【了解科学】一篮子假说——假设（assumptions）与假说（hypotheses）

科学

2023-10-31 23:10

理想情况下，科学家设计研究，来验证一个假说（hypothesis）。毕竟实验控制变量的全部意义不就是这个嘛：每次验证测试一种可能的解释。

然而现实中，我们验证的是一篮子假说；根本没有办法把独个观点孤立出来，来进行验证。

举个确定岩石年岁的例子

比如，我们使用放射测年法（基于铀-238衰变成铅-206）来估计岩石的年龄。我们的验证支持了一个假说：这块岩石已有38亿年历史。

这项验证看起来简单利落。但事实上，这里还隐藏着不少其它假说，比如：

铀-238的半衰期为45亿年。
随着时间的流逝，这个半衰期是恒定的。
自最初是从岩浆中冷却成岩石后，没有受到外部铀或铅的污染。
自岩石形成以来，铀和铅都没有从岩石中流失。
我们拥有的设备可以准确检测岩石中铀和铅的含量。

但凡以上假说中的任何一个被证明是不准确的，那么我们就有麻烦了：我们得到结果，可能就不是由于这块岩石实际上有38亿年的历史。这是因为，我们的验证结果取决于以上所有这些假说，而不仅仅是岩石的实际年龄。

假设——隐藏的辅助性假说

这种辅助性假说（auxiliary hypotheses）有时被称为假设（assumptions）。我们一般都假定“所有假设都是对的”，以便我们能按计划验证假说。然而很重要的是，我们要认识到，这些假设实际上是假说伪装的——它们本身可能是准确的，也可能是不准确的。

而我们开展的所有验证中都附带着辅助性假说。

你可能会想：“且慢，如果我们不能孤立出一个单一的观点进行验证——如果所有的验证都有辅助性假说——科学怎么就能让我们怎么就对这些假说如此有信心？”

原来，辅助假设一般都已经通过其它的验证。比如，许多其它验证支持了：铀238的半衰期为45亿年，且衰变速率是恒定。根据别的验证，这些辅助假说似乎非常准确，因此我们可以确信，在这次验证中，我们的结果确实支持了这块岩石有38亿年历史的这个观点。

通过不断验证各种组合在一起的一篮子假说，我们得以确认单个假说的准确性。然而很重要的一点是，在我们检查特定的验证结果时，认识到这次验证所依赖的所有辅助性假说。

日心说（以太阳为中心的太阳系的观点）的历史就是一个例子，不正确的辅助性假说会让人们得到错误的结论。

16世纪验证日心说：假设错了，结论也就错了

1543年，尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）提出了一个颠覆性的观点：地球在绕太阳转，而不是太阳绕地球转。如果用到现代观测设备，这似乎是显而易见的，但在16世纪就没这么简单了。

验证这个观点的方法之一是搜索视差（parallax）——基于观察者位置的物体相对位置的明显变化。

演示视差很简单：把铅笔垂直握住，手臂举平。遮住一只眼睛，只用右眼看铅笔，然后只用左眼看铅笔。这样做时，铅笔似乎会相对于背景来回跳跃。哥白尼时代的人认为，如果地球真的绕着太阳运动，它也会相对于恒星运动——所以我们应该观察到恒星视差。换句话说，从地球轨道的一个极端看星星（例如夏至）类似用右眼看铅笔，而另一个极端（例如冬至）类似左眼看星星一样：就像铅笔和背景物体的表观位置相对移动一样，近星和远星的表观位置也应该如此。如果地球真的绕着太阳公转，那么星座在夏天（地球轨道的一个极端）和冬天（另一个极端）看起来应该不同。

图：哥白尼同代及之后天文学家认为，他们能在夏至和冬至观察到明显的视差

哥白尼的同代及其后来的天文学家寻找这个视差，但没有找到。无论一年中的什么时候，恒星相对于彼此的位置似乎都是一样的。哥白尼的观点被当时的天文学家拒绝，原因当然不止这一个。

那么，到底是哪里出了问题呢？天文学家验证（寻找视差）是没错，但他们不知道自己的两个辅助假设是不准确的。天文学家假设：

假设1.恒星并不遥远。当观察者与被观察物体相对接近时，观察到的视差大而明显。但是当被观测到的物体距离相对较远时，视差较小。这点我们马上能试试，比如到外面去寻找两个遥远的物体——也许是两棵遥远的树。遮住右眼，然后遮住左眼，我们不会注意到树木的外围有太大变化。而我们明明看到到铅笔和背景对象的外观发生了很大变化。那时候的天文学家认为，恒星离地球相对较近，因此视差是显而易见的。但事实上，这些恒星是相当遥远的——在太阳之外，最近的恒星距离超过24万亿英里！这些恒星确实表现出视差——但因为它们如此遥远，以至于视差很小。