蒲慕明 院士说 蒲慕明院士：科学界普遍的现象

来源:中国科学杂志:蒲慕明9月24日上午，“中国科学院哲学研究所揭牌仪式暨科学与哲学前沿问题研讨会”在中国科学院玉泉路校区举行。 在揭牌仪式上，中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越中心学术主任蒲慕明代表科学家发言 以下是演讲内容 中国科学院神经病学研究所的研究生每年都有博士论文研究的进度报告。最近参加了一个学生的汇报 这个学生很聪明，也很努力。过去一年的工作是针对导师的一个假设设计了两个不同的实验，结果并不符合假设的预期结果 他说，虽然工作失败了一年，但他仍然拒绝放弃，并提出了另一个实验。他打算在接下来的几个月里继续努力，希望能证实这个假设 如果你仍然失败，你准备改变你的论文的主题 学生的实验设计严谨，实验数据和结论可信，报告思路清晰，对这一假设充满信心 在场的老师对这个学生非常满意。特别是他的导师特别欣赏他不顾挫折不怕失败的坚持不懈的努力。他也同意学生应该努力做另一组实验。如果这个假设仍然不能被证实，就换一个论题。 这个小故事说明了科学界的一个普遍现象 即学生和导师没有真正理解科学研究的本质，对假设和实验的意义没有正确的概念 根据卡尔·波普尔上世纪初的认识论和科学方法理论，也是目前科学哲学领域普遍接受的理论，假设的意义不是“证实”实验，而是反驳实验 科学实验的目的不是证明一个假设，而是寻找反证 假设是一种猜想，最好的实验结果是可以反驳。从猜想到反驳，科学研究的一个重要部分已经完成 如果假设不能预测实验结果，则需要进一步修正，新的假设可以解释实验结果，这是对假设的重要反馈环节 这种从假说到反驳再到新假说的出现，是推动科学进步最有效的模式 符合假设的结果不能说是证实了假设，而只有支持假设的结果和假设才能继续存在 事实上，这个假设永远无法被证明，因为不可能进行涵盖所有实验参数空的所有可能实验 这个学生的两次严谨的实验都没有得到假设所预测的结果，应该认为是成功的实验而不是失败的实验 如果第三组实验得不到预期的结果，那就是更好的结果 他根本不应该改变话题，而是提出一个修正的假设来解释他所获得的实验结果 这位导师提出的假说是基于神经科学领域的总体思路，是流行理论和研究范式的产物。如果实验结果表明假设预测不正确，则意味着该领域目前的想法是有问题的，需要修正 一个重要的假说、理论框架和范式可以主导一个领域很多年，因为所预测的现象与很多实验结果是一致的，但迟早总会发现一些实验结果是不一致的，而且还有更多不一致的结果，所以是时候推翻或创新这个假说了 这时，如果有人提出一个创新的修正假说，就会引起托马斯·库恩在这一领域研究范式的创新 教科书中的重要理论、概念和假设会随着时间的推移而大幅修正，这反映了研究范式的创新 我们都知道教科书中的假设迟早会被修正，但不知道哪些假设，什么时候会被修正；为这些修订过程做出贡献是我们创新基础研究的最高目标 我们普遍关注的创新，做新的实验，观察新的现象，开发新的技术，都是基于当前领域已有的范式 我称之为前瞻性创新 但是还有一种创新模式，现在很少有人这么做了。我称之为“回顾性”创新 这种创新不需要提出新的假设，设计新的实验，而是用新的方法或新的技术，重新审视支撑教科书的假设和前人发表的主要实验结果 这些假设可能基于几十年前的实验结果 与现在相比，当时的实验技术可能远远落后，获得的实验数据可能很浅，甚至不可靠 然而，由于这些假设已经进入教科书，并成为该领域普遍接受的假设，因此从来没有人测试过它们的实验基础的可靠性 现在你用新的方法设计实验，重新检验是否正确。虽然你基本上是用一种新的方法重复别人的实验，但我相信得到的实验结果可能有50%的几率不支持这个假设，而且很有可能会重新质疑普遍接受的假设。如果是非常重要的假设，甚至会导致该领域研究范式的创新。 这种回顾性研究和前瞻性研究一样，属于创新的范畴 科学的发展就是不断修正现有的假说和理论 前瞻性创新可能会获得不符合现有范式的新实验结果。但实验者有必要主动设计一些可以获得反证的针对性实验，对不符合假设的结果给予高度重视 回顾性研究方法是直接重新验证现有假说的实验基础，直接找出假说的基础是否存在缺陷。这是对现有假说更直接的积极影响，更有可能引起研究范式的创新 我强调回顾性创新是我多年的个人经验 我所在的实验室在神经科学领域最重要的贡献是，在20多年前，我们利用新技术，设计了针对性的实验来检验半个世纪以来主导教科书突触可塑性领域的Herb假说，发现了具有脉冲时序依赖性的突触可塑性。这一发现，加上同时期其他实验室的类似结果，导致了目前教科书中新版本的突触学习规则。 重大突破科研创新不是无中生有，也不是发现了新现象。它在一流期刊上发表了一篇好论文，但在当前科学领域的基础上对现有理论和技术进行了重大创新；现有领域的模式和范式内的新发现和新技术可以说是渐进的创新 突破性创新的源泉往往是一些特别新颖的想法，这些想法往往是逻辑范畴之外的遐想和灵感，或者统称为想象或创新 想象力和创造力的本质和来源值得研究 这是一门需要结合哲学、心理学、神经科学、信息学、社会学，甚至艺术家和诗人的观点，需要多学科共同探讨的学科 如何开始？为在创新方面取得重大突破的科学家进行大量案例研究可能是可能的 也就是科学家心路历程的研究；这不是“科学史”研究，而是“科学家”研究，探索这些科学家“想象力”出现的环境和个人的家庭、教育和经历背景，尤其是创新思维的来龙去脉；也许我们可以从他们的个人记忆、自传和采访记录中整理出一些规律 建设创新活力社会，需要系统研究创新的本质、研究环境和教育模式，提出令人信服的论据和方案 这可能是哲学可以考虑的研究方向 研究意识的哲学家丹尼尔·丹尼特曾经讲过一个故事:一个科学家和一个哲学家一起看魔术表演，一个女人站在盒子里，伸出头来说话 魔术师拿起一把刀，把盒子切成两半。这位女士还在说话 科学家问哲学家这是怎么回事。哲学家说:“我不认为魔术师砍了这位女士。” 科学家说:“我当然知道没有切口。我是说，这个魔术是怎么做到的？”哲学家回答说:“哦，这与我无关。” 这个故事的意义在于，哲学家与科学家是完全不同的，哲学家的关注点往往与科学探索无关 我们可以做一个问卷调查，问问科学家他们做科研的哲学基础是什么。哲学对你的研究和探索有什么贡献？我们可以期待，绝大多数说不出任何哲学依据，有的人可能会含糊地说“演绎”、“归纳”、“从归纳中探索自然现象的规律”等等 但是，从我开始讲述的那位研究生和导师的故事中，可以清楚地说，如果他们对科学探索的本质、假设和实验的意义有着深刻的哲学理解，那么他们对自己科研工作的进展，甚至能否做出创新性的贡献，都会产生很大的影响。 因此，在科学院内部的哲学研究所，我认为我们应该关注“科学哲学”，这是可以对科学界做出直接贡献的方向 目前，科学院研究生教育需要“科学方法论”课程 这不是像“统计方法”那样传授科研所需的实用技术和方法，而是阐明科研探索的本质和途径 我希望我们未来的学生不再认为他们实验的目标是“证实”假设