科学的本质是什么？

 

来源公众号：模型视角　作者：王海华

我们大多数人在日常生活中并不会自觉地思考“科学是什么”，却又无时无刻不在依赖科学。

从唤醒我们的手机闹钟到导航我们出行的卫星系统，从现代医学手术台上的生命维系技术，到基因编辑与疫苗研发，我们生活在一个科学编织的世界中。

科学塑造了我们对世界的认知，也深刻影响着我们做出的每一个理性决策。

然而，科学本身是什么？它与真理、技术、信仰、艺术有何区别？这其实是一个非常值得思考的问题。

本文参考欧文·夏皮罗教授《哈佛大学科学通识课》一书中的观点尝试给出定义和解释。

科学的本质：观测与建模

从本体上讲，科学是一种关注自然现象如何运作的活动。它不是关于“为什么世界存在”，而是关于“世界是如何运行的”。在实践中，科学可分为两个基本步骤：

1. 观测自然的行为
2. 建立可预测的模型以解释这些行为

这就是经典的“观测—建模”模式，也是现代科学研究的基本框架。例如，天文学家通过对恒星光谱的观测发现了遥远星系的移动，并建立了膨胀宇宙模型；生物学家通过对基因表达的实验观察建立了基因调控网络模型；物理学家通过对粒子对撞结果的检测提出了希格斯玻色子的理论预测并最终发现了它。

但必须注意，所有观测都是“解释性的”，这离不开建模的介入。

我们看到尺子上的刻度、仪器上的读数，这些本身并不代表自然行为，它们只是通过我们构建的理论和技术系统“读取”出来的数值。正如大型强子对撞机发现的希格斯玻色子，其存在并非“直接观察”，而是对粒子衰变路径的推论。

因此，科学并非单纯描述世界，而是通过模型“构建”一种理解结构。这一理解能做出预测，而不是复述已知。

模型是否成功，关键标准不是它多“好听”，而是它能否准确预言未观测现象。

科学的统一性：一套方法，多样实践

尽管科学被分为物理学、化学、生物学、地球科学等多个学科，但它们都共享一种通用的方法论，称为科学方法。这一方法通常包括：

• 提出问题
• 做出观察或设计实验
• 建立假设或模型
• 进行预测
• 验证与修正

这就形成了科学统一性的第一个层面：方法论统一性。

第二个层面是世界的统一性。我们所观测到的世界是一个相互联系、彼此影响的整体。宇宙、地球与生命，尽管分别成为天文学、地球科学与生物学的研究对象，但三者本质上共同存在于一个统一自然系统中。

第三个层面是跨学科互哺与融合。在北极熊的演化研究中，科学家借助古生物学重建化石历史、用胚胎学分析发育过程、利用分子生物学进行基因对比。科学的深度突破，越来越倚赖跨领域的综合研究。

第四个层面是工具和技术的共享发展。物理学家发现的放射性原理，如今成为地球科学测定地球年龄的基本工具；显微成像技术推动神经科学突飞猛进；AI和统计方法正重塑社会科学研究范式。

科学的局限性：可证伪但不终极

人们常常将科学等同于真理，事实上，这是一个误解。科学的强大在于它的可证伪性，而非其不可动摇性。科学模型并非绝对真理，它们只是暂时“未被证伪的最好解释”。

一个科学模型必须满足两个基本条件：

• 可预测：能对未观测现象做出合理预测
• 可检验：能接受实验和观测的反驳

这意味着，科学不能回答所有问题。我们可以说“物体下落是因为重力作用”，但不能从中推出“为何自然存在重力”。我们也不能对某些历史性事件（如地球的形成）进行实验重复，只能通过间接证据建模推断。

此外，科学也存在“多模型共存”的情况。当两个模型都能解释现象时，科学界常用“奥卡姆剃刀”选择更简单、更有解释力的模型，但“简单”的标准带有主观色彩。

因此，科学不是寻找终极答案的过程，而是不断提出新问题、更新模型、替代旧理论的进化过程。牛顿力学被广义相对论部分取代，但在日常世界中，牛顿力学依然是实用模型。

科学与提问

本文真正希望传达的，不只是“科学知道了什么”，而是“科学怎样知道”，更重要的是，“科学是如何问问题的”。

科学是一种不断自我推进的提问系统。 它的逻辑并非线性进展，而是螺旋式上升。每一次发现都可能打开新的疑问，每一次模型的建立都可能揭示新的未知。

例如，在破解黑死病的过程中，最初的病因猜测是“坏空气”，随后逐步识别出病原体为鼠疫杆菌，进而发展出分子技术去解码其传播途径。而如今，科学家甚至用古DNA技术对中世纪尸骨进行分析，重建千年疫病演化。

科学的进步，本质上是一场“问题”的马拉松。一个好的问题比十个平庸的答案更珍贵。 正如《哈佛大学科学通识课》一书中所说，“科学的洋葱可能有无限层”。

理解科学的意义，并不止于赞美技术进步或知识力量，更是为了让我们以更高的视角面对纷繁复杂的现代生活决策。在公共政策、医疗选择、气候治理、能源取舍中，科学素养可以帮助我们不盲从、不轻信。

这不要求我们都成为科学家，但我们应具备基本判断科学依据与推理链条的能力：

• 你看到的结论是否有明确的证据？
• 推论是否与证据严密对应？
• 有没有遗漏假设或存在模型替代？

这种质疑精神，本质上就是科学精神。

正如爱因斯坦所说：“自然最不可思议的地方在于它可以被理解。”而这理解的前提，不是接受权威，而是参与思考。

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很多时候，科学的结果令人惊叹，几乎像是魔术。但与魔术师藏匿秘密不同，科学家最乐于做的事情，就是向你解释他们的“魔术是如何变的”。科学的美，在于它愿意被质疑、被验证、被重构。

所以，科学是什么？ 它不是一套永恒的答案，而是一种永不停歇的提问方式，是我们用来理解自然、改变命运、组织社会的核心认知工具。

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