[上編]「哩個實驗否證/驗證咗個理論」,科學真係咁簡單?(Part I: This experiment “disproves/proves” the theory. Is science really that simple and straightforward?)

科學,可以話係人類文明最重要嘅基石之一。人類文明最近幾百年發展得咁快、咁蓬勃,好大程度係因為文藝復興同工業革命,由人類開始重視同發展科學開始。隨著近年量子資訊科技(quantum information)、人工智能AI嘅興起,世界(又?)開始流行要求著重STEM教育,即科學(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)同數學(Mathematics)嘅聲音。某某自稱「國際都會」,向來以金錢掛帥,急功近利,唔重視科研嘅金融中心城市,個政府都話要「玩埋一份」(?)。不過事實上,究竟其實又有幾多人真係(真正)了解、明白乜嘢(先)係科學*呢?

*哩度科學係指自然科學/科學方法,唔包括數學或邏輯嗰類形式科學(formal science)


謬誤1):實驗=科學嘅全部,做實驗就可以得出答案(Stereotype I: Science is “just” about doing experiments)

(credits: xkcd #669, https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/669:_Experiment)

關於「科學係乜」哩個問題,之前小弟已經寫過篇拙文講過吓 [1]。而今次就想講吓實驗(experiments)哩個題目。無容置疑,實驗係科學非常重要嘅其中一環。不過,咁又代唔代表實驗=科學,有做實驗就係科學,實驗就係科學嘅全部呢?

「實驗=科學嘅全部」/「有做實驗就係科學」,哩個都算係幾常見嘅謬誤,尤其係喺填鴨式教育下,將科學過度簡化去理解嘅結果。事實上,科學哩門建立知識嘅系統/方法,由問題->假說->實驗->結論嘅過程,係複雜同迂迴漫長好多,唔係單純肯花時間不停「亂」做實驗,就可以輕易得出答案或結論。


設計實驗係一門學問

首先,點樣設計實驗本身就已經係一門可以「獨立成科」嘅學問,尤其喺係現今前沿科研嘅世界。就算係一個睇落「直觀、簡單」嘅問題,好似「光喺真空行幾快?」,唔通真係可以攞支電筒加部電話/計時器,就咁直接走去測?

真正落手做實驗之前,其實根本有一大堆技術上嘅問題要處理,好似點搵/整個真空空間出嚟咁。就算撇除唔講技術問題,都仲要做一大堆假設(assumptions),確立清楚定義,同儘可能篩選/去除出可能會影響實驗結果嘅因素,再從中設計出實驗可變參數。而且喺唔同理論框架下,需要做嘅假設係可以完全唔同:例如想將兩個地點嘅時鐘同步,喺相對論下,需要考慮同做嘅修正已經同牛頓力學好唔同;另外「真空」定義係咩?以太存唔存在?哩啲問題全部需要事先考慮同釐清。

PS:事實上,冇人真係測過(單程嘅)光速,好似係。請睇下面Veritasium條片(有殘體字幕)


理論基礎係「指南針」

(Credits: Theresa McCracken)

“Experiment without theory is blind, theory without experiment is empty.”

事實上,實驗同理論係雙輔相成,兩者缺一不可。做(科學)實驗同搞理論或辯論一樣,係需要先搞清楚定義同確定前設。而搞清楚同確保哩啲定義/前設正確,係需要一定嘅理論背景基礎。冇理論基礎同忽略考慮前設啱唔啱,就咁走去設計同做實驗,同摸黑探路撞彩冇分別,就好似唔識煮嘢食,但走去開餐廳咁on9。

另外時間同資源係有限嘅,你冇可能試勻晒所有可能影響結果嘅變數,更何況係某啲千年一遇或需長時間觀察嘅實驗(就算你有愛迪生咁嘅堅持都冇可能)。如果係大型嘅科研課題,需要嘅專業知識由工程學,設計專門實驗器材,到數據分析甚至係搞IT/電腦軟件,會分好多唔同部門小組,動員嘅人員隨時係上百甚至千為單位,就好似起大型基建咁。要動員咁多人手同洗咁多錢,但冇計劃咁做,甚至冇考慮背後風險,咁同某強國/國際都會走去亂起大橋、人工島嗰啲大白象工程有咩分別?

因此實驗並唔係科學嘅全部,理論基礎同樣重要。


最後送番首近期好hit嘅「情歌」《玻璃心》,希望大家睇小弟拙文時,唔好咁玻璃心,對號入座,好似係。今次講住咁多,下編再講實驗嘅另一常見誤解—p值。


延伸閱讀:

[1] 《究竟乜嘢係科學?》


更新白話文版:
https://medium.com/@godfrey.leung.cosmo/%E4%B8%8A-%E9%80%99%E5%AF%A6%E9%A9%97%E5%90%A6%E8%AD%89-%E9%A9%97%E8%AD%89%E4%BA%86%E8%A9%B2%E7%90%86%E8%AB%96-%E7%A7%91%E5%AD%B8%E7%9C%9F%E7%9A%84%E9%80%99%E9%BA%BC%E7%B0%A1%E5%96%AE-b5862adbbe9d

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