基礎(chǔ)科學(xué)研究中實(shí)驗(yàn)與理論關(guān)系探析理解基礎(chǔ)科學(xué)研究中的實(shí)驗(yàn)如何“證實(shí)”理論，對(duì)于堅(jiān)持科學(xué)精神和推動(dòng)科技創(chuàng)新至關(guān)重要。周光召早年對(duì)此有重要的論述。文章從科學(xué)哲學(xué)的角度進(jìn)一步分析這一問(wèn)題：從貝葉斯主義的視角推導(dǎo)出證偽主義，為科學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)之間關(guān)系的正確處理提供了一種哲學(xué)上的理解。聯(lián)系物理學(xué)中理論與實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，文章提出了漸進(jìn)可證偽性的觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)貝葉斯主義方法，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋吕碚摰暮篁?yàn)概率，以“定量”的方式逐步接近科學(xué)真理。此外，探討了物理學(xué)中理論如何影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集，分析了量子模擬結(jié)果為何難以證偽，以及雙盲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中實(shí)踐可證偽性所面臨的邏輯挑戰(zhàn)。最后，強(qiáng)調(diào)，只有堅(jiān)持科學(xué)精神和學(xué)術(shù)誠(chéng)信，才能避免由此產(chǎn)生的學(xué)術(shù)灰色地帶。1從科學(xué)哲學(xué)看實(shí)驗(yàn)何以“證實(shí)”理論科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)理論與實(shí)驗(yàn)的“相互作用”。理論為實(shí)驗(yàn)提供了指導(dǎo)原則和預(yù)測(cè)框架；而實(shí)驗(yàn)則為理論提供了作為事實(shí)依據(jù)的實(shí)際數(shù)據(jù)，通過(guò)驗(yàn)證或證偽理論的方式推動(dòng)理論的發(fā)展和完善。在物理學(xué)和天文學(xué)等自然科學(xué)領(lǐng)域，理論和實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)作用尤為顯著。歷史上，許多重要的科學(xué)突破都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論的驗(yàn)證或挑戰(zhàn)而實(shí)現(xiàn)的。例如，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論通過(guò)引力導(dǎo)致光線彎曲效應(yīng)的定量實(shí)驗(yàn)觀測(cè)得到驗(yàn)證，從而得以確立。相反，邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)則通過(guò)速度拖曳的定量測(cè)量證偽以太假說(shuō)，推動(dòng)了相對(duì)論的提出。理論和實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)促進(jìn)了科學(xué)知識(shí)累積和科學(xué)真理的探索，極大地拓展了準(zhǔn)確表達(dá)自然界基本規(guī)律的思想疆界。通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)的這種互動(dòng)，科學(xué)不斷修正和完善自身，從而更加深刻、更加普適、更加逼近客觀世界的真實(shí)。科學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅要考慮如何驗(yàn)證理論，而且要考慮通過(guò)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果反駁和質(zhì)疑舊理論、啟發(fā)新理論。例如，在物理學(xué)中，大型對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)不僅用于尋找希格斯玻色子以驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)模型，還用于探尋可能超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理。正是通過(guò)這種思維方式，科學(xué)不斷發(fā)展和進(jìn)步。胡思得回憶周光召在領(lǐng)導(dǎo)研制原子彈時(shí)與他的談話：“這次你要去基地搞實(shí)驗(yàn)了。搞科學(xué)工作的，重要的是不要放過(guò)理論或?qū)嶒?yàn)中存在的任何疑點(diǎn)。理論和實(shí)驗(yàn)如果能夠一致，當(dāng)然很高興，但如果理論和實(shí)驗(yàn)有不一致的地方，一定要抓住，把問(wèn)題搞清楚，因?yàn)閺倪@種地方會(huì)發(fā)現(xiàn)理論或?qū)嶒?yàn)的不足，有可能產(chǎn)生新的突破，這樣就推動(dòng)了科學(xué)的前進(jìn)，而且自己也可以成為有作為的科學(xué)家?！敝芄庹俚恼勗拸?qiáng)調(diào)了開(kāi)放性的學(xué)術(shù)思想和批判性的科學(xué)態(tài)度：科學(xué)研究不要輕易忽視任何疑點(diǎn)，而是要深入探究每一個(gè)潛在的矛盾。周光召這一方法論的討論高度契合了科學(xué)哲學(xué)的可證偽性原則：通過(guò)反駁和質(zhì)疑來(lái)檢驗(yàn)和推動(dòng)科學(xué)理論發(fā)展，不斷突破現(xiàn)有知識(shí)的疆界。周光召的談話無(wú)形中抓住了關(guān)于理論-實(shí)驗(yàn)關(guān)系的“可證偽性”思想的核心?？枴げㄆ諣枺↘arlPopper）是20世紀(jì)最具影響力的科學(xué)哲學(xué)家和思想家之一，他提出的可證偽性原則對(duì)科學(xué)哲學(xué)乃至整個(gè)近代思想界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)而廣泛的影響。波普爾認(rèn)為，科學(xué)理論的核心特征在于其可證偽性，即理論必須能夠被經(jīng)驗(yàn)事實(shí)所檢驗(yàn)，并有可能被駁斥。一個(gè)理論如果不能被任何可能的觀察或?qū)嶒?yàn)所證偽，它就不屬于科學(xué)的范疇，而是形而上學(xué)或偽科學(xué)。波普爾的可證偽性原則改變了人們對(duì)科學(xué)方法的傳統(tǒng)理解?？茖W(xué)方法通常被視為通過(guò)積累證據(jù)來(lái)證實(shí)理論的過(guò)程。然而，波普爾指出，這種方法存在邏輯上的缺陷，即證據(jù)的積累并不能最終確證理論的真理性，因?yàn)槲磥?lái)的任何觀察都有可能推翻當(dāng)前的理論。因此，他提出了證偽主義（falsificationism），強(qiáng)調(diào)通過(guò)試圖反駁而非證實(shí)理論來(lái)推進(jìn)科學(xué)知識(shí)的進(jìn)步?？茖W(xué)研究的目的，不在于簡(jiǎn)單地驗(yàn)證已有理論，而在于通過(guò)不斷地實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、挑戰(zhàn)理論，通過(guò)發(fā)現(xiàn)和解決理論與實(shí)驗(yàn)之間的矛盾，推動(dòng)新的科學(xué)突破。既然證偽主義不僅很好地闡釋了科學(xué)進(jìn)步的本質(zhì)、有形無(wú)形地影響了科學(xué)實(shí)踐，那么證偽主義的底層邏輯基礎(chǔ)是什么？本文給出的答案是以貝葉斯定理為核心的貝葉斯主義。本文將詳細(xì)論證，貝葉斯主義和證偽主義分別以不同的方式探討科學(xué)理論的驗(yàn)證問(wèn)題，且二者都是科學(xué)哲學(xué)中重要的理論，以及為什么貝葉斯主義更基本、更具實(shí)踐的特質(zhì)？簡(jiǎn)而言之，貝葉斯主義主張通過(guò)先驗(yàn)知識(shí)（先驗(yàn)概率）和新證據(jù)（數(shù)據(jù)）的結(jié)合，不斷更新對(duì)理論的信任度（后驗(yàn)概率），通過(guò)實(shí)驗(yàn)前后理論的先驗(yàn)概率和后驗(yàn)概率的更新來(lái)處理理論預(yù)言實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性。相對(duì)于證偽主義非黑即白揚(yáng)棄理論的方法而言，貝葉斯主義是依據(jù)概率調(diào)整進(jìn)行理論更新，直至理論被證偽淘汰。這就是漸進(jìn)可證偽性（progressivefalsifiability）：根據(jù)貝葉斯定理，當(dāng)新的實(shí)驗(yàn)理論的結(jié)果與現(xiàn)有理論不一致時(shí)，理論的后驗(yàn)概率會(huì)降低，這相當(dāng)于對(duì)該理論的證偽。反之，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持現(xiàn)有理論時(shí)，理論的后驗(yàn)概率增加，提升了該理論的可信度。這種概率調(diào)整過(guò)程，本質(zhì)上反映了科學(xué)研究的實(shí)質(zhì)——理論的證偽與驗(yàn)證的動(dòng)態(tài)平衡，證偽主義只是它論證邏輯鏈末端的結(jié)果。也就是說(shuō)，波普爾證偽主義是一種極端的貝葉斯過(guò)程，而在科學(xué)實(shí)踐中科學(xué)家通常奉行“漸進(jìn)可證偽性”。從這個(gè)意義講，基于概率論的貝葉斯主義，不僅是證偽主義的底層邏輯基礎(chǔ)，而且使得證偽主義的科學(xué)哲學(xué)具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)。當(dāng)然，貝葉斯定理的概念詮釋可能不具唯一性，這是這種科學(xué)哲學(xué)的不足之處。但是無(wú)論怎樣，通過(guò)貝葉斯主義來(lái)推理出證偽主義，無(wú)疑是科學(xué)哲學(xué)在理論邏輯上邁出了重要的一步。從這個(gè)意義上講，本文的分析表明了科學(xué)實(shí)踐并不正好反映證偽的寬泛性，“原教旨”的證偽主義在科學(xué)實(shí)踐中的實(shí)際應(yīng)用可能過(guò)于狹隘，因?yàn)榭茖W(xué)理論往往不是被單一實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單地否定，而是通過(guò)證據(jù)數(shù)據(jù)積累來(lái)修正或最后否證理論。2從貝葉斯主義的視角看可證偽性原則波普爾的可證偽性原則強(qiáng)調(diào)，科學(xué)理論必須具備能夠被經(jīng)驗(yàn)事實(shí)所反駁的特征。這一原則為科學(xué)理論設(shè)定了嚴(yán)格的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)理論只有在能夠提出可能的反證情況下，才被視為是科學(xué)的。通過(guò)這種方法，科學(xué)家們能夠區(qū)分科學(xué)與偽科學(xué)，從而確?？茖W(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和可靠性。這個(gè)原則要求，科學(xué)家們?cè)谔岢隼碚摃r(shí)，最好要指出可以檢驗(yàn)理論的實(shí)驗(yàn)方法，并預(yù)設(shè)可能的反駁證據(jù)。例如，廣義相對(duì)論提出后，愛(ài)丁頓通過(guò)觀測(cè)日食期間恒星光線的彎曲，驗(yàn)證了該理論的預(yù)言。如果觀測(cè)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)不符，廣義相對(duì)論就會(huì)面臨證偽性的挑戰(zhàn)。與可證偽主義相比，英國(guó)哲學(xué)家拉姆齊提出的貝葉斯主義，其根據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)更新先驗(yàn)和后驗(yàn)概率來(lái)進(jìn)行理論更新?lián)Q代。它是得到了概率論和當(dāng)代認(rèn)知科學(xué)的諸多成果所支持的科學(xué)哲學(xué)理論。在貝葉斯框架下，后驗(yàn)概率是根據(jù)取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷理論成立的條件概率，而理論預(yù)測(cè)能力則是指理論成立條件下推斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的條件概率。顯而易見(jiàn)，波普爾的證偽主義與貝葉斯主義在科學(xué)方法論中有明顯的表觀共性：兩者都關(guān)注理論的可檢驗(yàn)性與反駁性。證偽主義強(qiáng)調(diào)理論必須能被潛在的反例所否定，這看上去是一種科學(xué)革命的活動(dòng)；而貝葉斯主義的理論實(shí)驗(yàn)不斷迭代更新，更像一種“摸著石頭過(guò)河”的漸進(jìn)變革，實(shí)現(xiàn)了理論的漸進(jìn)可證偽性。貝葉斯主義把后驗(yàn)概率作為理論修正和驗(yàn)證的核心，本質(zhì)上是通過(guò)概率論來(lái)處理科學(xué)理論的驗(yàn)證和證偽問(wèn)題，為理解證偽主義提供了新的視角，體現(xiàn)了科學(xué)理論在面對(duì)新數(shù)據(jù)時(shí)的靈活性與動(dòng)態(tài)性。在貝葉斯理論框架中，后驗(yàn)概率是通過(guò)貝葉斯定理計(jì)算的，即根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更新對(duì)理論的信心。得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果E后，理論T成立的后驗(yàn)概率P(T|E)與第一次實(shí)驗(yàn)前假設(shè)其成立的概率——先驗(yàn)概率P(T)成正比，即P(T|E)=ξP(T)；該比例系數(shù)稱為貝葉斯因子（ξ），其大小代表了理論預(yù)測(cè)能力，也代表了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的力度。貝葉斯主義認(rèn)為，理論不是絕對(duì)真理，這種概率更新機(jī)制使科學(xué)理論能夠動(dòng)態(tài)地適應(yīng)新的證據(jù)。如果假設(shè)前一次實(shí)驗(yàn)后理論的后驗(yàn)概率可以作為后一次實(shí)驗(yàn)的先驗(yàn)概率，則N次實(shí)驗(yàn)后，理論成立的后驗(yàn)概率仍然有相同的形式，只是貝葉斯因子ξ=ζ(N)，依賴實(shí)驗(yàn)的次數(shù)N?？梢宰C明，如果多次實(shí)驗(yàn)以后，ζ(N)變大了，意味著實(shí)驗(yàn)支持理論；反之，實(shí)驗(yàn)不支持理論。通常對(duì)給定的足夠大的N，總會(huì)有ζ(N)→0，就可以說(shuō)理論漸進(jìn)可證偽。然而，理論雖然最終被實(shí)驗(yàn)證偽，但通過(guò)收縮適用范圍，理論仍然具有一定合理性，如牛頓力學(xué)。在N次實(shí)驗(yàn)中，一旦有一次理論預(yù)言實(shí)驗(yàn)失敗，貝葉斯因子變?yōu)?，理論就被證偽了。只要實(shí)驗(yàn)次數(shù)足夠多，就會(huì)有一次失敗，從而理論是不能夠證實(shí)的。這里有一個(gè)形象的比喻：假設(shè)有一個(gè)理論認(rèn)為“所有的天鵝都是白色的”。為了驗(yàn)證這個(gè)理論，可以去觀察大量的天鵝，發(fā)現(xiàn)它們確實(shí)都是白色的。然而，盡管觀察到的許多天鵝是白的，這些觀察只能增加人們對(duì)這一理論的信任，但不能最終證明其絕對(duì)正確。邏輯上講，總有可能在未來(lái)的某個(gè)時(shí)間或地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)一只非白色的天鵝，理論就被證偽了。當(dāng)然，對(duì)理論的先驗(yàn)置信也非常重要，P(T)不能為0，否則理論成立的后驗(yàn)概率永遠(yuǎn)為0，這就說(shuō)明所有的實(shí)驗(yàn)都必須基于理論。在粒子物理中，必須預(yù)先有一個(gè)特定的理論，如粒子物理強(qiáng)弱電統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模型。在高能碰撞實(shí)驗(yàn)中，如果多次觀測(cè)到符合標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的結(jié)果，貝葉斯更新過(guò)程會(huì)顯著提高我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的信心。這是因?yàn)榧词挂郧暗膶?shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致新的先驗(yàn)概率已經(jīng)很高，但隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，標(biāo)準(zhǔn)模型的后驗(yàn)概率會(huì)越來(lái)越接近1，這種漸進(jìn)的驗(yàn)證過(guò)程使得標(biāo)準(zhǔn)模型被漸進(jìn)證實(shí)，最終變成了實(shí)實(shí)在在的科學(xué)真理。這種通過(guò)后驗(yàn)概率不斷驗(yàn)證理論的過(guò)程，實(shí)際上反映了科學(xué)研究中的一種漸進(jìn)主義?？茖W(xué)家通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不斷累積證據(jù)，以逐步提高對(duì)理論的信任程度。如果某次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言相悖，那么理論的后驗(yàn)概率會(huì)驟然降低，甚至趨近于0。一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)理論的沖擊可能遠(yuǎn)超過(guò)多次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的累積影響。例如，邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)旨在檢測(cè)以太風(fēng)，以驗(yàn)證經(jīng)典以太理論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)論地球的運(yùn)動(dòng)方向如何，光速均無(wú)變化，這與以太理論預(yù)言完全相悖，導(dǎo)致該理論的后驗(yàn)概率降至幾乎為0。這一發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了相對(duì)論的提出。通常，基于貝葉斯思維，科學(xué)家選擇理論預(yù)言反直覺(jué)的情況來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槠湎闰?yàn)概率較低。例如，在量子力學(xué)的貝爾不等式驗(yàn)證了量子理論對(duì)非定域性的獨(dú)特預(yù)言，從而大幅度提升了對(duì)理論的信任（雖然量子力學(xué)已經(jīng)被多次間接驗(yàn)證，人們認(rèn)為量子力學(xué)的直接推理貝爾不等式不需要直接驗(yàn)證）。從貝爾不等式的理論實(shí)驗(yàn)互動(dòng)的例子看出，貝葉斯主義在指導(dǎo)選擇和設(shè)計(jì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，提供了超越簡(jiǎn)單的“證偽”“證實(shí)”非黑即白的獨(dú)特視角。貝葉斯主義通過(guò)理論更新機(jī)制對(duì)科學(xué)理論進(jìn)行淘汰，讓科學(xué)理論在實(shí)驗(yàn)的鐵律下自然進(jìn)化?？茖W(xué)家通過(guò)新實(shí)驗(yàn)不斷獲取數(shù)據(jù)，計(jì)算后驗(yàn)概率來(lái)調(diào)整對(duì)各理論的信心水平。那些與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較相符的理論，其后驗(yàn)概率不斷增加，逐漸得到認(rèn)可；那些不符實(shí)驗(yàn)的理論，其后驗(yàn)概率則不斷降低，最終被拋棄或修正，實(shí)現(xiàn)了漸進(jìn)可證偽性。由于經(jīng)典力學(xué)在宏觀和經(jīng)典世界中成功，但在微觀世界和高速運(yùn)動(dòng)中解釋力不足甚至無(wú)能為力，量子力學(xué)和相對(duì)論就應(yīng)運(yùn)而生。它們分別解釋了實(shí)物粒子雙縫干涉和預(yù)言了引力波，不斷提高了這些理論成功的后驗(yàn)概率。相比之下，傳統(tǒng)的證偽主義核心在于尋找反例來(lái)檢驗(yàn)理論，而貝葉斯主義視角的理論則依賴連續(xù)演進(jìn)的概率更新，更具科學(xué)進(jìn)化論的特質(zhì)。事實(shí)上，貝葉斯主義是通過(guò)量化實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)理論信心的影響來(lái)體現(xiàn)的，同時(shí)還考慮到了理論的證偽性。這種科學(xué)方法論尤其在處理復(fù)雜問(wèn)題時(shí)更為有效。例如，在復(fù)雜系統(tǒng)研究中（如利用耗散漲落定理研究氣候、氣象和溫室氣體之間的關(guān)系，尋找影響氣候關(guān)鍵要素的“指紋”），某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能部分支持或部分反駁理論，貝葉斯主義通過(guò)調(diào)整后驗(yàn)概率來(lái)反映這種復(fù)雜性，而不是簡(jiǎn)單地將理論歸為“被證實(shí)”或“被證偽”。貝葉斯主義通過(guò)概率更新機(jī)制，量化和動(dòng)態(tài)處理科學(xué)證據(jù)，使理論的驗(yàn)證和證偽更加細(xì)膩和漸進(jìn)。貝葉斯主義與證偽主義的結(jié)合，展示了科學(xué)方法的靈活性和嚴(yán)謹(jǐn)性。需要強(qiáng)調(diào)的是，從證偽主義角度看，科學(xué)理論的目的不是“證實(shí)”理論，而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和觀察給出理論成立的邊界，而貝葉斯理論通過(guò)理論的后驗(yàn)概率定量地刻畫(huà)了理論邊界的形狀及其由模糊變清晰的進(jìn)化過(guò)程。從貝葉斯主義的視角看，科學(xué)理論的發(fā)展不僅僅在于其被證實(shí)的次數(shù)，更在于擴(kuò)大其適用范圍和邊界的動(dòng)態(tài)過(guò)程。每個(gè)理論都有其適用條件和局限，科學(xué)的進(jìn)步在于不斷修正和拓展這些邊界，而不是簡(jiǎn)單地累積證據(jù)來(lái)證實(shí)某個(gè)理論?？茖W(xué)理論在其適用范圍內(nèi)能夠準(zhǔn)確描述和預(yù)測(cè)現(xiàn)象。例如，牛頓力學(xué)研究宏觀低速運(yùn)動(dòng)，但在接近光速或微觀尺度上失效。相對(duì)論的提出，擴(kuò)展了物理學(xué)的理論框架，明確了牛頓力學(xué)的適用范圍和局限。每次實(shí)驗(yàn)都在揭示理論的適用邊界。例如，量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了經(jīng)典力學(xué)在微觀世界中的失效。通過(guò)不斷地實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和修正，科學(xué)理論得以不斷完善和拓展其應(yīng)用范圍。當(dāng)然，量子理論并不是對(duì)牛頓力學(xué)的簡(jiǎn)單替代，而是對(duì)其在更大的范圍內(nèi)的拓展。通過(guò)明確牛頓力學(xué)的適用性和局限性，科學(xué)家們得以從低速到高速、從宏觀到微觀更全面地理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)。這種對(duì)理論邊界的理解、推廣理論擴(kuò)展邊界，正是物理學(xué)不斷進(jìn)步的壯麗的動(dòng)態(tài)景觀。3物理學(xué)實(shí)踐雙盲原則的困境與科學(xué)精神的必要性在科學(xué)研究中，雙盲實(shí)驗(yàn)是一種嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，旨在最大限度地減少主觀偏見(jiàn)和期望效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。雙盲原則主要來(lái)自以人為對(duì)象的研究，如醫(yī)學(xué)和心理學(xué)等研究領(lǐng)域。它要求實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)關(guān)鍵角色——實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者——對(duì)實(shí)驗(yàn)的具體條件和假設(shè)保持不知情狀態(tài)。這樣，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的反應(yīng)和實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者的數(shù)據(jù)處理都不會(huì)受到心理因素或期望的影響，從而保證結(jié)果的客觀性和可信度。例如，在藥物臨床試驗(yàn)中，雙盲實(shí)驗(yàn)可以確保實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的參與者及研究人員都不知道誰(shuí)接受的是新藥，誰(shuí)接受的是安慰劑。通過(guò)這種方法，任何因期望或偏見(jiàn)產(chǎn)生的影響都被最大程度地消除了，從而確保試驗(yàn)結(jié)果的有效性和可靠性。在物理學(xué)中，雙盲實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用相對(duì)較少，因?yàn)楹芏辔锢韺?shí)驗(yàn)依賴高度精確和復(fù)雜的儀器設(shè)備，所有研究人員需要對(duì)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整。例如，在高能物理實(shí)驗(yàn)中，研究人員必須實(shí)時(shí)處理和分析大量的數(shù)據(jù)，雙盲設(shè)計(jì)在這種情況下幾乎不可能實(shí)施。特別是波普爾的可證偽性原則強(qiáng)調(diào)理論必須能夠被經(jīng)驗(yàn)事實(shí)所檢驗(yàn)和反駁。這一原則在實(shí)踐中要求科學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須考慮到理論可能被反駁的情景。然而，在物理學(xué)的許多領(lǐng)域，嚴(yán)格實(shí)施雙盲實(shí)驗(yàn)去證偽和檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)往往面臨巨大挑戰(zhàn)。利用貝葉斯主義的觀念，可以進(jìn)一步闡明這一挑戰(zhàn)。貝葉斯主義強(qiáng)調(diào)通過(guò)不斷更新后驗(yàn)概率來(lái)處理新的證據(jù)。物理實(shí)驗(yàn)通常涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和分析過(guò)程，研究人員在進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時(shí)，不可避免地會(huì)參考之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種參考和比較不僅是為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，也是為了剔除明顯的異常值。然而，這種做法可能會(huì)導(dǎo)致一種傾向性，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果逐漸趨于某個(gè)預(yù)期的值，偏離真實(shí)情況。在李政道和楊振寧發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒并建立中微子二分量理論之前，繆子到正負(fù)電子衰變的實(shí)驗(yàn)分支比在一定范圍內(nèi)是隨機(jī)的。李政道和楊振寧1956—1957年間發(fā)展的理論預(yù)言分支比應(yīng)為3/4。此后10年，同一個(gè)研究組和不同研究組在不同時(shí)間進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，最終分支比的測(cè)量值穩(wěn)定逼近3/4。值得注意的是，每一次實(shí)驗(yàn)的誤差條都落在前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的誤差條范圍內(nèi)（圖1）。這一事例表明，在物理學(xué)中，理論和實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系不能“背靠背”地進(jìn)行。單次實(shí)驗(yàn)觀察無(wú)法完全獨(dú)立于理論而無(wú)偏地驗(yàn)證理論預(yù)言，只有通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)才能逼近理論描述的“客觀實(shí)在”。在物理學(xué)中，證偽主義強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)否定理論，從而驗(yàn)證科學(xué)理論的有效性。然而，李政道和楊振寧理論有關(guān)的例子對(duì)簡(jiǎn)單的證偽主義提出了挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)雙盲原則旨在消除實(shí)驗(yàn)者的偏見(jiàn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為客觀。但在這個(gè)例子中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果似乎不可避免地受到理論預(yù)期的結(jié)果和前一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。這種影響使每次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果逐漸逼近理論預(yù)言的值，而不是隨機(jī)分布的，這表明實(shí)驗(yàn)觀察并非完全獨(dú)立于理論和前一次的實(shí)驗(yàn)觀察，因?yàn)榍懊鎸?shí)驗(yàn)的中值如果不超出前面實(shí)驗(yàn)結(jié)果的范圍太多，就會(huì)被公布、被參考，影響后面的實(shí)驗(yàn)。圖1繆子衰變分支比測(cè)量值的演化從貝葉斯主義的角度來(lái)看，這種現(xiàn)象可以得到合理解釋。貝葉斯主義認(rèn)為科學(xué)研究是一個(gè)不斷更新信念的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論預(yù)期之間是互動(dòng)的。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果都會(huì)更新研究者對(duì)理論的信念，逐漸收斂到理論預(yù)言的值上。在這種觀點(diǎn)下，實(shí)驗(yàn)不再是單純的獨(dú)立驗(yàn)證工具，而是與理論相互作用，不斷修正和完善對(duì)自然規(guī)律的理解。雖然理論的置信度會(huì)受到實(shí)驗(yàn)誤差的影響，但科學(xué)上證據(jù)的趨同性保證了這種貝葉斯過(guò)程的收斂性。這個(gè)例子還說(shuō)明，理論預(yù)言可以影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋和后續(xù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。盡管雙盲實(shí)驗(yàn)可以減少偏見(jiàn)，但在科學(xué)研究中，尤其是物理學(xué)中，完全消除理論對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響是極其困難的。貝葉斯主義的觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和逐步更新信念，科學(xué)研究才能接近客觀真理。多次實(shí)驗(yàn)、不斷修正和驗(yàn)證的過(guò)程，才是接近客觀實(shí)在的重要手段。這種現(xiàn)象揭示了科學(xué)研究中的復(fù)雜性；即使是嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)，也難以完全避免理論的影響；只有秉承嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和學(xué)術(shù)操守，通過(guò)長(zhǎng)期的、多次實(shí)驗(yàn)才能更接近對(duì)自然規(guī)律的真實(shí)理解。在貝葉斯主義框架下，后驗(yàn)概率的計(jì)算有時(shí)可能會(huì)傾向于忽視或過(guò)度解釋那些與理論不符的“異?！睌?shù)據(jù)。這種現(xiàn)象可以通過(guò)貝葉斯視角來(lái)理解：在多次實(shí)驗(yàn)中，研究人員基于先驗(yàn)知識(shí)和之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不斷調(diào)整他們的信念和對(duì)數(shù)據(jù)的解讀傾向，并在后驗(yàn)概率中體現(xiàn)出來(lái)。如果某次實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏離預(yù)期，研究人員可能會(huì)將其視為異常值或?qū)嶒?yàn)誤差，從而不顯著改變他們對(duì)理論的信念。當(dāng)觀察到與理論預(yù)期不一致或與之前實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大的數(shù)據(jù)時(shí)，他們可能會(huì)選擇排除這些數(shù)據(jù)。由于觀測(cè)結(jié)果的總概率可以根據(jù)理論預(yù)測(cè)值進(jìn)行分解，實(shí)驗(yàn)人員在更新后驗(yàn)概率時(shí)，刪除明顯偏離的結(jié)果會(huì)使更新后的后驗(yàn)概率相較于原來(lái)的后驗(yàn)概率更高于先驗(yàn)概率。這種傾向性導(dǎo)致后驗(yàn)概率的更新并非完全客觀，而是受到先驗(yàn)概率、主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)預(yù)期的影響。這種主觀性和傾向性雖然可以提高數(shù)據(jù)的一致性，但在某種程度上削弱了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的獨(dú)立性和客觀性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合波普爾的可證偽性原則。一方面，在物理學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析通?；诂F(xiàn)有的理論框架。這意味著實(shí)驗(yàn)并不是在完全客觀和中立的狀態(tài)下進(jìn)行的，而是帶有理論預(yù)期和假設(shè)的。例如，在尋找希格斯玻色子的過(guò)程中，研究人員依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言，設(shè)計(jì)了大量的實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析方法來(lái)尋找預(yù)期的信號(hào)。這些實(shí)驗(yàn)和分析方法本質(zhì)上是基于理論框架的，并不能完全獨(dú)立于理論預(yù)期，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的使用和解釋都帶有一定的主觀性，而這種主觀性可能影響實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立性和客觀性。另一方面，在重復(fù)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)的選擇和處理也可能帶有傾向性，盡可能接近上一次實(shí)驗(yàn)的中值。研究人員通常需要處理海量的數(shù)據(jù)，會(huì)根據(jù)上一次實(shí)驗(yàn)篩選和過(guò)濾其中的有效數(shù)據(jù)。這一過(guò)程不可避免地受到主觀的判斷和選擇的影響。例如，在高能物理實(shí)驗(yàn)中，研究人員可能會(huì)根據(jù)上一次實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)信號(hào)模式來(lái)篩選數(shù)據(jù)，而這種篩選過(guò)程本身就帶有一定的主觀性和選擇性。這種主觀性在一定程度上削弱了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的獨(dú)立性和客觀性，使實(shí)驗(yàn)不完全符合波普爾的可證偽性原則。綜上所述，由于雙盲實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代物理學(xué)中難以完美實(shí)現(xiàn)，理論預(yù)測(cè)和前一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不可避免地會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)選擇產(chǎn)生影響，由此可能產(chǎn)生主觀選擇數(shù)據(jù)等行為導(dǎo)致的學(xué)術(shù)灰色地帶。雖然這種灰色地帶的出現(xiàn)有其必然的科學(xué)哲學(xué)根源，但通過(guò)科學(xué)精神和學(xué)術(shù)操守可以盡最大可能地避免它。在涉及大量的數(shù)據(jù)篩選和處理步驟的物理實(shí)驗(yàn)中，研究人員根據(jù)既有理論預(yù)測(cè)選擇性地分析數(shù)據(jù)，可能會(huì)無(wú)意中忽略或排除那些不符合理論預(yù)期的結(jié)果。這樣的做法雖然能使實(shí)驗(yàn)結(jié)果看起來(lái)更為理想，但也容易導(dǎo)致對(duì)理論的盲目信任。如果選擇的數(shù)據(jù)只符合錯(cuò)誤的理論，就“證實(shí)”了錯(cuò)誤的理論，這會(huì)阻礙科學(xué)的真實(shí)進(jìn)步。為了克服這個(gè)困境：一方面，絕對(duì)不能采取傳統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)證實(shí)理論”的非科學(xué)說(shuō)法，只能說(shuō)“尚未”證偽；另一方面，不管結(jié)論如何，科學(xué)家必須嚴(yán)格遵循科學(xué)精神和學(xué)術(shù)操守，確保數(shù)據(jù)處理過(guò)程的透明和客觀。所有實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)都應(yīng)詳細(xì)記錄，并在同行評(píng)議過(guò)程中進(jìn)行公開(kāi)審查。本文特別要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)待原理上雙盲原則有困難的物理學(xué)研究，科學(xué)精神要求研究者保持開(kāi)放的心態(tài)，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都保持懷疑態(tài)度，特別是關(guān)注那些與既有理論不一致的結(jié)果。這種懷疑精神是科學(xué)進(jìn)步的重要?jiǎng)恿Γ偈箍茖W(xué)家不斷檢驗(yàn)和修正現(xiàn)有理論。學(xué)術(shù)操守則要求研究者在發(fā)表結(jié)果時(shí)，誠(chéng)實(shí)地報(bào)告所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括那些看似“異?！钡臄?shù)據(jù)，以便其他研究者能夠獨(dú)立驗(yàn)證和重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，只有通過(guò)嚴(yán)格遵守科學(xué)精神和學(xué)術(shù)操守，才能避免此類學(xué)術(shù)灰色地帶的產(chǎn)生。只有這樣，科學(xué)研究才能在客觀、公正的基礎(chǔ)上不斷推進(jìn)，為人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律提供更為可靠的依據(jù)。4量子模擬中“理論”的可證偽性分析近年來(lái)，量子模擬（quantumsimulation）在物理學(xué)研究中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。隨著量子計(jì)算和量子信息科學(xué)的快速發(fā)展，科學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到量子模擬不僅是一種新的研究工具，更是一種獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)性科學(xué)推理方法。理查德·費(fèi)曼（RichardFeynman）首次提出量子模擬的概念；他認(rèn)為經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以模擬量子系統(tǒng)的行為，因此需要用受控的量子系統(tǒng)去模擬其他復(fù)雜的量子系統(tǒng)，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量來(lái)了解該系統(tǒng)的行為。如今，量子模擬被概括為兩類：第一類量子模擬基本符合費(fèi)曼的定義，即用可測(cè)可控的量子系統(tǒng)“甲”去仿真待研究的復(fù)雜量子系統(tǒng)“乙”，當(dāng)現(xiàn)有理論無(wú)法基于當(dāng)前計(jì)算手段計(jì)算出“乙”的行為時(shí)，“甲”的模擬實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于對(duì)“乙”進(jìn)行理論計(jì)算；第二類量子模擬則是用系統(tǒng)“甲”模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的物理系統(tǒng)“乙”，目標(biāo)是預(yù)言新的物理效應(yīng)和新物性、檢驗(yàn)理論。例如，用冷原子系統(tǒng)模擬Bose-Hubbard模型的實(shí)驗(yàn)，盡管被稱為“模擬”，但實(shí)際上是一種新實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。這些實(shí)驗(yàn)提供了對(duì)復(fù)雜量子系統(tǒng)行為的直接觀測(cè)，而不僅僅是對(duì)現(xiàn)有理論的簡(jiǎn)單驗(yàn)證。傳統(tǒng)的理論研究往往依賴物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其解析解方法，而實(shí)驗(yàn)研究則通過(guò)實(shí)際觀測(cè)和測(cè)量來(lái)驗(yàn)證理論。數(shù)值計(jì)算和計(jì)算物理則借助計(jì)算機(jī)模擬復(fù)雜的物理過(guò)程。然而，量子模擬不完全屬于觀察、測(cè)量和計(jì)算這三者中的任何一種。它利用受控的量子系統(tǒng)（如冷原子、離子阱、超導(dǎo)量子比特等）來(lái)直接模擬其他復(fù)雜的量子系統(tǒng)，這一過(guò)程既包含實(shí)驗(yàn)測(cè)量的直接性，又具備數(shù)值計(jì)算的靈活性，同時(shí)還能兼顧到理論的預(yù)言。量子模擬的獨(dú)特之處在于其能夠處理傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜問(wèn)題。例如，經(jīng)典計(jì)算機(jī)在模擬具有大量粒子的量子系統(tǒng)時(shí)遇到的“指數(shù)爆炸”問(wèn)題，即隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，計(jì)算所需的資源呈指數(shù)增長(zhǎng)。而量子模擬可以通過(guò)操縱較小的、可控的量子系統(tǒng)來(lái)模擬大規(guī)模系統(tǒng)的量子現(xiàn)象，從而避開(kāi)“指數(shù)爆炸”這一瓶頸。這種能力使量子模擬有望在材料科學(xué)、高能物理、量子化學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。近年來(lái)，利用冷原子系統(tǒng)模擬高溫超導(dǎo)體、用光學(xué)系統(tǒng)模擬拓?fù)浣^緣體等研究不斷涌現(xiàn)，在一定程度上推動(dòng)了人們對(duì)這些復(fù)雜系統(tǒng)的理解和進(jìn)一步想象。然而，盡管量子模擬具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它與傳統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)方法相比，有內(nèi)在的不足之處，存在原則上無(wú)法遵從雙盲原則進(jìn)行證偽的科學(xué)方法論問(wèn)題。量子模擬在某種程度上可以看作是一種計(jì)算，但它并不是通過(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的數(shù)值算法進(jìn)行計(jì)算的，而是通過(guò)量子系統(tǒng)本身的演化過(guò)程來(lái)“計(jì)算”復(fù)雜的量子現(xiàn)象。在貝葉斯主義框架下，量子模擬的結(jié)果能否被證偽取決于這些結(jié)果如何影響我們對(duì)相關(guān)理論的后驗(yàn)概率。如果量子模擬能夠提供新的、未被理論預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則可能有助于驗(yàn)證或證偽相關(guān)理論。然而，量子模擬在其方法和目標(biāo)上存在某種挑戰(zhàn)，這使從貝葉斯主義的角度評(píng)估其證偽性變得復(fù)雜。量子模擬作為一種科學(xué)工具，其結(jié)果的證偽性在科學(xué)邏輯上存在明顯局限。由于量子模擬是針對(duì)不同的系統(tǒng)，往往無(wú)法提供決定性的證據(jù)來(lái)證偽被模擬系統(tǒng)的理論。因此，對(duì)量子模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解讀和應(yīng)用，必須保持謹(jǐn)慎和批判的態(tài)度。2023年，Science和Nature等國(guó)際期刊撤回了一系列關(guān)于“天使粒子”——馬約拉納費(fèi)米子實(shí)驗(yàn)證據(jù)的論文。這種曾被視為“諾獎(jiǎng)級(jí)別的發(fā)現(xiàn)”，就是用納米線（拓?fù)浣^緣體）-超導(dǎo)雜化體系對(duì)科塔耶夫系統(tǒng)進(jìn)行“量子模擬”。其中，不少實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家迎合理論家低能近似給出的“重要預(yù)言”，忽略實(shí)際中弱化“重要預(yù)言”結(jié)論的數(shù)據(jù)。這種行為有的并非出于造假，但存在科學(xué)精神缺失、有意或無(wú)意迎合“理論權(quán)威”等問(wèn)題。與上面提及的問(wèn)題類似，在量子模擬中，常常用K空間窄域能帶系統(tǒng)模擬基本粒子，這類“基本粒子”在實(shí)空間近乎一個(gè)平面波，無(wú)法準(zhǔn)確模擬真實(shí)基本粒子的行為；用冷原子系統(tǒng)模擬石墨烯中的物理現(xiàn)象，實(shí)際上僅是對(duì)已知現(xiàn)象的演示，難以帶來(lái)新的理論突破，特別是通過(guò)難以構(gòu)建的冷原子光晶格系統(tǒng)模擬易于制備的石墨烯材料，顯得本末倒置。用經(jīng)典光學(xué)系統(tǒng)模擬拓?fù)滟M(fèi)米系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)問(wèn)題在于光子和費(fèi)米子的統(tǒng)計(jì)行為完全不同。光子系統(tǒng)沒(méi)有費(fèi)米面，因此模擬費(fèi)米面決定的物性常常只是運(yùn)動(dòng)方程的相似性演示。關(guān)于利用平面光子晶體模擬二維材料拓?fù)鋺B(tài)的研究，基本上不符合科學(xué)哲學(xué)中的“奧卡姆剃刀”原則。因?yàn)檫@類現(xiàn)象可以有更直觀的物理解釋：無(wú)限大的平面光子晶體有帶隙存在，它禁止了頻帶相同的光在其中傳播，而實(shí)際有限大的二維光子晶體只有中間部分有明顯帶隙，邊緣上沒(méi)有，因此與帶隙相同頻帶的光只能在邊緣處傳播，形成所謂的“拓?fù)鋺B(tài)”。這樣的解釋比基于有效演生磁場(chǎng)的解釋更直接、更簡(jiǎn)單、更物理?？偠灾孔幽M無(wú)法完全替代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算。從科學(xué)哲學(xué)角度看量子模擬也遇到一些根本性的挑戰(zhàn)，即模擬結(jié)果能否通過(guò)雙盲檢驗(yàn)來(lái)提高理論的后驗(yàn)概率。許多泛化的量子模擬只是對(duì)已知理論的演示，缺乏真正的新發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果通常是已知的，這使得雙盲檢驗(yàn)變得困難。庫(kù)恩（Kuhn）的科學(xué)范式理論指出，科學(xué)進(jìn)步往往通過(guò)范式的轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)，而非漸進(jìn)的積累。目前看來(lái)，在現(xiàn)有范式內(nèi)進(jìn)行操作的量子模擬很難提供科學(xué)研究范式轉(zhuǎn)變所需的突破性證據(jù)。其實(shí)，基于已被證明的理論精確計(jì)算出的現(xiàn)象也無(wú)需模擬。某些不太復(fù)雜系統(tǒng)的行為可以通過(guò)理論計(jì)算精確預(yù)測(cè)，在這種情況下，模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證的意義有限。反而，濫用量子模擬可能帶來(lái)研究誤導(dǎo)性結(jié)果，影響科學(xué)研究的正確方向。5總結(jié)本文把貝葉斯主義作為證偽主義底層邏輯支撐