科学是怎样运作的？

科学知识对现代社会的影响无处不在，因此对于科学如何生产有用的信息已有许多研究。这方面最著名的两本书是卡尔·波普尔的《科学发现的逻辑》和托马斯·库恩的《科学革命的结构》。波普尔的书对科学家如何认识自己所做的事情有很大影响，库恩的书则对人文学者的影响更大。科学是复杂的文化活动，两位学者都为我们对这个抽象问题的认识给出了深刻的洞察。

根据波普尔以及大多数科学家的观点，科学本质上是谨慎地解决问题的过程。这个过程从科学家提出问题开始：一般是关于自然界某个他们不清楚的问题。然后是提出假说，如果假说为真就解决了所提出的问题。这两个步骤很平常，我们每个人每天在日常生活中都会进行很多次。让科学与其他人类活动不同的是，提出的假说要能被实验检验，否则就没多少意义（或价值）。对于自然世界很容易构想各种解释，比如在月球的背面有外星人或者森林里有精灵，但要想出能被检验的解释就不那么容易，而且经验表明，无论假说多么吸引人，其中绝大部分都是错的。这是一个显见事实的直接推论，即错误解释的数量总是要比正确解释的数量多得多。如果对某个事物的相信缺乏证据，则其正确的几率极小。只有假说被实际的自然现象证实，它们才具有可信度。大多数科学家的日常活动就是设计和进行各种试验，以对假说进行检验。这也就是为什么“科学神创论”让生物学家很烦心。倒不是说对世界的宗教解释就一定是错的，而是因为它们无法被检验。没有实验检验，解释就不是科学，对自然现象的非科学解释无法让人满意。当它们可以被检验时，往往都被发现是错的。

科学不那么明显的一面是，实验的目的不是证明而是证否！从原则上无法证否的解释也许会很有吸引力，但终究没有价值。当一个精心设计和实施的实验与假说一致时，并不能证明假说，而是增加其可信度。如果实验结果与假说相矛盾，则说明要么对实验的解释是错误的，要么假说需要被修正。

科学的另一个重要特征是实验及其结果必须发表出来供其他人参考和重复。个人的逻辑很不可靠。我们大家都喜爱自己的思想，看不到自己的偏见，科学家也是一样。只有与假说的关系不那么密切的人挑剔地检查了每个实验的设计、实施和解释之后，实验结果的有效性才会被采信。即使是这样也还会有隐藏的问题。当假说以及支持假说的实验被发表后，其他专家接纳后也还是会提出新的方法来对其进行检验。只有各种实验得到的结果与假说都一致时，假说才会被广泛接受。即使是这样，也没有哪个科学假说是地位永固的。人们不知道是否某个新的实验会发现之前没有发现的不一致性。牛顿的引力定律作为科学理论牢牢地站立了两百年，直到20世纪的许多实验表明爱因斯坦的广义相对论能对引力现象提供比牛顿定律更完整的解释。结果发现牛顿提出的方程只是更普适地解释自然的方法的一个特例。这个特例在像地球这样的地方很有效，却无法描述在宇宙其他地方极强的引力场中发生的事情。也许还有更具普适性的认识引力的方法没有被发现。时间将揭示这一点。

对于刚开始学习科学的大学生来说很难理解的一个概念是，科学不是寻找终极真理，而是寻找“可行的最佳解释。”如果我们不知道所接受的科学定律和理论是否是真的，又怎么会以科学为基础产生了如此多的技术成就呢？答案是得到了证据支撑的科学理论在特定情形下已足以胜任，即使将来可能会发现解释同样现象的更完整的方法。定律在所限定的范围内足以支撑工程领域；如果你只是要建一座桥，牛顿引力定律在黑洞附近是否会失效并不重要。

生成假说，实验检验，然后修正假说，这个过程已经被证明是在由可能解释组成的庞大空间中搜索一个适用于我们的观测的解释的有效策略。这个过程与图11.1所描述的方法一致，因此符合复杂引擎的定义。本质上，这个过程是对知识与自然进行匹配。这个搜索的过程不是随机的，但是另一方面，没有哪个科学家知道自己提出的最新假说能否站得住脚。实验检验为思想的选择提供了客观的基础。没有这样的基础，就无法知道特定的解释是否与物理现实相一致。当假说通过了检验，被发表后其他科学家会用更多的实验对其进行检验，如果再次通过了，就再次发表。得到了很好支持的假说被写入教科书，从而被更广泛地传播和检验。传播和接纳在科学中扮演的角色就相当于繁殖在生物界扮演的角色。

关于科学如何运作的进化观点并不会贬损假说的创造以及实验的设计和解释这些智力活动的作用，而是对宇宙的复杂性的证明。宇宙太过复杂以至于谁也无法全部理解，这是老生常谈，但却是事实。

它的一个推论是谁也无法预测宇宙尚未被认识的那些方面在未来会如何表现。科学解释让我们可以预测自然被很好认识了的那些方面。从信息科学的角度看，发现新事物的途径就是搜索，而一旦要搜索的信息空间太大，无法用穷尽的方法搜索，而且你也不知道自己到底是要找什么的时候，图5.2和图11.1描绘的搜索引擎就是寻找符合你的目标的事物的最有效的方法。科学的方法就是在人类的社会环境中对这个技术的实现。

埃里克·拜因霍克用“演绎修补”描述人类思维在文化变异（产生新的假说，等等）中的作用。当人们生成假说，无论是一个科学理论还是对汽车司机在开车时糟糕表现的解释，都不是凭空出现，而是基于他们已知的东西。对于科学，一个（好的）新假说必须是基于更成熟的理论并与之一致。有许多违反热力学定律的理论曾被提出来。由于热力学定律被以各种方法检验过很多次，因此要在我们的宇宙中的某个角落发现其被违反的可能性极低。与普通科学家相比，伟大的科学家的一个特点是他们对被其他人所发现和接受的东西有更好的理解。他们能调和所有已知的信息，因而能提出更好的假说，但即使是伟大的科学家也经常猜错。

被接受的科学理论和定律组成了一个信息体，其中涵盖了我们知道的关于宇宙的一切。本质上科学是收集、保存、修正和增添这个信息体的社会事业。这些信息以书面形式被记录，存留在活着的人的大脑中，科技期刊的文章中，以及文献综述和课本中；它是通过反复地生成变体（形成假说）然后选择（实验检验和选择保留）创造出来。归根结底，科学知识是许多科学家提出问题、猜测答案、检验猜测、修正猜测然后再次检验的学习算法的产物。图11.1形象地描述了这个方法。让科学与其他许多人类事业不同的是选择与自然一致的好思想的客观方法。通过数百年的努力，这个过程所累积的知识已相当惊人，并支撑了技术的不断发展，让人类能够以前所未有的程度控制我们的环境和命运。