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地震预报与波普尔时代的终结 精选

已有 5452 次阅读 2008-5-24 15:17 |个人分类:科坛漫步|系统分类:科研笔记| 地震, 科技评论, 波普尔

刊载于2008年第10期《科技导报》“半月科技风云”栏目

黄永明  苏 青

对于现在存在的形形色色的地震预报理论,我们需要做的也许并不是证伪,而是考察哪一种获得的支持性证据是最多的,因而正确的概率最大。

 

20世纪对人类科学理念产生重大影响的哲学家卡尔·波普尔(Karl Popper)打过一个著名的比方。设想有一个命题提出“所有的天鹅都是白色的”,那么为了证明这一理论是正确的,你不能仅仅考察了一部分天鹅,发现它们的确都是白的,就宣布这个命题是正确的。你必须穷尽世界上存在的所有天鹅,但显然,这是个不可能的任务,你无法确信你没有遗漏了哪只黑天鹅。波普尔提出,我们不妨换一个思路:虽然不管你抓了多少白天鹅都不能证明“所有的天鹅都是白色的”,但你只需要抓住一只黑天鹅,就能证明这个命题是错误的。

波普尔通过这个简单的比方提出了科学的一个重要性质——可证伪。他认为,科学之所以成为科学,就是因为科学中的理论是可以被证伪的,这是科学与伪科学、宗教等的分野。他的这一理论十分流行,已被中国人所熟知,而且很多人也正在用这样的标准去衡量一套理论是科学还是伪科学。

吊诡的是,假如我们用波普尔的标准去衡量地震学之中的地震预报研究,会发现地震预报的种种理论没有一个是正确的。在现有的30多种预报地震的理论中,没有哪一种是100%准确的——其实不要说100%,可能连50%也难以达到。那么,一次失效是否就意味着一个理论是错误的,那么科学家就应该放弃这种理论?

实际上,科学家在现实的研究中并不是按波普尔的证伪思路来进行的,这可以从两个方面得到体现。一方面,科学理论是接受简单和易用性的。一个突出的例子就是,当爱因斯坦的相对论确立之后,牛顿力学的静止的时空观被证伪了,但人们并没有把牛顿力学扔进垃圾堆,相反,在日常生活中人们还是用牛顿力学解决问题,因为它是简单有效的。另一方面,科学家实际做的工作其实是证明。一组科学家提出一个理论后,真正做的工作是寻找各种办法去验证它,积累各种证据去支持它,而不是去证明其竞争对手的理论是错误的。

所以说,波普尔的理论并没有直接反映科学研究的真实状态。而且,现在一些科学前沿的研究正在更直接地挑战他的理论。比如说在宇宙学领域,一些物理学家提出的“分形暴涨”理论暗示出可能存在多重宇宙。在这一理论中,宇宙大爆炸之后,宇宙经历了一个分化的过程,也就是所谓“暴涨”。暴涨发生时,有很多种暴涨方式,每种涨出来的宇宙都不同,比如首先出现ABCDEFG……,到下一秒的时候A宇宙又会涨出许许多多新的宇宙,我们叫AAABACAD……,B宇宙则会涨出许许多多新的宇宙BABBBCBD……每种宇宙出现的几率都不同。暴涨理论有很多不同的版本,有一个版本甚至认为大爆炸发生之前就发生了暴涨。在弦论中,平行的宇宙可以多达10500个,比我们可观测到的宇宙范围内的原子总数还要多。然而,这些理论是无法检验的,因为人类不可能获得任何超出我们的宇宙的信息。那么,既然这些理论无法证明又无法证伪,是否意味着它们是伪科学,进而说弦论就是伪科学呢?

为了解决科学家面临的这样的尴尬问题,一些哲学家提出现在是时候放弃波普尔的那种衡量科学的逻辑了,而这也得到了一部分科学家的支持(英国《新科学家》510)。作为对波普尔方法的替代,哲学家Colin Howson等基于贝叶斯方法提出了他们衡量科学的理论。托马斯·贝叶斯(Thomas Bayes)18世纪的英国数学家,他提出了一种归纳推理的理论,以后被一些统计学者发展为一种系统的统计推断方法,称为贝叶斯方法。

科学家对一个自然现象可能提出许多不同的解释,或者说存在互相竞争的理论,现在哲学家们提出的新的方法就是定量衡量这些竞争理论为真的可能性分别有多大。可能性最大的理论就是在实际观测中获得支持性证据最多的理论。

这意味着,对于各种理论,我们不再是对它们进行对与错的简单二分,而是允许有中间状态的存在,即它们有多大的概率是正确的。

再以地震预报为例,科学家在做出预报时强调三个要素:时间、空间、强度(简称“时空强”),这是地震预报时所要必须给出的数据。但是,由于现在没有任何一种理论能够完全准确地预报地震,那么有学者提出,除了这三要素之外,还可以加一个“可能性”,即这次预报有多大的概率会正确。这有点类似于天气预报里的“降水概率”。

据报道,俄罗斯科学家最近预言2018年前世界将发生大地震,破坏力堪比2004年的印尼海啸。该结论是基于俄地震学家所研制出的一种能记录地震生成过程并预测地震的模型。俄罗斯科学院国际地震预测理论和数学地球物理学研究所专家弗拉基米尔·科索博科夫说,这场地震的震中可能位于以下5个地区之一:美国和加拿大西部交界带、智利、克什米尔、印尼苏门答腊岛和安达曼群岛附近的印度洋(新华社53)。

    这些俄罗斯科学家只是做出了一个时空强都很模糊的预测,而且,他们似乎应该强调一下这个预测有多大的概率可能成为现实。他们的预测方法称为“M 8S计算法”,如果事实证明他们的预测失败了,那么“M 8S计算法”在各种预测地震的理论中的地位就无法获得提升,而不是说它被证伪了。

综上所述,对于现在存在的形形色色的地震预报理论,我们需要做的也许并不是证伪,而是考察哪一种获得的支持性证据是最多的,因而正确的概率最大。

四川省汶川县512发生了新中国建国以来最大的地震,举国牵挂,本期“半月科技风云”的形式因而也与以往略有不同。



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