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葉多涵/科學的界限(一):當證據無法決定理論

科學透過觀察自然(和社會)來尋找真理,並且會根據新的資料來修正錯誤。在不少人心目中,在「解釋自然」這個目標上,科學方法是唯一、最好、最正確的方法。本系列「科學的界限」六篇文章將從科學哲學的角度告訴各位,為什麼即使在實證研究中,科學方法仍然有其限制。

想像你眼前有一個長、寬、高各30公分的木盒,無法打開也沒有縫隙,重量約五公斤,搖動的時候會發出喵喵聲,而且可以感覺到有東西在裡面移動。照X光或MRI會看到裡面有一隻貓,放了幾天之後喵喵聲越來越微弱,又放幾天之後開始有屍臭味飄出來。

問:造成上述現象的是一隻黑貓還是一隻白貓?

顯而易見,根據現有的資訊我們沒辦法判斷,黑貓和白貓都會造成一樣的結果,這就叫作「殊途同歸」(Equifinality)。在科學界,這樣的麻煩確實存在,常常許多不同的假說都可以解釋我們觀察到的現象,而且根據我們能夠取得的資料,仍無法判斷哪個假說才是正確的。

哪個理論才是對的?

科學史上有許多這樣的例子。在解釋光速和移動有關的研究時,勞侖茲以太論主張以太存在、空間會收縮,造成光速雖然改變了但卻無法察覺;狹義相對論則主張光速是恆定的,造成時間膨脹,不需要以太這個概念。這兩個理論都可以解釋一樣的結果,就像木盒裡的黑貓跟白貓一樣,兩個理論無法分別。

目前科學界是偏好狹義相對論,因為不用以太比較簡單,但實際上我們無法直接證明哪一個理論才是真的。另一個例子是天擇演化和中性演化。透過調整天擇的強弱,或是調整生物族群的大小,往往可以產生相同的基因分布,造成我們不太容易判斷某個基因是天擇還是中性漂變的結果。

樂觀的人會說隨著科學和科技的進展,收集到更多資料之後,我們總有一天會有辦法知道貓是黑的還是白的。像前面演化的例子,後來有了分子資料,我們可以比較「會改變蛋白質的DNA突變」和「不會改變蛋白質的DNA突變」的比例,來推論有沒有天擇。

但有些情況就無法那麼樂觀。勞侖茲以太論和狹義相對論在數學上是等價的,就好像有兩條公式說明x 和a、b的關係,一條是x = a + b,另一條是x =(2a+2b)/ 2,但我們只能操控a和 b、觀察算出來的x,永遠無法知道到底哪一條公式才是對的。

我們永遠無法用科學方法找到真理?

當然,如果兩個理論應用起來效果完全一樣,那在實務上其實沒差。對我們來說,那就是一個會喵喵叫的箱子,可以拿來當壓艙重物、門擋、噪音來源、或是吸引動保人士的注意。但如果我們的目標是用科學方法找到真理,殊途同歸意味著:我們永遠無法用科學方法找到真理。

除了不同的科學假說可能殊途同歸,神學或哲學立場也可能和科學假說殊途同歸,造成更嚴重的問題。例如化石是怎麼來的?它是上億年的地質堆積和生物演化造成的結果,還是惡魔故意放在那邊誤導我們的?這兩種不同的解讀,會對人生觀和宗教信念造成非常不同的影響。

天主教會的立場是前者,認為演化論是神用來創造人類的工具。有些保守派基督徒則主張後者,因此認為學校不應該教演化論,科學家不應該研究化石,地球只有七千年的歷史。對講究實證觀察的科學方法來說,這兩個解釋殊途同歸;但對社會來說,兩個解釋背道而馳。

科學只是追求真理的手段之一

另一方面,哲學和神學倒是可以解決一部份殊途同歸的問題:科學家虛心求教、誠心追尋真理,如果神是全能全善的,就不應該讓這個世界上有專門用來誤導人類的化石。也就是說,有些看似單純的科學問題,還必須用上價值判斷來協助解決,包括目前還無法證明的立場,比如神真的是全能全善?

科學的力量是有限的。許多科學家認為科學可以解決一切、是唯一可以找到真理的工具,於是看不起其他追求知識的手段。讀到這裡大家應該可以看出來,科學只是追求真理的手段之一,應該跟其他手段合作和對話,才能有效地帶領人類向前邁進。

有的人可能會說:你想太多,我們用最簡單的理論就好,箱子裡面就是一隻貓,任何提到顏色的理論都不該接受;以太沒有證據,所以是多餘的假設;神也沒有證據,所以化石不是神放的。如果你這樣想的話,請期待本系列下一集。


 

  • 文:葉多涵,在德國研究文化演化的博士後研究員。
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