今天所知的那样实践科学方法，因为他们理解世界的方法主要基于实践经验、传统以及精神或宗教信仰，而不是系统的实验和假设检验。
虽然他们进行了重要的观察并发展了先进的技术，但他们的方法缺乏形成可检验的假设、进行对照实验和客观分析结果的结构化过程。知识通常通过权威文本或口头传统流传下来，对自然现象的解释经常与神话或神的影响联系在一起。看到朝着发展科学方法取得重大进展的古代文明是希腊人。
古希腊人在发展科学方法方面取得了重大进展，他们将探究的重点从神话解释转向理性思维和自然原因。像泰勒斯和阿纳克西曼德这样的哲学家开始提出，自然现象可以用潜在的原理来解释，而不是用神灵的行为来解释。毕达哥拉斯提出了数学可以揭示宇宙真理的思想，为科学推理奠定了基础。
柏拉图强调演绎推理和抽象理想，尽管他贬低了感官经验，但他的学生亚里士多德采取了更经验的方法，主张仔细观察、分类和逻辑推理。亚里士多德的系统探究方法和对因果关系的强调使科学更接近于一种结构化的调查方法，即使它仍然缺乏现代意义上的实验。
总的来说，希腊人对逻辑、证据和通过理性追求知识的贡献，这些都是后来发展成科学方法的核心要素。现在，在我的大多数节目中，当我谈论某事的发展时，我通常会在谈论希腊人之后谈论罗马人。然而，在这种情况下，罗马人在这个领域什么也没做。真正继承希腊人衣钵的是伊斯兰黄金时代的穆斯林学者。
在伊斯兰黄金时代，穆斯林学者在发展科学方法方面取得了关键性的进展，他们在追求知识的过程中强调观察、实验和批判性思维。他们以希腊人和其它古代文明的作品为基础，翻译和保存了经典文本，同时也通过原创研究改进和挑战了这些文本。像伊本·海赛姆这样的学者在塑造实验科学方面发挥了关键作用。
在他的著作《光学之书》中，他概述了一种系统的方法，包括观察、形成假设、通过对照实验进行检验以及得出结论，这与现代科学方法非常相似。穆斯林思想家还强调了怀疑论和验证的重要性，他们坚持认为结论应该基于证据，而不是传统或权威。
医学、天文学、化学和数学等领域蓬勃发展，学者们进行了详细的实验，仔细记录了他们的发现，并发展了基于经验观察的理论。他们的方法标志着从像希腊人那样的纯粹哲学推理向对自然世界进行有条理的、基于证据的调查的转变。
在欧洲同一时期，罗杰·培根等学者强调了经验观察和实验的重要性，认为知识应该来自经验，而不是仅仅来自公认的权威。大学成为学习中心，逻辑和辩论在那里得到实践，这有助于改进推理和分析方法。
虽然实验仍然有限，并且经常与宗教信仰交织在一起，但这一时期越来越强调批判性思维、系统观察和对既定思想的质疑。在16世纪到17世纪的科学革命期间，科学方法经历了重大转变，思想家们开始拒绝依赖传统和权威，转而采用直接观察、实验和逻辑推理。
弗朗西斯·培根提倡归纳推理，鼓励科学通过仔细观察收集数据，然后从具体事实中构建一般理论。另一方面，勒内·笛卡尔强调演绎推理和数学逻辑是通往确定性知识的途径。进入19世纪和20世纪，一些科学哲学家开始更明确地思考科学方法。
卡尔·波普尔和托马斯·库恩通过对科学知识如何进步以及科学方法如何运作提供不同的视角，对科学哲学做出了有影响力的贡献。卡尔·波普尔强调了可证伪性的重要性，即一个理论要成为科学的，它必须是可检验的，并且能够被证明是错误的。他认为，科学的进步不是通过证实假设本身，而是通过严格地试图反驳它们。
根据波普尔的观点，一个好的科学理论会做出大胆的预测，并经受住反复的反驳尝试，从而增强其可信度。相反，托马斯·库恩在他的著作《科学革命的结构》中引入了范式转换的概念。他认为，科学的进步不是以稳定、累积的方式进行的，而是通过常态科学时期和革命性变化时期进行的。在常态科学时期，研究人员在一个被接受的框架或范式内工作。
当积累了足够多的反常现象，以至于目前的范式无法解释某些事情时，就会发生科学革命，一个新的范式取代旧的范式。库恩的观点挑战了线性科学进步的思想，并强调了社会和历史背景在塑造科学发现中的作用。波普尔和库恩共同扩展了我们对科学运作方式的理解，不仅通过实验和数据，而且通过哲学和文化过程。
现在，在节目的前面，我提到你不能总是使用我给出的科学方法的教科书版本。现在你可能想知道，为什么不呢？这与进行实验的能力有关。在天文学等领域，你实际上无法进行实验。你可以进行观察和创建假设，但大多数情况下不可能进行实验。
例如，如果你对星系的形成有一个假设，你不能去制造一个星系来检验你的假设。你唯一能做的就是进行更多观察，看看它们是否符合你的假设，或者看看它们是否证伪了你的假设。天文学家想要更大更好的望远镜的原因是他们想要突破可能的观察类型。有时由于伦理、预算或后勤原因，实验是不可能的。
例如，当收集营养学领域的证据时，通常不会进行对照实验，尽管有时会进行。他们通常进行流行病学研究，他们会调查大量的人。这些研究的问题在于，它们依赖于统计数据来从数据中收集信息，此时你的结论将取决于你运行的统计分析以及你如何解释它。
科学方法中经常添加的另一个要求是可重复性。一个科学家进行实验是不够的。每个人都必须能够重复相同的实验并获得相同的结果。这在许多领域一直是一个巨大的问题，尤其是在研究人类的领域，例如心理学和医学，许多研究根本无法被其他人复制。
大多数人认为，当一篇研究论文提交给期刊时，同行评审过程会检查实验是否有效。这根本不是同行评审的作用。在某些领域，无法复制实验的问题被称为复制危机。同行评审、学术出版和复制危机的问题将在未来的节目中讨论。科学方法不是一个在每一次科学探究中都必须严格遵循的清单。
相反，它更像是一种思维方式，它允许你以这样一种方式进行科学探究，从而增加当你发现某事为真时，它实际上确实为真的几率。《每日环球》的执行制片人是查尔斯·丹尼尔。副制片人是奥斯汀·奥克顿和卡梅伦·基弗。我要感谢所有在Patreon上支持节目的朋友。你们的支持使这个播客成为可能。
我还想感谢所有活跃在Facebook小组和Discord服务器上的《每日环球》社区成员。如果你想加入讨论，节目说明中提供了两个链接。和往常一样，如果你留下评论或给我发送boostagram，你也可以在节目中听到它。