科学证明在哪里?

科学证明在哪里?
寻找证据? 在大多数研究中没有这样的事情。 Flickr /保罗·马祖玛(Paul Mazumdar), CC BY-NC

作为天体物理学家,我生活和呼吸科学。 我所读和听到的大部分内容都是用科学的语言来表达的,对于外来者而言,这些语言似乎只是行话和胡言乱语。 但是在科学中很少说或印出一个单词,而这个单词是“证明”的。 实际上,科学与“证明”任何东西都没有关系。

这些话可能会引起您担忧的表情在您的脸上蔓延,尤其是当媒体不断告诉我们科学证明事物,严肃的事物并可能导致后果时, 姜黄显然可以替代14药物以及诸如科学之类的轻浮事物已经证明 马苏里拉奶酪是披萨的最佳奶酪.

当然,科学已经证明了这些以及许多其他东西。 不是这样!

数学家的方式

数学家证明了事情,这意味着很具体。 数学家列出一组特定的基本规则(称为公理),并确定框架中哪些陈述是正确的。

其中最著名的是古代的几何形状 欧几里德。 仅有少数规则定义了一个完美而平坦的空间,在过去的几千年中,无数的孩子竭力证明 毕达哥拉斯的直角三角形的关系,或者一条直线最多将在两个位置交叉一个圆,或者无数其他在内部正确的陈述 欧几里得规则.

欧几里得的世界是完美的,由它的直线和圆定义,而我们所居住的宇宙却不是。 用纸和铅笔绘制的几何图形仅是欧几里得世界的近似,其中真理的陈述是绝对的。

在过去的几个世纪中,我们逐渐认识到几何学比欧几里得的几何学还要复杂,数学上的巨著例如 高斯, 罗巴切夫斯基 黎曼 为我们提供了弯曲曲面的几何形状。


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非欧几何,我们有一套新的公理和基本规则,以及一套我们可以证明的绝对真理的新陈述。

这些规则对于在这个(几乎)圆形的行星上导航非常有用。 之一 爱因斯坦的(许多)伟大成就是表明弯曲和扭曲时空本身可以解释重力。

然而,非欧几里得几何学的数学世界是纯净的和完美的,因此仅是我们混乱世界的一个近似值。

科学到底是什么?

但是,你哭了,科学中有数学。 我只是讲授磁场,线积分和矢量微积分,我相信我的学生会很同意科学中有很多数学。

这种方法与其他数学方法相同:定义公理,检查结果。

爱因斯坦著名 E = mc2,从不同观察者如何看待电磁定律的假设中得出, 狭义相对论,是一个很好的例子。

但是,此类数学证明只是科学故事的一部分。

重要的一点(定义科学的一点)是这样的数学定律是否能准确描述我们在周围看到的宇宙。

为此,我们必须通过对自然现象的观察和实验来收集数据,然后将其与数学预测和定律进行比较。 这项工作的核心词是“证据”。

科学侦探

数学方面是纯净的,而观察和实验受到技术和不确定性的限制。 将两者进行比较,涵盖了统计和推断的数学领域。

许多(但不是全部)依赖于一种称为“ 贝叶斯推理 将观测和实验证据纳入我们所了解的知识,并更新我们对宇宙的特定描述的信念。

唯一的办法就是让这些苹果倒下。 Flickr / Don LaVange, CC BY

在这里,信念意味着您对基于特定知识对自然的准确描述的特定模型的自信程度。 认为它有点像特定结果的下注几率。

我们对重力的描述似乎非常好,因此苹果从树枝上掉落到地面上可能是个意外。

但是我不太相信电子是超弦理论提出的旋转和回旋弦的微小环,它可能会精确地描述未来现象,可能是一千到一个长镜头。

因此,科学就像一场正在进行的法庭戏,不断向陪审团提供证据。 但是,没有一个犯罪嫌疑人,并且有新的犯罪嫌疑人定期来访。鉴于证据越来越多,陪审团正在不断更新其对谁负责数据的看法。

但是,由于有证据不断收集,越来越多的嫌疑人在法院面前游行,因此,绝对没有关于绝对有罪或无罪的判决。 陪审团唯一可以做的就是裁定一名嫌犯比另一名更有罪。

科学证明了什么?

从数学的意义上讲,尽管多年来一直在研究宇宙的运行方式,但科学还没有得到证明。

在没有任何证据的地方标记。 Flickr / Rob, CC BY-NC-ND

每个理论模型都是对我们周围宇宙的良好描述,至少在一定范围内是有用的。

但是,探索新领域会发现不足,这降低了我们对特定描述是否继续准确地代表我们的实验的信念,而我们对替代方案的信念却可以增长。

我们最终会掌握真相并掌握真正掌控宇宙运作的法律吗?

尽管我们对某些数学模型的信念会越来越强,而无需进行无穷无尽的测试,但我们如何确保它们是真实的呢?

我认为最好是将最遗忘的话留给最伟大的物理学家之一, 理查德·费曼,关于成为一名科学家的全部目的是:

对于不同的事物,我有不同程度的确定性的近似答案和可能的信念,但是我对任何事情都不完全确定。

谈话关于作者

天体物理学教授Geraint Lewis 悉尼大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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