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[转载]读《蒲慕明:对科学哲学的一些看法》的体会

已有 410 次阅读 2020-9-27 09:28 |个人分类:政策信息|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

很深刻的文章,很受益。

重要的突破性(0到1)科研创新不是无中生有的,也不是发现了一个新现象,在一流期刊出了一篇好论文,而是在目前科学领域的基础上,对现有的理论和技术有大幅度革新(产生研究范式革新);在符合现有领域的格局和范式之内的新发现和新技术,可以说是渐进式(1-100)的创新。


在现有范式框架内,提出一个新假设,能证实它,只是渐进性研究;无法证实它(即试验得不到期待的结果),甚至能证伪它(得到阴性结果),才更重要。这是孕育变革性研究的源泉。


附:原文

蒲慕明:对科学哲学的一些看法

蒲慕明 中国科学报 前天

作者 | 蒲慕明


9月24日上午,“中国科学院哲学研究所揭牌仪式暨科学与哲学前沿问题研讨会”在中国科学院大学玉泉路校区举行。揭牌仪式上,中科院院士、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)学术主任蒲慕明代表科学家发言。以下为发言内容。


中科院神经所的研究生每年都有博士生的论文研究进展报告,最近我参加了一个学生的报告。

这位学生很聪明、也特别努力,过去一年的工作是针对导师的一个假说所设计的两种不同的实验,得到的结果都不符合假说所预期的结果。

他说虽然一年的工作都失败了,仍不愿放弃,又提出了另一种实验,下几个月准备再继续努力,希望能证实这个假说。

如果还是失败的话,就准备换一个论文题目。这个学生的实验设计严谨,实验数据和结论也可信,报告时思路清晰,对这个假说充满信心。

在场的老师对这个学生都很满意,尤其是他的导师对他不怕失败的挫折,仍坚持努力工作尤其赞赏,也同意学生应该再努力做另一组实验,如果还是不能证实这一假说,就换一个论文题目。

这个小故事说明了一个科学界普遍的现象。


就是学生和导师都没有真正理解科学研究的本质,对假说和实验的意义没有正确的概念。


根据上世纪初Karl Popper对知识论和科学方法总结出的理论,也是目前科学哲学领域普遍接受的理论,假说存在的意义,不是为了给实验“证实”的,而是用来反驳的。


科学实验的目的不是为了证实(verify 或 prove)一个假说,而是寻找反证。


假说是一种猜想(conjecture),最好的实验结果是能反驳(refute)它,从conjecture 到refutation,就完成了科研重要的一环。



假说如果不能预测实验得到的结果,就需要进一步修正,提出一个能解释实验结果的新假说,这是对假说的重要反馈环节。


这种从假说到反驳到新假说的出现,是推动科学进展最有效的模式。


符合假说的结果不能说就是证实了假说,只能说结果支持了假说,假说可以继续存在。


事实上,假说是永远无法被证实的,因为是不可能对涵盖所有实验参数空间进行所有可能的实验。


这位学生的两组严谨的实验,没有得到假说预测的结果,应该认为是成功的而不是失败的实验。


如果第三组实验也得不到预期的成果,那是更好的结果。


他完全不应该换题目,而是去重新提出一个修正的假说,能解释他已获得的实验结果。


这个导师所提出的假说,是依据目前神经科学领域一般想法的假说,是目前流行的理论和研究范式(existing paradigm)的产物,如果实验结果说明假说所预测的不正确,就说明目前领域的想法是有问题的,是需要修正的。


一个重要的假说、理论框架和范式(paradigm)能统治一个领域多年,就是因为所预测的现象与许多实验结果符合,但是迟早总会发现有某些实验结果是不符合的,不符合的结果多了,就到了推翻或革新假说的时候。


这时如果又有人提出了一个革新的修正假说,就会在这个领域造成Thomas Kuhn所说的研究范式的革新(paradigm shift)。


教科书中的重要理论、概念和假说,随时间过程都会有大幅度修正,这反映的就是研究范式的革新。


我们都知道教科书中的假说,迟早都是会被修正的,可是我们不知道是哪些假说、在什么时候会被修正;能对这些修正过程有所贡献,是我们创新性基础研究的最高目标。


我们一般关注的创新,做新的实验,观察新现象,研发出新技术,都是基于目前领域已有的范式。我称之为前瞻式(prospective)创新。


但是还有另一种模式的创新,是现在很少人做的,我称之为“回顾式(retrospective)”创新。


这种创新不需要提出新的假说,设计新的实验,而是用新方法或新技术去重新检验那些支撑教科书的假说、前人曾发表过的主要实验结果。


这些假说可能是基于几十年前的实验结果所提出的。


当时的实验技术与现在相比可能落后得多,得到的实验数据也可能比较粗浅、甚至不可靠。但是因为这些假说都进了教科书,变成领域普遍接受的假说,也没有人再去检验它们的实验基础的可靠性。


现在你用新的方法去设计实验,重新检验它是否正确,虽然基本上只是用新方法重复别人的实验,我相信可能有一半的机会,得到的实验结果并不支持这个假说,很有可能对普遍接受的假说,重新提出质疑,如果是非常重要的假说,甚至造成领域内研究范式的革新。这种回顾式的研究和前瞻式的研究一样,都是属于创新的范畴。


科学的发展就是不断地修正已有的假说和理论。


前瞻式创新可能会获得新的实验结果,不符合现有范式,但需要实验者主动去设计一些有针对性、能获得反证的实验,对不符合假说的结果高度重视(而不是像我说的那位研究生认为实验失败而舍弃他的发现)。


回顾式的研究方式,是直接去重新验证已有假说的实验基础,直接去寻找假说的基础是否有破绽,是一种更直接地对现有假说的正面冲击,更可能造成研究范式的革新。


我强调回顾式创新,是我个人多年的亲身体验。


我的实验室在神经科学领域最重要的贡献,就是在二十余年前,我们针对教科书中统治了突触可塑性领域半个世纪的赫伯(Hebb)假说(脉冲相关性学习法则),使用新技术(在体神经元膜片钳记录)、设计了有针对性的实验去检验赫伯假说,而发现了有脉冲时序依赖性的突触可塑性,这个发现与同时期其他实验室的类似结果一起,造成了目前教科书中的新版(有脉冲时序依赖性)的突触学习法则。


重要的突破性(0到1)科研创新不是无中生有的,也不是发现了一个新现象,在一流期刊出了一篇好论文,而是在目前科学领域的基础上,对现有的理论和技术有大幅度革新(产生研究范式革新);在符合现有领域的格局和范式之内的新发现和新技术,可以说是渐进式(1-100)的创新。


突破式创新的源头常是一些特别有新颖性的想法,这种想法的出现常常是逻辑范畴外(beyond logic)的遐想和灵感,或统称为想象力(imagination)或是创新力(creativity)。


想象力和创新力的本质和来源是值得研究的。这是一项需要结合哲学、心理学、神经科学、信息学、社会学,甚至艺术家和诗人的观点,需要多学科一起共同研讨的课题。


怎么下手呢?也许可以针对曾有过重大突破性创新的科学家们,进行大量的案例研究。


也就是科学家心路历程的研究;这不是“科学史”研究,而是“科学家”研究,探索这些科学家“想象力”(创新思维)出现的环境和个人的家庭、教育、经历背景,尤其是创新思维出现的来龙去脉;也许可以从他们的个人回忆、自传和访问记录,理出一些规律。


我们要建设一个有创新活力的社会,需要对创新的本质、对科研环境和教育模式,系统性地进行研究,提出有说服力的论点和方案。


这也许是哲学所可以考虑的研究方向。



一位研究意识的哲学家Daniel Dennett曾说过一个故事:一位科学家和一位哲学家一起看魔术秀,一位女士站在一个箱子里,头伸出来讲话。


魔术师拿了一把刀把盒子从中间切成两半,这位女士还在说话。


科学家问哲学家这是怎么回事?哲学家说“我认为魔术师并没有切断这位女士”。


科学家说“我当然知道没有切断,我是问这个魔术是怎么做的?”,哲学家回答说“哦,这与我无关(not my department)”。


这个故事的意思是说哲学家所关心的事与科学家完全不同,哲学家关心的问题经常与科学探索无关。


我们可以做个问卷调查,问科学家他们做科研的哲学基础是什么?哲学对你的科研探索有什么贡献?我们可以预期,绝大多数说不出什么哲学基础,也许有些人会模糊地说什么“演绎法”、“归纳法”、“从归纳法探索自然现象的规律”等等。


但是,从我开始讲的那个研究生和导师的故事来看,可以明确地说,如果他们对科学探索的本质、假说与实验的意义有深一层哲学性的认识,对他们的科研工作进展,甚至是否能有创新性的贡献都会有很大的影响。


所以,处在科学院内的哲学所,我认为应该聚焦“科学的哲学”(philosophy of science),这是可以为科学界做出直接贡献的方向。


科学院的研究生教育,目前就很需要有 “科学方法论”方面的课。


这不是像“统计学方法”那种教做科研所需的实际技术和方法,而是阐明科研探索的本质和途径。


希望我们未来的学生不再认为他们做实验的目标就只是为了“证实”某某假说。




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