分析科學史三大假說,一口氣學會這種實用的研究方法

今天我們來講講科研過程中一個非常重要的方法——假說。

有的時候，我們在開始一項研究，但可能發現相關知識很缺乏，沒有有效的確定的基礎，我們很難直接進行研究。因此，我們有時候會先假設各種現象之間的邏輯關係，在針對與此進行測試和進一步研究。這種方法叫做假說。

假說是一種可檢驗的預測，可以是一個錯誤的或一個真實的陳述，之後在研究中檢驗其真實性。

比如，一位研究農村重男輕女的學者，很難針對這個課題直接下手，不過，他可以先構建以下假說:

一個社會的文盲率越高，重男輕女就會越嚴重；

一個社會的父權制越高，重男輕女就會越嚴重；

一個社會的傳統習俗越多，重男輕女就會越嚴重；

然後他會根據這幾個假說，進行相關的調查研究，最後得出結論，再進行對比。

假說是對可以觀察到的現象的一種試探性的、可驗證的解釋。假設的範圍很窄——不像理論，理論涵蓋了廣泛的可觀察到的現象，並從許多不同的證據中得出結論。而假說一定要簡單明了，並且可以反覆測試驗證。

下面我們來說說科學史上最著名的三個假說，看了這幾個例子，一定會假說這種研究方法更加了解。

1. 伊凡·巴甫洛夫（Ivan Pavlov）和他的狗(1903-1935)

這就是著名的條件反射實驗。

伊凡·巴甫洛夫是生理學家、心理學家、醫生，曾獲得諾貝爾生理學獎，也是經典條件反射理論及高級神經活動學說的奠基人。

伊凡·巴甫洛夫和他的狗

自1903年起，這位前蘇聯的科學家開始了一系列長達數十年的條件反射研究。

他做了一個假說：狗狗受到條件反射的影響。

給餓了的狗狗一盤食物，它會流口水。在這種情況下，刺激(食物)會自動觸發特定的反應(流口水)。後者是對前者的一種天生的、未習得的反應。

而鈴聲是一種中性刺激。對狗狗來說，這種聲音沒有內在的意義，如果它以前從未聽到過，這種聲音就不會引起本能的反應。

相比之下，但看到食物肯定會。

那麼如果在狗狗接受食物之前，經常接觸相同的中性刺激（鈴聲）的狗狗，會將這種中性刺激與進食行為聯繫起來。最終，當遇到這種中性刺激（鈴聲）時，狗狗應該開始以可預測的速度流口水——甚至在沒有給它食物的時候。

狗狗的進食條件反射實驗

因此，當巴甫洛夫和他的實驗室助手在餵食前搖鈴，研究人員讓狗在心理上將鈴聲與進餐時間聯繫起來。由於反覆暴露在鈴聲中，狗在進食之前就開始流口水。

在這個實驗裡，巴甫洛夫還引入了量化這個概念——他通過測量每隻狗產生的唾液量，來量化它們的反應。

巴甫洛夫和他的助手們之後又做了一個更複雜的實驗，來研究條件反射。一隻狗狗總是在進食時，聽到節拍器以每分鐘60下的速度敲擊。而當它聽到每分鐘40拍的慢節奏敲擊後，就再也吃不到東西了。

2. 艾薩克·牛頓（Isaac Newton）的輻射稜鏡(1665)

在牛頓之前，光的顏色是一個謎。

牛頓1665年的實驗

牛頓做了一個假說：白光是可見光譜中所有顏色的混合。因為這些顏色的波長各不相同，那麼當一束陽光穿過玻璃稜鏡時，每種顏色都會以不同的角度折射，單獨分離。

1665年夏天，他在英國劍橋的一間黑暗的房間裡進行玻璃稜鏡的實驗。他在一個百葉窗上開了一個四分之一英寸(0.63釐米)的圓孔，讓一束陽光照進這個地方。然後他對著這束光線舉起稜鏡，一個長方形的、五顏六色的光投射到對面的牆上。

投射到牆上的光，有33.65釐米高，6.6釐米寬，從上到下依次是紅色，橙色，黃色，綠色，藍色，靛藍色和紫色的光，正好是彩虹的顏色。

牛頓推斷，陽光由彩虹所有顏色的光的混合，而稜鏡以不同的角度彎曲（折射）它們，可以將顏色分離出來。

光的稜鏡實驗

不過，他不能百分百確定。所以牛頓用一個小變化重複了這個實驗。

這一次，他拿了第二個稜鏡，讓它攔截彩虹狀的光線。當折射的顏色進入新的稜鏡，它們重新組合成一個圓形的白色光束。

換句話說，牛頓取了一束白光，把它分成一束不同的顏色，然後重新組合。最終證明了他的假說。

羅伯特·潘恩（Robert Paine）的海星(1963-1969)

羅伯特·潘恩是一名生態學家，對頂級捕食者在環境中的作用十分著迷。

他在上世紀60年代，做出了一個假說：捕食者的數量限制了作為他們食物的生物的數量。那麼當一個地區，一種主要的捕食者被消滅後，被捕食的物種會變得更多。

紫海星（學名奧克拉赫海星）

紫海星（學名奧克拉赫海星）大部分生活在海邊巖石上，以貽貝、帽貝、藤壺、蝸牛等為食。根據這個假說，如果沒有了紫海星，貽貝、藤壺和蝸牛的數量會激增。

1963年6月，他在華盛頓州的Mukkaw灣開始了這項雄心勃勃的實驗。

在實驗之前，潘恩觀察記錄了居住在他決定測試的地區的15種不同的動物和藻類。

之後，潘恩在十年間，一直清理Mukkaw灣的紫海星，盡力讓一部分海岸線的巖石部分完全沒有海星，並一直記錄這個地區物種數量的變化。

羅伯特·潘恩收集海岸的紫海星，扔回海

他的記錄顯示，沒有紫海星的控制，藤壺的數量激增。隨後，加利福尼亞貽貝取代藤壺，它們主宰了這片土地。通過大量地將自己固定在巖石上，貽貝逐漸淘汰了其他生命形式。之後，這裡變得不適宜很多物種生存，甚至連海綿、海葵和藻類等紫海星不吃的生物也不見了。

潘恩發現，所有這些物種在附近他未觸及的另一片海岸線上仍然繁衍生息，這就排除了總環境變化的影響。

這個實驗證明他的假說錯了，最終他發現處於食物鏈頂端的動物不僅會影響到它們捕食的動物。除掉頂級捕食者會引發連鎖反應，從根本上改變整個生態系統。

假說-研究-實驗

在上面三個例子裡，我們可以看到假說這種方法在科研中的重要性：

1. 為今後的研究指明了方向；

2. 它指定了研究人員的關注點；

3. 它有助於設計研究技術；

4. 它防止盲目研究；

5. 它保證了準確性和精確性。

但是，一定要注意這一點，就是做的假說一定可以要有預測性，一定能被重複驗證，最好能用科學方法量化。在提出一個假說並設計實驗時，一定要仔細的思考，去掉其他可能影響的變量。

如果喜歡這篇文章，請關注劉老師，每天帶來硬核科普。