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晒一晒科学研究的方法之七(假说的检验)

已有 5479 次阅读 2008-10-5 06:53 |个人分类:接力棒| 证伪, 科学研究, 对照试验, 假说

张星元:假说的检验

假说的检验可采用几种方式:
1.可以仅仅是从已经存在的各种各样的信息源搜集有关的信息。例如,如果你访问一个墓地,从阅读墓碑观察到,异常多的不同年龄的人在同一年去世。你可能会假说那年曾发生传染病或者天灾人祸,造成许多人的死亡。查阅当时的新闻报可能是检验这个假说的一种好的方式。
2.可以单单通过进一步的观察来检验假说。例如,如果你假说一种鸟,它们利用树的空穴来建巢,你就去观察几个属于这个种的鸟,并且纪录它们建巢的地方和巢的种类。
3.通常用于检验假说的方法是设计一个实验。实验是指对事件或存在的再创造(recreation)。通过对实验的分析,确定坚持、修正或抛弃假说。

进行实验会遇到困难,因为一个具体的事件可能包含大量的独立事件(叫做变量)。例如鸟鸣的发生,就可能涉及鸟的神经系统和肌肉系统的许多活动,可能因为鸟受到多种环境因子的刺激。要弄清涉及鸟鸣的诸多因素似乎是不可能完成的任务。
   
为了排除繁杂的因素,一般要进行对照试验(a controlled experiment)的手段。

对照试验要求我们构建一种只有一个变量的条件试验。而且这个变量可以操纵或改变。一个典型的对照试验分两个(或多个)组进行,只有一个组对指定的变量不按特定的方式操作,另外的一个(或多个)组则按特定的方式操作。对指定变量没有操纵的试验组叫做对照组,另外的一个(或多个)组叫做实验组。

涉及鸟鸣发生的情况可被分解成许多简单的问题。诸如,公鸟、母鸟都会鸣叫吗?鸟儿一年四季都会鸣叫吗?鸟儿的鸣叫声在任何情况下的都是一样的吗?是不是有的鸟儿比其他的鸟儿叫得更多?鸟儿在什么情况下开始鸣叫,在什么情况下停止鸣叫?每一个问题都将为假说的构建提供能被实验检验的基础;每一个试验将为鸟鸣产生的全过程的某一部分提供信息。
例如,为了检验“睾丸产生的雄性激素参与刺激公鸟鸣叫”的假说,就可以这样进行实验:把用于实验的公鸟分成两组,其中一组鸟除去睾丸,为实验组;另一组鸟保留睾丸(正常发育),为对照组。

实验中,由我们操纵的 “有或没有睾丸” 这个变量,叫做自变量。公鸟的鸣叫行为叫做应变量,因为如果性激素是重要的,观察到的鸣叫行为的变化将取决于公鸟究竟有还是没有睾丸(对应的自变量)。

在实验中,只能有一个自变量,并且期望应变量作为自变量操纵的直接结果而发生变化。
实验以后,对获得的数据(事实)进行分析。如果这两个组的鸟在鸣叫方面没有什么差别,我们就能推断自变量(睾丸)与应变量(鸣叫)之间没有明显的因果关系。然而,如果存在差别,自变量的变化很可能是对照组和实验组间发生差别的原因,在这个实验条件下,睾丸的除去确实改变了鸟儿鸣叫的行为。

果真如此吗?我们往往不轻易接受单个的实验结果,因为它可能存在一个或多个与实验无关的随机的事件影响了实验结果,使人们误认为有一种因果关系存在。
   
例如,去除睾丸的手术可能引起某些鸟生病或不舒服,鸣叫也就少了。克服这个困难的一种方法是,给所有的参加实验的鸟施行同样的外科手术,但只有一半鸟除去睾丸,而另一半作为对照的鸟仍保留睾丸。
   
只有当变量数为1时, 同样的实验能多次重复,而且实验结果始终如一;实验结果才被认可。

此外,我们常常对实验结果应用统计检验,以便公平地判定实验结果,看它们是有效的(有意义的、与其他知识相吻合的)、可靠的(重复地给出同样的结果的)和显示因果关系的;还是随机事件的结果。
还有一个检验重大假说的方法是通过检验从假说做出的预测来检验假说。假说的预测 (the predictions of a hypothesis) 要经受进一步的观察和实验的检验,从预测的结果可以检验假说是否正确。在探索真理的过程中,这一步是关键性的一步。

往往可以设计一些实验来证明某假说是错误的,从另一个方向来分析假说的正确程度。
        
通常不可能证明假说正确,因为从某些可供选择的假说,可能做出同样的预测,并且其中某个假说还没有考虑到的可能性也经常存在。

例如,你已经有了一个关于太阳绕地球转的假说,根据这个假说可以预测早晨太阳将从地球的一侧(如,东方地平线)升起,傍晚太阳将从地球的(如,西方地平线)一侧消失。这个预测是正确的,但是这个假说是不正确的。一个可供选择的假说,即地球绕太阳转的假说,同样可以做出这个推测,是正确的假说。

正因为如此,如果发现预测是正确的,只能说明做出这个预测的假说受到支持,但是并不能证明它是正确的。与此成对照的是,如果发现预测不正确,假说就不可能是正确的。

        通过对可供替代的假说(alternative hypotheses)的证伪(disproving),借助于逐个排除的方法来逼近假说的真实性。假说只有经受所有的证伪(falsification)的考验而依然没有被推翻,才能被接纳为相对正确。



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