科學結論為何需要重復驗證

張田勘

科學結論的真實性需要通過重復研究來證實，然而，由于不能重復驗證，很多科學結論受到質疑。最近，生態學領域的一項新研究使人們對于科學結論的真實性產生了更多疑慮。

在這項研究中，澳大利亞墨爾本大學的漢娜·弗雷澤及其研究團隊引入了“分析師方法”，將相同的數據和研究問題提供給246名生物學家，然后讓他們分析數據，并得出結論。弗雷澤團隊為生物學家們提供了兩個數據集（一個關于鳥類，一個關于植物）和附帶的研究問題—藍山雀雛鳥的生長受兄弟姐妹競爭影響的程度以及草皮覆蓋對桉樹幼苗數量的影響。大多數研究人員發現，兄弟姐妹之間的競爭對雛鳥的生長有負面影響，對于這種影響的大小，他們得出的結論存在很大的分歧。對于草皮覆蓋對桉樹幼苗數量的影響，生物學家的結論存在更大差異：一些研究者通過研究分析認為，草皮覆蓋使桉樹幼苗的數量大大減少了；另一些研究者得出相反結論，認為草皮覆蓋使桉樹幼苗的數量增加了。

該研究首次全面展示了生態學中科學結論的巨大變異性，這種變異性是由科學家不同的分析方法導致的—246名生物學家對同樣的生態數據進行分析，結果卻大相徑庭。這項研究再次提醒我們，單一的科學結論并不一定真實可信。然而，在科技高度發達的現代社會，人們傾向于將一篇論文的結論視為確定性的結論，這可能誤導科學決策，并對生產、生活產生負面作用。

2011年，美國弗吉尼亞大學的心理學教授布萊恩·諾賽克邀請全球250多名科學家，對2008年發表在3家頂級心理學期刊上的100項心理學研究進行重復驗證，結果僅有39項研究結論可以再現，61項研究結論無法重現，不可重復率達到61%。之后，諾賽克及其研究團隊又再次組織了由多位國家機構的研究人員參與的一次重復性研究，對2010—2015年發表在知名學術期刊《自然》和《科學》上的21篇心理學論文的結論進行重復性研究，結果是38%的研究結論不可重復。另一項研究表明，今天在全球一流的學術期刊《細胞》《自然》《美國科學院院刊》《科學》上發表的論文的結論至少有一半不可重復。

那么，該如何進行科學研究結論的可重復驗證，并得出相對真實可靠的結論呢？30多年前，天文學家卡爾·薩根的一次從太空觀測地球以證明地球上有生命的實驗，或許值得參考。

薩根是以零結論的態度和方式來驗證已得到認可的科學結論。地球上有生命，這是地球人都知道的，除了人類，這里還有大量的動植物、微生物。然而，明知一個確切結論也要進行重復驗證，這就是對地球上有無生命持零結論的態度。在一些人看來，這種論證方式純屬畫蛇添足，但是，薩根的支持者認為，這種方式除了可以重復驗證已有的科學結論—地球上有生命，還能用于驗證其他星球上有無生命。

薩根不僅是美國著名天文學家、天體物理學家、宇宙學家，也是一位科幻小說家及科普作家，還是行星學會的創立者。為了證明地球上存在生命，他設計了一種前人從未嘗試過的證明方式。1993年初，薩根將一份手稿送到了《自然》雜志的辦公室，希望發表“從太空探測地球上是否存在生命”的證據。1993年10月21日，《自然》雜志發表了這項題為“從伽利略號航天器探索地球生命”的研究報告。這項研究的結論“強烈暗示”地球確實存在生命。

1989年， 美國國家航空航天局（NASA）的伽利略號航天器發射升空，執行環繞木星的任務，預計于1995年抵達目的地。得知這一消息后，薩根萌生了一個想法，如果將伽利略號上的儀器對準地球進行觀測，可能會找到地球上有生命的明確證據。隨后，他和同事一起設計了一個方案，并說服NASA按照他們的方案進行操作和觀察。

因為伽利略號在前往木星的路途中需要繞過地球和金星，以便從這兩個行星的引力中獲得助推，所以它將在距離地球最近的960千米的地方經過，該地位于加勒比海上方，而且航天器中的儀器可以獲得地球上有無生命的信息。果然，科研人員從航天器的光譜儀中發現了一些證據，包括氧氣、水蒸氣、冰和雪、二氧化碳、甲烷和其他溫室氣體。此外，伽利略號的成像系統還發現了云層、海洋、海岸線和巖石表層。當時的成像技術并不能檢測到實際的生命形式，如人和動物，但是成像系統和光譜儀等儀器能夠發現電磁信號，其振幅以脈沖的形式變化。這些電磁信號在當時被廣泛用于無線電通信和電視廣播，而且這被視為一種已知不會自然發生的光電類型。太空中的伽利略號通過科學探測發現的這些信號提示，只有地球上的智能生命才能創造這樣的技術，因此這也是生命存在的可靠證據。

薩根的研究方法與人們用肉眼觀察到地球上的生命不同，是利用探索外星生命的方法來驗證地球有無生命。雖然這項來自太空的研究發現的證據比較少且直觀性差，但比較可靠，而且是從此前從未嘗試的角度來探測地球上是否存在生命，所以意義非凡。

20世紀90年代初以來，天文學家發現的圍繞系外恒星運行的行星已經超過5500顆。科學家們利用薩根設計的探測方法發現，一些星球上擁有蘊育生命的環境和條件，如氧氣、水蒸氣、冰、甲烷等。通過薩根設計的探測方法，一些科學家甚至推測出一些星球上可能存在生命，但是這些生命未必是智能生命。2021年，NASA的詹姆斯·韋布太空望遠鏡發射升空。這架太空望遠鏡非常適合研究系外行星的大氣層，未來將會獲得更多的新數據和新發現，以證明地外星球是否存在生命。

以零結論來重復驗證科學結論的重要性體現為，不僅要驗證無法確定的新的科學結論，還要驗證我們認為自己已經確認的“常識”。對于新的科學結論和已經遭受質疑的結論，就更需要重復研究來進行驗證。在追求科學真相的路上，新發現固然令人欣喜，重復驗證同樣不可或缺。

【責任編輯】張小萌