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This research question and its answer are important to both science and technology management and the philosophy of science.This article starts with a literature review.It first reviews the literature on objectivity and then the literature on uncertainty and certainty.The review finds that many studies that specifically discuss objectivity mention replication of scientific studies as the means to achieve objectivity.In fact,it is the characteristics of objective certainty,not merely objectivity.Studies on uncertainty often overlook the goal of reducing it in scientific research,while those on certainty seldom address objectivity.In reality,objective things include both immutable and regularly changing parts,as well as irregularly changing parts.The immutable and regularly changing parts correspond to certainty,while the irregularly changing parts correspond to uncertainty.Most of the literature does not involve the specific operation of eliminating non-objectivity and uncertainty in scientific practice,so it is difficult to have an accurate and comprehensive understanding of the goal of scientific research from the literature only.
Different from the approaches taken by most of the literature,this article starts from scientific practice and focuses on controlled experiments in scientific inquiry and emphasizes that there must be an acting party and an acted party in a controlled experiment,and the former produces experimental phenomena for detection when it acts on the latter.The definition of replication for a single controlled experiment is clarified according to a consensus study report,Reproducibility and Replicability in Science,published by the U.S.National Academies of Sciences,Engineering,and Medicine in 2019.The report further states that one of the goals of science is to understand the overall effect of a set of scientific studies rather than strictly determining whether any one study replicated other studies.The report is more geared towards generating and assessing cumulative evidence on the same topic.There are many references to cumulative evidence in the literature,and this article chooses “conceptual replication” to show that it is both different from and similar to replication for a single experiment,i.e.,“physical replication” or “direct replication.” When the complexity of the experimental system is high or the controllability is low,the advantages of cumulative evidence generated by conceptual replication are more prominent,while direct replication is difficult to achieve.The key is that the independence of the former is high,while the independence of the latter is low.Independence is equivalent to the degree of flexibility in subject,method,and sample selection.
After clarifying the difference between cumulative evidence generated by conceptual replication and direct replication of experiments,the article expresses the core characteristics of cumulative evidence in mathematical form,showing that experimental results include three parts:non-objectivity,objective uncertainty,and objective certainty.Among them,only the objective certainty of each experimental result together can form the consistency of multiple pieces of cumulative evidence,but neither the non-objectivity nor the objective uncertainty can.This consistency is the hard core of cumulative evidence.Therefore,scientific research pursues objective content with certainty,and the ultimate focus is on certainty,not just objectivity.
Most of today’s scientific research will eventually be transformed into technology,and technology has two core characteristics:repeatability and predictability.Under the “pressure” of technology,a scientific inquiry must pursue objective certainty since it is closely related to the above two core characteristics,while objectivity alone cannot achieve them with assurance.Therefore,the statement “science is a cause that pursues objectivity”,believed by quite a few researchers,is incomplete.The statement should be “science is a cause that pursues objective certainty.”
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近年来,关于科技自立自强的研究大量涌现。从现实角度看,尹西明等[1]聚焦于高水平科技自立自强,分析国家战略科技力量的重要特征和优化路径。从科技政策演化变迁看,宋河发等[2]从1935-2022年中国科技发展方针变迁的各个历史阶段出发,从“向科学进军”号召的提出,到科学技术是第一生产力,到自主创新方针,到实施创新驱动发展战略,再到加快实现高水平科技自立自强,中国政府越来越重视自主创新能力建设。当前,“新质生产力”成为学术研究的新热点,新质生产力与高水平科技自立自强紧密相关。钟茂初[3]指出,作为“新质生产力”的颠覆性技术创新将成为驱动经济增长的核心因素。颠覆性技术创新的上游是有变革性潜力的原创性科学研究,是实现高水平科技自立自强的核心内容。很自然地,有一条清晰的逻辑关系显现出来:为落实创新驱动发展战略应了解如何创新,科技创新的最上游是科学研究,其中实验研究常处于顶端,这就引出科学研究追求的证据具有哪些特性的思考。简言之,科学研究的目的是获取客观性还是确定性?对有实验背景的科学家而言,他们在科学实验中常使用的盲法、仪器校准、统计显著性计算等操作方法均为确保实验过程和结果是客观而确定的,而非偶然的、人为的及其它非客观或不确定因素所导致的。然而,对于很多没有任何实验研究经历的科学哲学和科技管理领域学者而言,回答这些问题十分重要。
关于客观性、确定性或不确定性的讨论日益丰富。本文首先梳理倾向于客观性的文献,再回顾倾向于确定性或不确定性的文献,然后分析美国科学、工程和医学院[4](以下简称NASEM)在2019年发行的共识研究报告《科学中的可重现性和可复制性》,该报告指出任何科学研究的结果都由证据作出最终检验,并未提到需要科学家协商决定证据的客观性或确定性。该报告比较推崇一系列研究的累积证据,用它可克服单个研究可重复性检验的困难。可重复性既与客观性有关,也与确定性有关。本文以数学形式表达累积证据的核心特征,辅以对科学技术特点的分析,说明科学研究的基础追求是什么。
在科学范畴中,客观性是什么?科学家怎样做才能获得客观性?对这些问题的探究可以追溯到古希腊[5]。自文艺复兴至今,相关文献不计其数[6]。科学史家有力地证明,从17世纪第一次科学革命以来的300多年里,无论是在方法论方面还是在知识论方面,客观性概念都是有所变化的[7]。即便进入21世纪,虽然“客观性”和“客观的”是科学哲学及认识论中最常用的术语,但它们的定义仍然不明确[8]。
1.1.1 客观性分类
一些学者把客观性和真理放在平等的位置。Stamenkovic[9]把客观性看作科学的一个特征——可能是最重要的一个,它与真理并驾齐驱。科学旨在客观性揭示真理,科学被认为是客观的,或者至少是对世界最客观的探究方式。因此,客观性可被理解为科学事业的定义目标之一(连同对真理的追求)[10]。另外一些学者关注客观性的多种类型。Hacking[11]指出,21 世纪关于客观性思考的第一个里程碑便是达斯顿和加里森的巨著《客观性》,它追溯了客观性概念在科学史上的演化,其中有对自然的真实性、机械的客观性和科学形成过程中训练有素的判断力3种类型客观性的分析[12]。它们可以简洁地称为本体论的客观性(ontological objectivity)、机械客观性(mechanical objectivity)和无视角客观性(aperspectival objectivity)[7]。
1.1.2 客观性标准
还有部分学者从多种角度考察客观性的意义。Hoyningen-Huene[6]捍卫客观性有一个抽象和普遍的核心含义的论点。他指出,被视为客观性的各种概念实际上大都是判断客观性的不同标准、指标或实现客观性的手段;Reiss等[13]指出客观性是所有科学共同体的特征;Longino[14]认为互动的客观性产生于变革性的批评,并将它限定在科学界内。为实现变革性的批评,需要满足4个标准:①对证据、方法、假设和推理的批评必须有公认的途径;②必须存在批评者可以依据的共同标准;③整个领域必须对此类批评作出回应;④知识权威必须在合格的从业者之间平等分享。内格尔[15]认为,客观性是一种理解方式,越少依赖于特殊的主体能力,它就越客观。上述讨论适用于宏观物质,对量子层次微观物质则需要更多辨别方式。诚如薛丁谔所指出的,虽然现代科学尤其是量子力学突显了科学真理中的主体因素,但这种新发展并未改变科学真理的客观性,客观性仍是科学理论真理性的基本方面[16]。
1.2.1 客观性的实践特性
部分学者从考察知识的客观性转向聚焦实践的客观性。王娜(2010)从马克思主义实践观观察到,科学作为一种实践是主观见之于客观的活动。因此,可以把科学看作人类理解和介入自然的一种方式,实践应是科学的最本质特征。蔡仲等[17]分析皮克林的“实践的冲撞”论点,即“实践的、目标指向的以及目标修正的阻抗与适应的辩证法”。在这一框架下,科学的客观性就成为实践的客观性,这种客观性与传统作为知识的客观性有着根本的不同。“科学实践的客观性内容和产物的任何一个成功的捕获、建构以及相互作用式稳定绝非轻易获得,获得过程艰辛而确定”。
1.2.2 客观性的独立性
部分学者从可操作性角度揭示客观性与事实的关系。Stamenkovic[9]认为客观性作为对原始事实的忠实概念,预设了两方面内容:事实存在于世界“某处”、事实可以独立于任何特定的视角来确定。从这个意义上说,客观的就是事实的,而事实的存在独立于我们、独立于我们思考或认识之外[18]。吴国林(2000)引用列宁关于客观实在的定义,指出它不依赖于我们的感觉而存在,可用某种不变性来把握物质的客观实在性,即它不是人们用主观意愿能够改变的;Whewell[19]捕捉到这个直观概念并指出,客观性不取决于认识主体,即它独立于我们及我们对它的了解而存在,但它描述了调研对象的一些特征。在科学中,这一概念假定事实可以独立于个别科学家的观点而被发现、分析和系统化。逻辑经验主义哲学家们,如卡尔纳普、亨佩尔和赖兴巴赫,也都认可这个概念[9]。
1.2.3 客观性的主体间性
很多学者坚持客观性等同于主体间性的观点。李醒民[20]对科学客观性的文献综述很全面。其中,康德建议,术语“客观的”指独立于任何个人的怪想而能够得到辩护的知识。如果辩护原则上能够被检验并被任何人理解,它就是客观的。后来,有些学者从康德的建议中推出,科学客观性是科学共同体的主体间性。莫兰、罗素、彭加勒、皮尔逊、波普尔等都赞同这一观点。波普尔对这个观点的总结是,“科学陈述的客观性就在于它们能被主体间相互检验”,它反映了科学实践的要点——相互检验以取得客观一致,而不仅仅是主观同意。福尔迈为科学的客观性确立了5个标准:①主体间的可理解性;②不依赖任何参照系;③主体间的可验证性;④不依赖方法;⑤非约定性[16]。
1.3.1 从重复性中获取客观性
少数学者注意到应如何在科学实践中获得客观性,他们把可重复性当作获取客观性的主要方法。Bedessem等[21]主张客观性与在科学探究中部署的所有实验、认知技术过程的质量及可靠性有关,即程序客观性;邢冬梅(2004)认为科学家们通过重复实验、统计平均等方法使客观性达到最大化;Nozick在2001年出版的《不变性:客观世界的结构》一书中建议,客观事件通常具有3个标志[22]:①只有那些能够被不同观察者在不同时刻、不同地点重复的现象才有可能是客观现象;②具有或者可以具有主体间共识;③独立于人们的信念、期望以及观察或测量。刘大椿[16]注意到客观性保障来自重复而独立的测量,即当对象由多个研究者独立重复测量时,测量是客观的。
1.3.2 客观性与确定性难以分开
Hoyningen-Huene[6]是研究库恩的知名专家,他在2023年发表的一篇关于客观性的论文中提及 “objectivity”(客观性)共301次,但正文未提及 “certainty”(确定性)或 “uncertainty” (不确定性),只在一个脚注的引文中提及 “uncertainty” 1次。从他的论文中可以看到一个有代表性的倾向:把客观性与确定性决然分开。从中也能理解为何多个文献即使明确使用可重复性、不变性等本是客观确定性的描述,但也只把它们归于客观性而不提确定性。
概括言之,由于上述多数学者没有谈到科学实践是如何减少非客观性及不确定性的具体操作,在他们专注探讨客观性时,不知不觉便提到确定性具有的特点(如可重复性、不变性)。正如一位学者所表述的洞见,近现代科学的客观性是一种伪装,它的实质是确定性,而确定性和数理处理结果联系在一起[5]。
2.1.1 寻找确定性是古今科学的一贯目的
寻找确定性是科学一如既往的目的。吴国盛[23] 认为古希腊就有科学,它是确定性的知识。现代科学继承了古希腊哲学追求确定性的思想。Reed等[24]指出,笛卡尔最关心的问题就是他在《第一沉思集》中告诉我们的,即他想在“科学中建立一些稳定且可能持久的东西”。换言之,笛卡尔是要为科学找到确定性。王荣江[25]认为知识论就是寻求确实性知识并为之辩护的事业。虽然怀疑论和不可知论的各种挑战如影随形,但它们从来没有动摇过主流科学家对确定性知识的追求和辩护。鲁鹏[26]从科学史看到,文艺复兴以来至20世纪前半叶,科学所做的一切可用一句话概括:追求确定性。直到今天,确定性依然是绝大多数人心中科学之为科学的本质特征。Bunge[27]认为,从宽泛的意义上讲,科学是决定性的,它要求规律性。NASEM报告[4]清晰地表明,科学研究的基础追求从未改变过,仍然是确定性。
2.1.2 寻找确定性的方法
主张实用主义的杜威认为笛卡尔企图从内心寻求绝对确定性的所在(杜仕菊等,2016)。康德在现象领域内寻找认识上的确定性。然而,他们为寻求绝对的确定性而把理论与实践、知识与行动分割开来。杜威更倾向于在实践中探寻确定性。张永芝[28]发现休谟对常识中的因果关系提出质疑,是出于纯化因果关系的考量,实质上是对知识的确定性提出质疑。在西方哲学史上,休谟虽然不是第一位提出不确定性思考的哲学家,但却是近代以来在这方面最有影响力的学者。波普尔认为科学知识是不确定的,科学假说无法被证实,只能被证伪。因此,科学寻找确定性的方法是不断批判甚至证伪,以逼近真理。实际上,休谟和波普尔提出的不确定性思考属于逆向思维,其最终目的是为科学寻找获得确定性的方法。
2.2.1 消除不确定性以获得确定性
有些学者关注确定性与不确定性的辨证关系。吴国林[29]指出,科学知识总是与客观的经验世界相联系,科学知识的不确定性有两个导因:一是科学知识内在的不确定性;二是科学知识受客观外界影响而导致的外在不确定性。维特根斯坦认为万事万物的本真状态是差异性、无序性、不确定性[30]。过去100多年自然科学的发展表明,客观世界本身就存在着各种不确定性。对方法不确定性强调最多的是费耶阿本德(丁祖豪等,2004),他表示,“在人类发展的所有阶段,得到维护的显然只有一个原则,就是‘什么都行’”,意即没有适合一切问题的科学方法;王荣江[31]发现,知识在确定性和不确定性之间动态增长;郑祥福[32]对此有详细的论述,指出科学认识总是从不确定性中寻求确定性,又从确定性中寻求不确定性以消除或减小不确定性,进而推动科学认识发展;欧庭高等[33]认为,不确定性是物质运动的非重复性、非决定性、偶然性和随机性。这说明存在一个矛盾,即科学实践的目的是追求确定性,但现实却是科学家们花费大量时间在消除或降低不确定性,这与新实验主义学者Mayo的观点相一致[34]。
2.2.2 深入了解不确定性以获得确定性
部分学者把不确定性和确定性细分为更多性质,甚至由此获得可操作性。徐凌(2006)指出,怀恩认为知识中的非确定性包括风险、不确定性、无知和非决定性。鲍德里亚主张不确定性具有多方面含义,首先指那些不能预知的不确定“性质”;其次指给定条件后不能确定地实现,因而“引起怀疑的事物”;再次指“不可预见的事物”;最后指个人做出的“不确定状态”。丁祖豪等(2004)认为确定性含义主要包括有序性、统一性、必然性、精确性、稳定性和可预见性等,不确定性含义主要包括无序性、差异性、随机性、模糊性、不稳定性和不可预见性等。王国胤等[35]从计算角度指出,确定性是指客观事物联系和发展过程中有规律的、必然的、清晰的、精确的属性。不确定性则相反,是指客观事物联系和发展过程中无序的、偶然的、模糊的、近似的属性。随机性和模糊性是不确定性的基本特征。
综上所述,大量不确定性事物和少量确定性事物都是客观存在的。真正的不确定性是不知道有没有不确定性,深入了解不确定性就等于化“暗箭”为“明枪”,为探求过程带来更多确定性。在实践中,科学家们尽量排除非客观性和客观的不确定性,从而追求客观的确定性,它以确定性为基础追求,而不以客观性为研究目的。
2.2.3 NASEM强调客观的确定性
2019年,NASEM出版了一份《科学中的可重现性与可复制性》[4]的研究报告,代表了NASEM的学术立场。该报告较为全面地论述了根据对可重复性问题研究所得出的发现、结论和建议,是迄今为止关于科学研究可重复性专题最权威的文献。报告全文提及“证据”共89次,提到“确定性”和“不确定性”共106次,只字未提“客观性”一词。从该报告可以看出,消除和降低不确定性是科学实践的核心活动,而达到某种确定性水平才是目的。也即,科学研究的最终追求是确定性,确定性含有客观性背景,所以该报告没有单独提及客观性。
科学研究主要包含经验研究和理论研究,经验研究的主要目的是产生、验证、累积和运用证据。经验研究的类型很多,主要有对照实验、纯粹观察、问卷调研、追踪访谈、随机或不随机的对照试验等。篇幅所限,本文聚焦对照实验,因为它在大多数自然科学领域是首要的经验研究形式。本文对它的主要特性进行描述,专门就对照实验中科学家们的实地操作进行客观性与确定性辨析。
科学实验即对照实验,一般是指科学家在一种可控制环境中对一种或多种(自然的或人为的)现象的间接观察(主动观察),以区别于在自然环境下的直接观察(被动观察或称纯粹观察)。《中国大百科全书》第三版的“科学实验”词条是:“人们根据一定的科学研究目的,运用科学仪器、设备等物质手段,在人为控制、变革、模拟客观事物的条件下,排除干扰并获得科学事实的方法”。“科学实验是获取科学事实和检验科学假说、科学理论的基本手段”。韦氏英语词典关于实验词条的第三种解释是,“在受控条件下进行的操作或程序,目的是发现未知效应或规律、检验或建立假设、或说明已知规律”。任何对照实验必然具备两方面内容:产生并观察实验现象。在产生实验现象方面又必须有作用方和被作用方,前者作用于后者时产生实验现象以供观察。
为保证科学事实的可靠性,防止错误,科学研究强调任何科学事实的认定都必须遵循可重复性原则,可重复性原则的意义在于帮助人们确定事实的可靠性和真实性,也是评价科学命题正确与否的标准(蒋劲松等,2018)。
3.2.1 概念重复与直接重复的定义
“可重复性”一词在英文中表现为reproducibility、replicability等,相应中文为“可重现性”“可复制性”等。人们对这两个词的用法含糊不清,要么对二者不加区别,要么加以区别使用。在区别使用文献中,根据实验操作者、材料、数据、方法、条件、程序及结果不同,大致分为两个阵营。相对于原始实验,第一个是在独立实验中用“相同方法+相同条件+相同数据=相同结果”,第二个则是在独立实验中使用“不同方法+不同条件+不同数据=相同发现” [36]。实际上,第一种重复实验对应的是物质性的重复,也称直接重复,即NASEM报告中的reproducibility;第二种重复实验对应的是概念性重复,即NASEM报告中的replicability,其结果是累积证据。这种重复的特点是,围绕一个共同问题或假说设计和完成所有实验都取得一致的结论,即重复的是实验的结论,而非实验本身。这些实验有可能在同一领域,也有可能在不同领域甚至不同学科之间。能量转化和守恒定律的建立过程跨越多个领域(如力学内的质点力学和流体力学)和多个学科(如力学、热学和电学),虽无法在跨领域或跨学科内获得直接重复的实验,却可以进行概念重复的实验,进而获得累积证据[37]。
3.2.2 科学研究追求多个证据而非专注于单一研究
NASEM报告[4]认为,在回答同一科学问题的研究中获得了一致的结果,而且每个科学研究都获得了自己的数据,考虑到研究系统固有的不确定性水平,如果两项研究获得一致的结果,则认为它们已经重复。该报告指出,因为科学的目标之一是了解一组科学研究的整体效果,而不是严格确定任何一项研究是否重复了其它研究(直接重复)。只注重单项研究是否重复并不是确保科学知识可靠性的有效方法。相反,对一个专题中的累积证据进行评估,即对所显示的总体效应量和可概化性加以评估,才是对科学知识充满信心的有效方法。科学研究的目的之一是产生、验证和累积证据,而不是研究本身,这对破除要求实验必须能够直接重复的迷思是一贴清醒剂。
3.2.3 概念重复优于直接重复的情境
对于在何种情形下产生累积证据的概念重复比对单个实验的直接重复更有优势,NASEM报告[4]对此强调下述两个内容:
(1)关于复杂性。科学家所研究的系统复杂性各不相同。所有系统都具有一定程度的内在变异性或随机变异性,重复性逻辑适用于具有确定性的系统或信噪比很高的系统。而具有众多相互作用成分的复杂系统,其内在变异性难以评估或估计,累积证据模式可能比任何可重复性的二元标准更合适。也即,对于复杂性高的研究系统,寻求概念重复所产生的累积证据优于物质性的直接重复实验。
(2)关于可控制性。科学所研究的系统可控性各不相同。如果可以了解、表征和控制系统变量,则对此类系统的研究往往会产生更多可重复的结果。由于存在这些差异,人们希望在可控性较高的系统中进行研究比在可控性较差的系统中进行研究具有更高的重复频率。科学家试图控制和探索与研究系统性质相关的变量,但当这些变量难以控制时,直接可重复性的可能性就会变低,而从其它领域获取概念重复所产生的累积证据的可能性更高。
NASEM报告对累积证据的推崇,在该报告发布前后都产生了共鸣。
Schmidt[38]把重复性划分为狭义和广义两种。狭义重复为实验程序的重复,指通常使用与原始研究人员相同的方法检验或证实原始发现,又称为直接重复,因为它聚焦的是物质性的重复,受约束较多,独立性较差。而广义重复性则是使用不同方法的重复,以检验原始实验结果的推论,具有识别原始发现是否普遍的潜力,又称为概念重复,因为它聚焦的是概念性重复,受约束较少,独立性较强。Nosek等[39]认为,当原始实验的无数差异与获得同样发现的重复实验结果无关时,说明重复实验的独立性较强,原始实验具有较高的重复性。Schmidt[38]指出,虽然直接重复能够产生事实,但概念重复比直接重复要深入得多,因为它的可概化性高于物质性的重复,这有助于形成科学假说。Goodman等[40]将重复性分为方法重复性、结果重复性和推论重复性。方法重复性是指使用相同数据和工具,尽可能精确实施原始实验的程序,以获得相同的结果。结果重复性是指遵循相同的实验方法,以在一项新的独立实验中得到确证的结果。这两种都是物质性的重复,独立性较低,所以可概化性也低。推论重复性是指从独立的重复实验或对原始实验的再分析中得出定性相似的结论,因为对方法、结果、材料等物质性因素没有要求,只是概念性重复,独立性较强,可概化性也较高。因此,如果能从多个独立的实验结果中得到一样的推论,则这种重复性比前两种将更加珍贵。可以看出,概念重复、广义重复和推论重复产生的是多个独立证据,实际上与NASEM报告所推崇的累积证据相一致,其主要优势在于独立性强、可概化性高、易于形成科学假说。因此,Goodman等认为重复实验的目的是增加证据量,当多个独立性强的重复实验提供的累积证据显示出与原始实验结果方向具有相同且强度相似的关系时,说明该结果真实性和稳健性较强,甚至它的推论有较高的可概化性。在预防科学研究领域,Valentine等[41]认为进行重复实验的目的是积累经验证据,多个独立的经验证据说明预防干预效果的真实性、稳健性和效应量。由此,“干预措施B是否重复了干预措施A”的问题可扩展为“可用证据对该干预措施的作用效果如何”。如此表述的好处在于可以避免对重复性问题的二分法思维(如每项研究成果统计显著性),而侧重于干预效果的程度(效应量大小)和可能范围(置信区间)。也即,把关注单一实验的可重复性转化为关注作用方对整体作用的效应量和可概化性。针对检验型实验的可重复性,Nichols等[42]认为在考虑两项类似实验结果时,重点不应放在结果比较上,而应放在它们各自与基于假设的预测是否一致,并结合这些一致性评估获得整体证据权重,这是采集累积证据的思路。
在上述讨论的基础上,本文选取单个实验、具有直接重复性的多个实验和具有概念重复性的多个独立实验,从科学实践角度分析客观性与确定性之间的界限。需要指出的是,在实际操作中,非客观性与不确定性很难绝对分开,而实验人员一般考虑的是如何消除或降低多种来源的实验误差,这些误差中既有非客观性内容(如心理因素),也有不确定性因素(如仪器操作失误)。
3.4.1 非客观性和不确定性因素
单个实验中最突出的非客观性和不确定性因素包括偶然性、人为性(操作失误、记录错误等)、心理性(在生物医学实验中尤为明显),它们是通过内部重复(排除偶然性)、操作人员与检测人员之间的单盲法或双盲法(消除心理性)、预备实验(减少实验操作过程中的不确定性)、实验仪器较准(消除来自仪器操作的不确定性)等方法消除或降低非客观性与不确定性。实验结果的呈现通过统计显著性定量界定可接受的不确定性,但似乎并未衡量非客观性。实际上,此处的不确定性是非客观性因素和不确定性因素的混合。新实验主义学者Mayo通过采访获知,实验科学家们花费大量时间在消除或降低不确定性的工作上,她的观察与本文分析一致[34]。
3.4.2 直接重复确认存在性
具有直接重复性的多个实验使其他科学家对原始实验所发现的新现象有充足的信心,并形成共识,认可该新现象为一个科学事实。直接重复的优势在于确认原始实验的新发现的存在性,因为多人重复能消除原始实验中多种信息不对称的问题,也就消除了其他科学家的各种疑虑。然而,其局限性在于它对实验中所隐含的规律性不明,这种规律性正是提出假说和构建理论的宝贵内容。在这一情境中,直接重复为科学共同体提供了可靠的客观性,却很少或没有揭示规律性内容,而后者也是一种确定性。
3.4.3 概念重复揭示规律性
具有概念重复性的多个独立实验的可贵之处在于它们结论一致,明确无误地显现出规律性。这些一致的结论能够立即转化为假说,并为假说中可预测性的检验提供清晰的累积证据。这些具有概念重复性的实验提供了可靠的客观性,只是它们对规律性的揭示更加宝贵,而规律性就是最重要的一种确定性,是理论建构的核心内容,这是NASEM[4]更青睐累积证据的原因。
实际上,客观事物既包括不变与常变(规律性变化)部分,也包括更多变化无常的部分,那些不变和常变的部分对应的是确定性,而变化无常部分对应的则是不确定性。不客观的事物也是不确定的,客观和不客观的不确定性正是科学家们千方百计要去除的,从而获得剩下的客观确定性。
本文在后续部分用简单的数学形式说明在累积证据产生和采集过程中,客观性与确定性——相对于科学实验的目的——各自所处的位置。
在产生和采集累积证据的过程中,每个参与实验都必须具备两个核心条件:一是每个后续实验都围绕原始实验所探索的问题或者对实验结果进行推论,这个问题或推论含有预测内容;二是它们都有与原始实验相似的作用方,这个作用方可能是一种能量、一种化合物、一种新药。在后续实验中对作用方的作用方式没有限定,如在不同的后续实验中,同一种药品的剂量不同、给药频率不同等。还有一点需要指出,即原始实验结果的推论可能恰好回答了该实验所探索的问题,也可能发现了比该问题更多的预测内容,或者与之相左,或者无关,所以下面以推论为准。
假设原始实验的结果用A0表示,它包括非客观部分,可能来自实验者的理论、信念、偏好等,也可能来自各种来源的实验误差,记作N0;还包括客观部分,记作O0。用集合表示,就有:
A0={N0;O0}
(1)
客观部分O0包括两部分,不确定性部分U0和确定性部分C0。这样,A0就是一个包括N0、U0、C0的集合,即:
A0={N0;U0;C0}
(2)
A0的客观性由盲法、对照和统计显著性保证,假设s0>5σ0(5为所有科学领域中最高的临界倍数,也可以是2,它是多数实验中的临界倍数)。
其中,s0为原始实验结果的统计显著性,σ0为实验总误差,实验观察的现象是客观存在的,满足可以接受的不确定性。
假设有M个后续实验,M是一个大于零的有限整数。每个后续实验都得到一个结果Ai,与原始实验结果的结构A0一致或者相似,即:
Ai={Ni;Ui;Ci},i=1-M
(3)
其中,Ni 为非客观部分,可能源自实验者的理论、信念、习惯等,还包括来自各种来源的实验误差;Ui 为客观部分中的不确定性部分;Ci 为客观部分中的确定性部分。每一个实验都有:si>5σi
其中,si为实验结果Ai的统计显著性,σi为实验总误差,即各实验观察现象均是客观存在的,满足可以接受的不确定性。
对各个实验,确定性部分Ci 与C0一致或者相似,这一关系对任何一个i都成立,其中i为1到 M的所有整数。也即,每个后续实验结果Ai各自获得符合共同命题——原始实验结果推论的独立证据Ci。而非客观部分Ni和N0各不相同,客观的不确定性部分Ui和U0也各不相同。M个证据加上原始实验所获得的1个证据等于M+1个证据,即支持该推论的累积证据,它们均是基于客观的确定性,即Ci和C0。它们确认了原始实验结果客观确定的部分是一项新的科学事实,并且显示从该结果中推出的客观确定内容有一定的普遍性,可作为假说的关键部分。
以上讨论用数学形式演示多个累积证据能够确保原始实验发现的新现象成为客观确定的科学事实或科学证据,只是过程被简化了。虽然实际操作过程各不相同甚至差别较大,但其判定客观确定性的原则不会偏离上述一致性判据。所以,有些学者说“科学是追求客观性的事业”是不完全的,应该说“科学是追求客观确定性的事业”。
虽然上述数学演示仅涉及对照实验,但该演示却具有普遍意义,对其它类型的经验研究同样适用。从上述演示可以看到,经验研究追求的是既客观又确定的内容,最终着眼点在于确定性。这是一种客观确定性,它有客观性背景,但不只是客观性。因为客观事物中包括大量不确定的事物和少许确定的事物,即确定事物只是客观事物集合中的一个较小的子集。客观而不确定的事物不是科学家们追求的目标,反而是科学研究要“过滤”掉的。只有那些极为稀少的客观而又确定的事物才是科学家们所珍惜的,是他们“千淘万漉”要获得的“真金”。简言之,科学家追求的是客观确定性,而不仅仅是客观性。
当代科学研究的最终目的是将研究成果转化为技术。科学技术的两个主要特征是能够重复使用和具有可控的预测功能。比如汽车是科技产品,它为人类生活带来了很多便利,它能够重复使用,甚至一天之内开动十几次。同时,它又有预测性特点,如踩油门就能加速,踩刹车就会停下,这些都是为开车者所能控制的可预测的功能,客观性均含在其中,不必单独提及。也即,科学技术具有可重复性和可预测性两大特点。这就要求转化成技术的科学至少要具备产生这两个客观特性的性质,而客观确定性与这两个特性相似甚至相同,仅有客观性要求是不大可能会产生这两个特性的,所以技术“倒逼”科学必须追求客观的确定性。
科学研究的核心是证据打造和理论构建,理论创造技术,为人类带来便利和福祉,所以容易让科学家感到理论的尊贵。然而,证据影响假说能否成为理论,证据还有可能推翻现行理论。在多数情形下,证据也是假说得以提出的经验基础。所以,理论创造辉煌,证据影响理论成败,证据是科学最底层的基石。
本文以数学形式结合科学技术的可重复性与可预测性特点表明:科学研究的基础是追求多个证据,它的核心特征是客观的确定性。确定性与规律性是“近亲”,也是对照实验可重复性的前提,或者是普遍经验研究证据可累积性的前提,更是理论可预测性的基础。因为科学研究的终极目的是成就理论,单有客观性无法给出理论建构的线索,而具有客观确定性的累积证据则能直接引发假说的提出,进而通向理论建构的目标。
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