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2015-07-01危害科學方法的最夯理論
547 期
Author 作者
曾耀寰／任職於中研院天文所，《科學月刊》總編輯、《物理雙月刊》總編輯。
科學家對科學方法有一定的共識，科學方法常是區分科學、非科學、偽（贗）科學的判別法則。但是你知道嗎？現今在科學界出現一股風潮，認為沒有客觀實驗證實的科學假說，是可以被接受的。藉由這些科學家建構的優雅理論，以及舌燦蓮花般地廣為宣傳，讓一般人誤以為這些假說已是成熟的科學定律，例如基督教的創世論，物理學的弦論，以及宇宙學的多重宇宙。
我們常說美國是一個科學昌明的國家，細數歷年諾貝爾獎科學類得主，大多來自美國，但大家可曾知道，根據2012年蓋洛普調查（Gallup poll），美國有46%的人不相信演化論，反而相信創世說。這現象當然與宗教信仰有關，美國人每週日要上教堂做禮拜，聖經上說，宇宙萬物是在6000年前創生的，達爾文的演化論自然成為異端邪說。1925年，美國田納西州曾發生著名的猴子審判，這不是審判猴子，而是審判一位高中代課老師斯科普斯（John Scopes），因為他在課堂上講授演化論。當時田納西州頒布法令禁止在課堂上教演化論，斯科普斯就像現代版的伽利略或布魯諾，最後被判敗訴。但幸運的他沒有像伽利略受到軟禁，或如布魯諾被活活燒死。他只被判罰100美元，而這條法令直到1967年才被廢止。
美國憲法要求政府和教會分離，按理州立學校不能講授宗教學說，但創世論在猴子審判占了上風，連帶許多州紛紛考慮制訂類似禁止講授演化論的法令。只不過後來受到蘇聯發射人造衛星的刺激，以及處在冷戰的氛圍下，美國開始加強科學教育，有關演化論的內容不再受到限制。創世論和演化論的爭鬥並未止歇，1995和1996年，美國有五個州提出新的法案，要求州立學校在科學課程教學中，對創世論和演化論持同等的態度，他們所持的理由是將創世論當成一門科學，而不是宗教學說。法官奧佛頓（William R. Overton）在1982年駁回阿肯色州的平衡對待（balanced treatment）法案，所持理由表明創世論不是科學，奧佛頓法官認為一個科學理論應當具備以下特徵：
1. 遵循自然規律
2. 根據自然規律，具有解釋現象的能力
3. 在經驗世界當中是可被檢驗的
4. 科學的結論是暫時性的，不必是最終的結論
5. 科學是可證偽的（falsifiable)
創世論不具備這些特徵，因此不能當成科學。
創世論聲稱地球的歷史少於一萬年，而大洪水災變可以解釋地球的地質特徵，但從現有的化石證據很容易就推翻這個說法。科學必須講求方法，符合邏輯，不論是透過歸納或者演繹的過程，得到的結論最終需要受到檢驗，也就是實驗或觀測的證實。數百年以來的科學建立，都是依照這樣的模式。
那麼宇宙到底有沒有科學性的創世學說？有沒有辦法獲得實驗或觀測的證實？其實科學家一直在尋找宇宙創世的證據，近幾十年來，拜精確測量的快速進展，相關研究已經進入一個全新的階段。以前說宇宙的年齡是150億±50億年，誤差可達30%，但在2013年的測量是137.98億±0.37億年。又例如宇宙微波背景輻射在空間的不均勻度，可量出只有平均值十萬分之一的變化，這些變化和現在看到的宇宙長相有直接的關連。由於精確的觀測使得天文學家能夠理解廣若百億光年的蒼穹，甚至直達宇宙的最開始。
宇宙學將宇宙看成一個整體，研究宇宙內部的結構、起源及演化。但要深入認識宇宙，不免要用上基本的物理定律，有時甚至要開創新理論來解釋觀測到的現象。在西元1925年以前，天文學家有所謂的「島宇宙爭論」，當時天文學家看到一些模糊星雲，有人認為只是一團普通的雲氣，就像太陽星雲，未來會收縮成一顆恆星。另一派人則認為是類似我們銀河的天體，內含許許多多的恆星。最後在美國天文學家哈柏測量當時被稱作仙女座星雲的距離後，發現仙女座星雲是在銀河之外一個類似銀河的星系，這才平息了多年的爭論。最近有關宇宙學的例子是宇宙微波背景輻射的發現，使得熱大霹靂說擊敗穩態宇宙論（steady state cosmology），成為今日宇宙學的基礎。
在觀測技術不斷推向極致，天文學家也將目光指向宇宙的最開端。現今物理兩大理論分別是量子物理和相對論，量子物理可以預測極小尺度的規律；而相對論則闡述物質、能量和時空之間的關係。而根據大霹靂說，宇宙的最開端是高溫的奇異點，需要量子物理加上廣義相對論來解釋，但至今尚未定論。
「弦論」原被期望來統一四大基本作用力（重力、電磁力、強作用力和弱作用力），它將基本粒子視為極其微小的弦，弦的各種不同振動，表現出基本粒子不同的特性。另一方面在探討大霹靂如何開始的問題時，天文學家提出多重宇宙的概念，這概念嘗試解釋何以一些宇宙常數的數值是如此地恰好，可以讓我們的宇宙發展出人類的存在。
先不論弦論和多重宇宙的理論內容和架構，這兩個假說的共同特徵是至今「沒有證據」，甚至「可能無法提出證據」。弦論根基在多維空間，試想一隻在平面大地爬行的小螞蟻如何體會翱翔在三維空間的鴻鵠之志？而生活在三維空間的人類又如何測量五維、六維甚至更高維度的空間？即便弦論預測每種粒子都有其對應的超對稱粒子，但至今仍未被大強子對撞機證實。而多重宇宙則認為我們宇宙之外存有無限多個世界，這個世界是在我們的視界之外，一個訊息永遠到不了我們宇宙的宇宙，也就是說我們永遠不可能看到這些宇宙。
對於大多數科學家而言，是可以接受這些假說，只要假說所提出的預測可以被觀測實驗證實，就可以翻轉大霹靂學說，改變我們所認識的宇宙，甚至改寫現有的物理定律。但有一些科學家可不這樣想，物理學家大衛（Richard David）認為僅靠哲學或統計上的貝氏推論就能確立弦論的真實性，即便弦論沒有實驗上的證據存在。再者，我們一直以來沒有找到更好的替代理論，因此大衛認為我們可以將弦論視為正確理論。
普林斯頓大學宇宙學家斯泰思哈特（Paul Steinhardt）將這種所謂的後經驗（post-empirical）科學稱作後現代（post-modern）。這種說法認為，一個不和資料有明確關聯的想法，只要有一群持續支持的人存在就不需要捨棄，就像創世論。宗教信仰可以如此，但科學呢？數學家丘成桐曾說：「對數學家來講，實驗能否證明並不是太重要，我們得出來的結論都經過很嚴格的推導，背後的物理可能有錯，可是數學上不可能有錯。」德國數學家希伯特（David Hilbert）也說過：「雖然數學需要無窮（infinity）這個概念而得以完備，但在物理世界當中，沒有無窮這檔 事發生。」若要僅靠優雅來確立自身的存在，那就不要墜入真實的物理世界，在這裡，實驗的證據才是王道。
George Ellis & Joe Silk, Defend the integrity of physics, Nature, Vol. 516:321, 2014.