科學證明在哪裡?

科學證明在哪裡?
尋找證據? 在大多數研究中沒有這樣的事情。 Flickr /保羅·馬祖瑪(Paul Mazumdar), CC BY-NC

作為天體物理學家,我生活和呼吸科學。 我所讀和聽到的大部分內容都是用科學的語言來表達的,對於外來者來說,這些語言似乎僅僅是行話和胡言亂語。 但是在科學中很少說或印出一個單詞,而這個單詞是“證明”的。 實際上,科學與“證明”任何東西都沒有關係。

這些話可能會引起您擔憂的表情在您的臉上蔓延,尤其是當媒體不斷告訴我們科學證明事物,嚴肅的事物並可能產生後果時,例如 薑黃顯然可以替代14藥物以及諸如科學之類的輕浮事物已經證明 馬蘇里拉奶酪是披薩的最佳奶酪.

當然,科學已經證明了這些以及許多其他東西。 不是這樣!

數學家的方式

數學家證明了事情,這意味著很具體。 數學家列出一組特定的基本規則(稱為公理),並確定框架中哪些陳述是正確的。

其中最著名的是古代的幾何形狀 歐幾里德。 僅有少數規則定義了一個完美而平坦的空間,在過去的幾千年中,無數的孩子竭力證明 畢達哥拉斯的直角三角形的關係,或者一條直線最多將在兩個位置交叉一個圓,或者無數其他在內部正確的陳述 歐幾里德的規則.

歐幾里得的世界是完美的,由它的直線和圓定義,而我們所居住的宇宙卻不是。 用紙和鉛筆繪製的幾何圖形僅是歐幾里得世界的近似,其中真理的陳述是絕對的。

在過去的幾個世紀中,我們逐漸認識到幾何學比歐幾里得的幾何學還要復雜,數學上的巨著例如 高斯, 洛巴切夫斯基 - 黎曼 為我們提供了彎曲曲面的幾何形狀。


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在這 非歐幾何,我們有一套新的公理和基本規則,以及一套我們可以證明的絕對真理的新陳述。

這些規則對於在這個(幾乎)圓形的行星上導航非常有用。 之一 愛因斯坦的(許多)偉大成就是表明彎曲和扭曲時空本身可以解釋重力。

然而,非歐幾里得幾何學的數學世界是純淨的和完美的,因此僅是我們混亂世界的一個近似值。

科學到底是什麼?

但是,你哭了,科學中有數學。 我只是講授磁場,線積分和矢量微積分,我相信我的學生會很同意科學中有很多數學。

這種方法與其他數學方法相同:定義公理,檢查結果。

愛因斯坦著名 E = MC2,從不同觀察者如何看待電磁定律的假設中得出, 狹義相對論,是一個很好的例子。

但是,此類數學證明只是科學故事的一部分。

重要的一點(定義科學的一點)是這樣的數學定律是否能準確描述我們在周圍看到的宇宙。

為此,我們必須通過對自然現象的觀察和實驗來收集數據,然後將其與數學預測和定律進行比較。 這項工作的核心詞是“證據”。

科學偵探

數學方面是純淨的,而觀察和實驗受到技術和不確定性的限制。 將兩者進行比較,涵蓋了統計和推斷的數學領域。

許多(但不是全部)依賴於一種稱為“ 貝葉斯推理 將觀測和實驗證據納入我們所了解的知識,並更新我們對宇宙的特定描述的信念。

唯一的辦法就是讓這些蘋果倒下。 Flickr / Don LaVange, CC BY

在這裡,信念意味著您對基於特定知識對自然的準確描述的特定模型的自信程度。 認為它有點像特定結果的下注機率。

我們對重力的描述似乎非常好,因此蘋果從樹枝上掉落到地面上可能是個意外。

但是我不太相信電子是超弦理論提出的旋轉和迴旋弦的微小環,它可能對未來的現象提供準確的描述可能是一千到一個長鏡頭。

因此,科學就像一場正在進行的法庭戲,不斷向陪審團提供證據。 但是,沒有一個犯罪嫌疑人,並且經常有新的犯罪嫌疑人出現。鑑於越來越多的證據,陪審團正在不斷更新其對誰負責數據的看法。

但是,由於有證據不斷收集,越來越多的嫌疑人在法院面前遊行,因此,絕對沒有關於絕對有罪或無罪的判決。 陪審團唯一可以做的就是裁定一名嫌犯比另一名更有罪。

科學證明了什麼?

從數學的意義上講,儘管多年來一直在研究宇宙的運行方式,但科學還沒有得到證明。

在沒有任何證據的地方標記。 Flickr / Rob, CC BY-NC-ND

每個理論模型都是對我們周圍宇宙的良好描述,至少在一定範圍內是有用的。

但是,探索新領域會發現不足,這降低了我們對特定描述是否繼續準確地代表我們的實驗的信念,而我們對替代方案的信念卻可以增長。

我們最終會掌握真相並掌握真正掌控宇宙運作的法律嗎?

儘管我們對某些數學模型的信念會越來越強,而無需進行無窮無盡的測試,但我們如何確保它們是真實的呢?

我認為最好是將最遺忘的話留給最偉大的物理學家之一, 理查德·費曼,關於成為一名科學家的全部目的是:

對於不同的事物,我有不同程度的確定性的近似答案和可能的信念,但是我對任何事情都不完全確定。

談話關於作者

天體物理學教授Geraint Lewis 悉尼大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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