為何科學家說的話可信？ 其實不必然。我每次講講座和教書的時候，我第一句都是「我的話不要照單全收。經過自己思考和查證的才是屬於自己的知識。」 我並非故意說謊，只不過科學家也是人，也有可能犯錯。我相信絕大部分科學家講的內容有錯時，都不是故意的。 但明顯，科學家說的話有一定程度可信性。這聽起來好像是犯了「權威謬誤」(appeal to authority)，其實不然。科學家之所以有一定程度的可信性，是因為科學家的論文必須經過同儕審查 (peer review)，才能出版。以一般學術論文的投稿過程為例，如果論文不單止一位作者，則在投稿時必須表明所有作者都已經檢查過並同意所有內容，方能投稿。 投稿到期刊之後，期刊會隨機由一位編輯負責跟進 (有時候也可以指定編輯，但很少發生)。編輯會就論文的題目尋找適合的審查專家，稱為 reviewer。Reviewer 通常是由該領域的專家擔任，「專家」指的是該人在該領域之中有明顯的研究成果。一般情況下，reviewer 都不會由學生擔任。當 reviewer 同意審查論文之後，他／她通常會用三到五個星期的時間仔細審查論文，然後寫一個審查報告，告訴編輯與作者他／她認為該論文應否被刊登出版，而且會列明詳細原因、改善意見、批評等等。 重要的是，reviewer 的身分是保密的。當然，有時候有經驗的作者也能夠從審查報告看出 reviewer 的身分。如果作者對 reviewer 的理據有反對，也可以向編輯提出。整個過程的重點是提升和確保論文的科學內容與質素。 當然，大家都知道科學家也是人，有時候也會有不誠實、不公正的情況出現。如果作者認為 reviewer 的理據不合理，可以向編輯提出更換 reviewer。現在有些期刊漸漸開始採用所謂的雙盲 (double blind)，即是 reviewer 和作者雙方都不知道對方身分。不過，由於論文內容很容易透露作者身分，例如其所使用的研究方法、資料來源等等，暫時大部分的期刊都未實行雙盲。 Reviewer 的數量視乎情況而定，大多數論文都只有一個 reviewer。我們可能會很自然的想，多一個 reviewer 總比較好吧 (怎麼這句話好像在 689 口中也聽過？) 然而，期刊跟據經驗發現，多一位 reviewer 除了會令審查時間延長之外，對提升論文質素沒有多大效果，因為同一個領域的專家的意見大都很接近 (reviewer 是義務性質的，所以編輯也不能強迫 reviewer 交報告)。 確保論文質素的責任，其實一直都在作者身上。作者有責任確保論文內容正確無誤。注意，這裡說的「正確無誤」是指立論在論文提供的證據之上，作者沒有誤導、誇大或造假。科學精神就是不斷修改知識裡的錯誤，才令人類文明進步。例如我們不會說因為牛頓的牛頓運動定律是錯的，就認為牛頓造假。牛頓的「錯」反而是他誠實的表現，因為牛頓只能跟據當年的數據進行分析。愛因斯坦證明牛頓定律錯，極件事情是極為正面的，是科學精神的表現。科學家可說是世上最能接受並改善錯誤的一群人，因為科學家面對的不是法官、不是證人，而是大自然。理查．費曼曾在挑戰者號太空穿梭機失事調查委員會提交美國總統的報告之中，寫下一句對所有學者的警惕格言： For a successful technology, reality must take precedence over public…… Continue reading 科學精神與學術誠信
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被取代的科學理論
在科學中，我們時不時會聽到「某某理論已經被新理論取代」的新聞。拋開內容農場之類的假新聞不說，究竟在科學之中，說一個理論「被取代」或者「錯」的意思是什麼？ Well，如果你有留意，牛頓的萬有引力理論在 100 年前已經被愛因斯坦的廣義相對論取代了。 (賣個廣告：2016 年是廣義相對論發表 100 週年，敬請留意我將為立場寫的專題) 在廣義相對論之中，萬有引力不再被描述為一種力，而是時空的扭曲結果。 萬有引力理論預言光線不受重力影響，但廣義相對論說會；萬有引力理論說時間與空間互相獨立，但廣義相對論說時空本為一體；萬有引力理論預測的水星近日點進動與廣義相對論預測的數值不同。還有其他許多不同之處，而實驗與觀測證據皆顯示廣義相對論才是「正確」的。 換句話說，萬有引力理論是「錯」的。但很明顯，直到今天仍然很不幸地有許多跳樓輕生或失足墜樓的新聞。 為什麼？不是說萬有引力已被新理論取代了嗎？ 精確的說，科學理論其實不是自然現象的解釋。大自然從來不需要解釋；科學理論是人類對自然現象的描述。 舊的科學理論之所以被說是「錯」的，純因它們對自然現象的描述沒有新理論那麼精確。在萬有引力理論對廣義相對論的例子中，其精確程度其實在很多情況下都可以忽略。例如水星近日點進動，現代儀器測量得到的數值是每世紀 0.1594 度，比萬有引力理論預測的多了每世紀 0.0119 度。這好比一個人在田徑場繞圈跑，跑了一個世紀才跑偏了 30 厘米。而廣義相對論的預測則與觀測吻合。 非常好。可是，很多人只著眼於新理論如何在精確程度要求高的情況下比舊的優勝，卻忽略了同樣重要的一點：在精確程度要求低的情況下，新理論必須還原至 (reduce to) 舊有理論。當我們用比較差的實驗儀器和望遠鏡時，廣義相對論與萬有引力理論的預測必須互相吻合。舉個極端的例子，當我們以身做試驗 (大家千萬不要學)，從崖邊跳出去時，我們必須向下墜落。因為這是我們對於「重力」這個東西最最最根本的觀察：物質往下墜落。 換句話說，假使愛因斯坦的廣義相對論預測物質並非往下墜落而是往上上升，那麼即使他的理論在先進的實驗觀測結果下如何精確也沒有用，因為它未能還原至舊理論。 另一個我想討論的科學理論，是達爾文的演化論。拋開那些不知所謂的偽科學不說，很多人仍然以為新的理論將能夠取代「物種會演化」這個概念。 很遺憾，物種會演化的證據，就如同物質會墜落的證據一樣，多如天上繁星。物種演化不是比卡超進化，是經過很多代的遺傳加上環境壓力才能顯著地顯示出來。因為物種演化的時間尺度比物質墜落的長很多，所以人類的腦袋比較難直觀感受。順帶一提，其實在星系的尺度，物質墜落的時間也能夠長至億萬年之久。 換句話說，物種會演化，就如同物質會墜落一樣，是基本的觀察事實。最簡單的例子就是細菌會變種，人人皆知。這不是細菌有智能可以知道如何抵抗藥物，而是細菌的繁殖速率高 (以天甚至小時計)，所以自然汰擇能夠在人類感知得到的時間內使細菌帶有抗藥性。在細菌變種的例子中，人類發展的藥物就是環境壓力。 總而言之，假使有朝一日，新的理論出現，提供了對於物種變遷更精確的描述，它也不可能完全推翻演化論的根本：物種會演化和物質會墜落的證據，皆鐵證如山。任何新的物種理論都必須還原至演化論。就如同任何新的時空理論都必須還原至廣義相對論、萬有引力理論。阿門。 封面圖片：http://www.richard-feynman.net/gallery.htm 延伸閱讀： 《區分科學與偽科學的價值在哪？ — 以一個真實的法律案件為例》- 楊梓燁 《演化之鑰：人類獨特基因 或致腦部更發達》- ac 《恐龍如何變成雀鳥》- 小肥波 《行星．生命．演化》- 余海峯 《請尊重事實：有些文章，可看，但請別 share》- 余海峯
伽瑪射線暴121024A：令科學家困惑的圓形偏振 (GRB 121024A – zirkulare Polarisation verblüfft Forscher)
作者：Prof. Jochen Greiner, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Germany 譯者：Hoi-Fung David Yu (余海峯), Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Germany 德文原文來自：http://www.mpe.mpg.de/~jcg/GROND/grb121024A_PR.html 以下皆為譯文，所有內容已經作者批准使用。(封面圖片來源：National Science Foundation) 文章內容來源： Circular polarization in the optical afterglow of GRB 121024A, Klaas Wiersema et al. 2014, Nature, 509, 7499 (「自然」雜誌第509卷7499號，2014年5月8日發行) http://dx.doi.org/10.1038/nature13237 (電子版於2014年4月30日出版) 摘要 根據目前的標準模型，伽瑪射線暴 (Gamma-Ray Burst, GRB) 源自大質量恆星在其生命終結、塌縮成黑洞時所產生的兩個方向相反的噴流 (jet)。當這些噴流撞擊周圍的星際物質時就會產生餘輝 (afterglow)。測量餘輝的偏振 (polarization)…… Continue reading 伽瑪射線暴121024A：令科學家困惑的圓形偏振 (GRB 121024A – zirkulare Polarisation verblüfft Forscher)
科研解碼：淺談伽瑪射線暴
一直有朋友問我可否寫我自己的研究題目。趁著剛寫好一篇論文，現在往布拉格開會的巴士上，就嘗試簡單的寫一寫。 我做的研究題目是伽瑪射線暴 (gamma-ray burst)。什麼是伽瑪射線暴？簡單地說，就是一種會突然放出伽瑪射線的天體，因為其爆發時間很短，一般從零點幾秒到幾百秒不等 (也有一些長達幾十分鐘的)，所以叫做伽瑪射線「暴」。 宇宙中存在非常多種會在各種波段「發光」的天體。有些會放出射電電波 (即收音機頻率的非常低能量的電波)，也有主要在紅外、可見光、X 光波段等較高能量發光的天體。例如我們的太陽，就是一種主要在可見光波段發光的天體，所以地球上的生物才會對可見光最敏感。我的專長是高能量天體物理學之中，再比較高能量的伽瑪射線天體物理學，專門研究能量比 X 光更高的伽瑪射線源。 天文學家在 1967 年首次探測到伽瑪射線暴 [1]。當時正值美蘇軍備競賽，美國發射了很多探測伽瑪射線的人造衛星，看看蘇聯有沒有進行核試。結果，其中一個人造衛星探測到不明的伽瑪射線爆發現象，令美國政府以為是蘇聯的核試。可是經過再三定位後，卻發現這些伽瑪射線來源方向不是蘇聯、也不是從地球上任何一個地方而來，而是從外太空而來！ 其實，地球無時無刻都正受到各種極高能量的宇宙射線「攻擊」，其中有 X 光、伽瑪射線、各種高能量粒子等等。不過，由於地球有大氣層和磁場保護，這些幅射是不能到達地面的。亦因此，地球才得以孕育出生命。所以，只有在大氣層外的人造衛星，才能探測到這些來自遙遠天體的高能量幅射。 從發現第一個伽瑪射線暴源以來，天文學家已經研究了這種天文現象將近 50 年了。可是，伽瑪射線暴仍然是天文學其中一個最神祕的未解之謎。我們對於伽瑪射線暴的了解，到今時今日依然不多： 一、我們觀察到它們來源的方向是「各向同性的」 (isotropic, 即不是來自宇宙特定某個方向) [2,3,4]。 二、我們發現它們的爆發時間長度，大致可以分為兩個類別：長伽瑪射線暴 (兩秒以上) 和短伽瑪射線暴 (兩秒以下) [3]。 三、透過觀察它們的可見光「餘輝」(afterglow, 在上世紀 90 年代首次發現 [5,6] 伽瑪射線暴在放出伽瑪射線後也會放出可見光)，天文學家就可以量度它們的宇宙紅移。紅移數值越高，表示該天體離地球越遠，也代表它們是在越久遠的時候爆發的，因為伽瑪射線需要更多的時間走過更長的距離才能到達地球。我們發現，伽瑪射線暴距離我們非常非常遠，從約 1 億 4 千萬光年 (紅移 = 0.01) 到 3 千 5 百億光年 (紅移 = 10) 都有，即大約爆發於 1.5 億年前到 133 億年前。…… Continue reading 科研解碼：淺談伽瑪射線暴
余海峯 David | 物理喵 phycat 