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譯 序 關於本書的宗旨、內容和對象，原作序言已有說明，無需譯者贅述。在此僅就本書作者的觀點略談一二。 本書作者十分注重實驗和觀察，非常強調審慎推理與客觀判斷。就是對待『機遇』、『直覺』這些偶然性很大的因素，作者也一再強調只有有備而來的人才能認出機會，利用機會 ；『直覺』必須以對問題持續自覺的思考來作思想上的準備。作者這種貫穿始終的科學態度是自然科學工作者最可貴的品質。 同時，作者的治學態度也十分嚴謹。他反復強調在進行實驗或觀測時，要密切注意細節，作出詳細的筆記，切不可把觀察到的現象與實驗者本人對現象的解釋二者混為一談。他一再告誡人們，切勿讓推理的進展超越事實，否則定會誤入歧途。另一方面，他主張用批判的精神來閱讀，力求保持獨立思考能力，避免因循守舊。他還鼓勵科學工作者彼此切磋，互相探討，打開眼界，以免鼠目寸光，作井蛙之嘆。 這本書的最後兩章著重論述了科學的組織工作、科學工作者必備的條件和素質以及科學家生活的種種特點。因此本書不僅對那些攀登險峰的勇士是一根得力的柱杖，而且對那些選拔勇士、組織攀登的現代『伯樂』也是一本很好的參考書。 本書根據第三版譯出。有些地方做了必要的注釋，文中帶圓括弧的號碼即參考文獻中的目次 (網路版省略了參考文獻)，指引文或概念的原始出處。限於譯者個人的水準，錯誤、缺點在所難免，望讀者批評、指正。 譯者 楊新北 一九八三年四月 |
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精密儀器在現代科學中有重要的作用。但我有時懷疑，人們是否容易忘記 科學研究中最重要的工具始終是人的頭腦。人們固然花費了不少時間和精力去訓練和充實科學家的頭腦，但是，對於如何充分利用頭腦，在技術細節上卻幾乎未加注意。在科學研究的實踐和思維技巧方面，尚無一本令人滿意的書把有關知識貫穿起來。這種不足促使我寫此書作為研究工作入門的導引。這本書是對這一複雜艱深論題的小小貢獻，首要的對象是即將從事研究工作的學生，但也希望能吸引更廣泛的讀者。 我力圖分析獲得新發現的方法，綜合有成就科學家觀點中帶有普遍性的東西，並寫進那些會對青年科學家有用而又有趣的材料。為了把這些素材寫得簡明易懂，有些地方我採用了坦率的說教口吻，這可能將某些有爭辯的觀點過分簡化了。 但是，教條主義是與我的原意背道而馳的，我試圖推斷並闡明盡可能多的科學研究指導原則，以至於擺在學生面前的可能是一些具體的見解。我並不要求讀者接受我的觀點，而是把這些觀點視為供他們思考的建議。 科學研究是一種高度複雜而又難以捉摸的活動，在研究人員的頭腦中往往並不明確。這或許就是大多數科學家認為，無法就研究方法進行正規教育的緣故。大家都承認，科學研究的訓練主要是自我訓練，若能在實際研究操作中得到有經驗科學家的指點則更好。盡管如此，我仍相信可以從別人的經驗中學到某些啟示與原則。常言道『智者請教他人，傻瓜只學自己。』誠然，任何一種訓練，都遠遠不止於聽別人的指點。人們要學會把原理付諸實施，並養成運用原理的習慣，必須透過實踐。但是，在應該掌握那些技巧才能正確的得到指導，也是有所裨益的。 很多情況下，本書僅僅是指出了可能遇到的困難，亦即必要時必須全力正視並克服的困難。然而，言之在先亦不無幫助。 所謂科學研究就是對新知識的探求，所以它對有獨創精神的人特別具有吸引力，他們所用的方法亦各不相同。甲所遵循的方法對乙則未必合用。不同的學科也需要不同的方法。 但是，有些基本原理和思維技巧是大多數科學研究共同使用的，至少在生物學領域是如此。法國大生理學家貝爾納 (Claud Bernard) 說：『良好的方法能使我們進一步地發揮運用天賦的才能，而拙劣的方法則可能阻礙才能的發揮。因此，科學中難能可貴的創造性才華，由於方法拙劣可能被削弱，甚至被扼殺；而良好的方法則會增長、促進這種才華。 ... 在生物學中，由於現象複雜，謬誤的來源又極多，方法的作用較之其他科學更為重要』 具有天賦研究能力的曠世稀才不會得益於研究方法的指導，但未來的研究工作者多數不是天才，給這些人一些科研方法的指點，較之聽任他們憑借個人經驗事倍功半地去摸索，應有助於他們早日獲得成果。有一次一位著名科學家告訴我，他經常故意一段時間不管學生，以便使他們有機會自己尋找適應工作的方法。這種以非沉即浮原理為依據的方法，用於甄拔人才，或許有其可取之處，但是比起把孩子扔進水裏的原始方法，我們今天有更好的教游泳的辦法 。 人們普遍認為，大多數人的創造能力很早就開始衰退。對於一個科學家來說，姑且假定他遲早會懂得如何最有效地進行研究工作，但如果完全靠自己摸索，到他學會這種方法時，他最富有創造力的年華或許已經逝去。因此，如果在研究中有可能通過研究方法的指導，來縮短科學工作者摸索的學習階段，那麼，不僅可以節省訓練的時間，而且科學家獲得的成果也會比一個用較慢方法培養出的科學家所能做的多。這只是一種推測，但其可能具有的重要意義是值得深思的。另一種考慮是：未來的研究工作者所必需的正規教育量日益增加，這就有可能會減少他們最富創造性的年華。也許這兩種不良後果都可能因我們所建議的指導方法而有所解決。 試圖研究如此廣泛複雜課題的任何一本書，也許都難免會有不足之處。我希望本書能起拋磚引玉作用，引起更多成就比我大、經驗比我多的作者來就這個題材撰述，豐富這已有的系統化的知識。對於在心理學方面沒有受過任何正規教育的我，竟然論及研究工作的心理學，不免失於冒昧。但是，想到生物學家涉足心理學並不比心理學家或邏輯學家涉足生物學研究有更多誤入迷津的危險，就又增添了勇氣。大多數論述科學方法的著作 ，都從邏輯學或哲學角度看眼，本書則側重於科學研究的心理活動和實踐。 我覺得很難按邏輯順序編排所討論的各個不同題目；關於機遇、假設、想象力、直覺、推理和觀察各章，在次序上完全是作者任意安排的。第一章第二部分總結了科學研究的步驟。我頗費周章地搜尋了一些小故事來說明新發現的經過，因為這些小故事對於那些想了解知識進展過程的人可能有用。每個小故事均按其最適於說明的科學研究方案，在有關章節中引用，但其影響所及決不限於一點。其它的小故事收集在附錄部份。我在好幾處都提到了自己的經驗，作為一種直接知識的來源，對此，在這裏預先表示歉意。 對於向我提供有益的建議、批評和參考資料的各位朋友和同事，我謹表示衷心感謝。承蒙下列各位好意替我審閱初稿，並提出了寶貴的意見，他們是艾伯克龍比 (M. Abercrombie) 博士、安德魯斯 (C.H. Andrews) 博士、巴特利特 (F. Bartlett) 爵士、巴切勒 (G.K. Batchlor) 博士、克龍比 (A.C. Crombie) 博士、尤爾 (T.K. Ewer) 博士、格雷厄姆-史密斯 (G.S. Graham-Smith) 博士、格林德利 (G.C. Grindley) 先生、瓊斯 (H.L. Jones) 先生、拉佩奇 (G. Lapage) 博士、馬丁 (C. Martin) 爵士、麥克唐納 (I. Macdonald) 博士、麥克利蒙特 (G.L. McClymont) 博士、斯蒂芬森 (M. Stephenson) 博士以及威爾金森 (D.H. Wilkinson) 博士。然而決不能因此認為上述各位科學家贊同本書的全部觀點。 |
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本書出版以來，不少科學家或撰寫書評或個別交談，對本書所述研究方法表示贊同，作者對此不勝感激。在主要原則問題上迄未見到嚴重分歧。因此在第二版時作者可以以更大的信心將本書奉獻給讀者。 作者收到許多熱心人的來信，或證實書中的觀點，或指出某些小的錯誤，作者謹此表示謝忱。第二版僅在某些小的地方做了更動，唯對『推理』一章作了部份的改寫。 貝弗里奇 一九五三年七月 於劍橋大學 |
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第三版僅在第二版的基礎上做了些小的改動，大多屬於次要的性質，附錄中增添了兩個很好的例子以說明機遇的作用。 貝弗里奇 一九五七年九月 於劍橋大學 |
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科學家與偵探 在科學的研究中所遇到的問題與偵探辦案時所遇到的問題極為相似，在實質上，科學研究與偵探辦案雖不相同，但很明顯的，偵探辦案所使用的方法與科學研究所用的方法是相同的。機警的偵探對於最麻煩的無頭案件或神秘案件都有辦法偵破，密西根大學教授伊文柯比 (Irving Copi) 博士舉出柯南道爾 (A. Connan Doyle) 筆下的福爾摩斯 (Sherlock Holmes) 破案的方法。
(一) 認清問題 (Problem) 福爾摩斯對每一案件皆細心揣摩分析，故常能見人所未見，知人所不知，一草一木都不放過，別人認為平凡甚至其笨無比的作法，而福爾摩斯往往能從人所不注意之處找到了關鍵所在。據說他每當心裏有未解決的問題時，他常數日甚至一週不眠不休，反覆對事實求證，直到他自認已了解全案或已能控制案情的資料為止。 科學研究與偵探辦案的共同點，都是為解決問題的行動，也就是說，在他們還沒有開始工作前就有一個問題存在。然後，就必須先了解問題，作類似的實驗與想法，找出問題的線索與癥結。例如，福爾摩斯接到了一封信，說玻理斯頓路三號發生了一件命案，他立即前往出事地點勘察。相同的，在十八世紀時，熱的理論廣泛的被接受，當時認為熱是一種稀薄而有高度伸縮性的流體，所以可以加到一個物體身上，也可以由一個物體身上流出來，因此致使人體的溫度有所改變，這種把熱假設為流體的理論在當時是牢不可破的，到了十八世紀末，認為熱為 一種物質 (a matter substance) 已為大家普遍接受。科學家羅福特 (Rumford 1753-1814) 由於看到製造大砲時因鑽孔而生高熱，使他覺得物質的本質既不能創造熱，也不能毀滅熱，發熱與體積伸縮也無關，在此羅福特與福爾摩斯都面對著一個問題了。 (二) 初步假設 (Preliminary hypotheses) 福爾摩斯還未到現場之前，他對案情不作任何揣測與預斷，他認為那是最危險的，他曾說：『在你還沒有任何證據之前就作推論，那是最大的錯誤與偏見，而不是判斷。』所以一個人在未收集到證據之前，切不可作成最後的判定 (final judgment)，不過要收集資料又不能不先有推理，否則資料無法收集起來，達爾文曾說：『只要是有用的任何觀點，不論是贊成的還是反對的，都必須加以觀察。』要收集贊成或反對的有關資料，就須要有初步的假設作基礎，這種假設不必是完整的理論，但至少要是一個大略的認識，否則便無法決定如何去搜集資料了。例如：玻理斯頓路三號的謀殺案，使福爾摩斯第一考慮到的是趕快到現場收集資料，因為謀殺現場可能留有重要的線索，但現場的資料可能非常的多與複雜，如果沒有初步的假設，將會不知如何著手收集有關的資料。相同的，由於羅福特對熱發生疑問，他要對自己的觀點有所解釋，所以他也進入了第二步驟，即初步的假設，他認為熱的產生並非任何物體本質的縮減 (物質無任何損耗即可產生無限量的熱)。不過，初步的假設一定要具有高度的推測性，它必須基於過去的經驗。不管怎麼說，問題出現以後，要開始作調查研究就必須先有初步假設，但它決不是完全可靠的，問題最後所得到的解決方案也許會與它大相逕庭，所以這一推測究竟有多大的可靠性，那是需要經過調查的程序才能知道的。 (三) 收集相關資料 (Collecting additional facts) 有了初步假設，就可以收集資料，希望由獲得的資料發現足移的線索以作為破案的依據。收集相關資料大有學問，初出茅廬而缺乏經驗的新手常會忽視某些極重要的資料。例如，福爾摩斯去調查凶案，在距離現場一 百碼時，他就下車步行，仔細勘察房子周圍的環境，尤其是通往凶宅之路，到凶宅之後，別人茫無頭緒，但他已經開始收集資料，首先他詳細檢查死者，然後又注視室內的情況，每一點每一處都不放過。 通常第二步驟與第三步驟是無法截然分開的，它們互有關聯且互相依存。 不錯，要開始任何收集行動，必先要有初步假設，但是有了新的資料以後，也可能從而產生新的假設，而這新的假設又會有新的事實加入。可能又會產生另外的假設，因此因果循環不已。福爾摩斯在凶宅仔細檢查已使他形成進一步的假設，他幾乎已把案情了解得一清二楚，他對警署的偵探說：『這個謀殺案的凶手是男的，約六尺多高，血氣方剛之年，兩腳不大，衣 著不雅，穿方頭馬靴，抽托利支普利牌香煙。他同死者共乘同一輛四輪出租馬車來這裏，拉車的馬所釘的馬蹄鐵三支舊的，一隻新的，而新的是在前蹄上。謀殺者極可能有一張漂亮的面孔，右手指甲很長。這些是目前僅能知道的資料，對你可能有點幫助。』兩個警探互視一笑，其中一個問道：『假如死者是被謀殺的，那麼是如何被殺的呢？』福爾摩斯答：『毒藥』。相同的，羅福特於第二步驟有了初步的假設，他便進一步的收集資料，實地來驗證這一假設，他用鋼鑽鑽鐵，產生了無限的熱，而物體本身並沒有縮減，這一事實，明顯的與原有理論不合，依照原有理論，任何物體內所含的熱都是有限的。 (四) 做成假設 (Formulating hypothesis) 調查到某一階段，就感到需要對所有事實有一解決方案，實際上這是解釋假設的一個程序，在此需要想像力與豐沛的知識來描述這個程序，這須向後推論。福爾摩斯對此曾指出：『大多數人，假如你對他們描述某事件的某一部份，他就會想告訴你結果是如何了，他們很容易把某些事件揉合在一起，從而推論出將會有那些事要發生。但很少人能夠，當你告訴他一個結果時，他卻能運用想像力或思維把導致此一結果的每一步驟清晰地浮現在腦海裹。』相同的，羅福特在第三步驟收集資料後，就進入此一步驟，即作成假設 ，而須使此假設能解釋一切四週遭遇到的問題。羅氏的假設：熱是一種運動的形式，這就是後來之『熱的機械論』或稱之為『熱的動力說』。 (五) 進一步的演證 (Deducing further consequences) 一個真正有用的假設不僅可以解釋原先我們認定事件發生的經過，而且還要可以解釋新發掘到的資料，如果這兩方面都沒問題，那麼這個假設我們方可接受，而事件的結論也因而獲得進一步的證實。換句話說，一個健全的假設，不僅要解釋過去，也要能解釋 (或預測) 將來，否則便難望成立。例如：福爾摩斯假設謀殺案是毒殺，後來又發現死者的秘書及其遊伴也是被毒死的，並進一步的發現了毒藥丸，這一連串的新發現，更進一步的證實了他的假設之真確性。相同的，羅福特做成假設後，就必須加以檢驗，另一個科學家戴維 (Humphry Davy 1778-1829) 對此作了貢獻，他檢驗的結果，發現新舊兩說，極端矛盾。他說：『假如熱素論 (原有理論) 為真，則兩塊冰在冰點以下，在真空裏無論怎麼磨擦都不會有融化現象。』另一方面，他也給熱動力說作了實驗，即兩塊冰塊在一起摩擦就會有融化現象，而不管此種摩擦是在什麼溫度 ，或者是在真空或不真空中進行的。這些推論法也指出了進一步實驗的途徑。 (六) 檢驗結論 (Testing the consequence) 由假設所演繹出的結論，可以用各種方法加以檢驗，有些只要觀察即可，有些卻一定要經過實驗來檢驗，像前述的謀殺案，藥丸是否有劇毒，就必須經過實驗來檢驗。福爾摩斯將藥丸拿出一粒，用水和牛奶混合以後給狗吃，誰知狗吃後卻毫無反應，這使他的假設受到了考驗，他深感困擾，左思右想，忽然叫了起來『有了！』他又從藥瓶中拿出一粒藥，拌牛奶給狗吃，那隻狗剛用舌頭舔一舔就不支倒地，這就獲得了證明，於是福爾摩斯的假設遂使人深信不疑了。相同的，戴維使用了第五步驟的推論法，做了更嚴密的實驗，結果證明『熱動力說』為正確，也就否定了原來的理論。後來英國有一位物理學家焦耳 (James Joule 1818-1889) 則更作了一個重要的實驗，使『熱動力說』成為『定量說』而建立了『熱的機械等量說』(quantitative mechanical equivalent of heat)。 (七) 實際應用 (Application) 偵探工作的最後目的就是實用，他不能只解釋事件就算完事，而是要偵破刑案。後者就是理論的實際應用問題。在狗被毒斃後不久，福爾摩斯就用計逮捕到謀殺者 - 馬車伕。相同的，『熱動力論』由於是定量形式，因而更具實用價值。在實用方面，有些理論性的，如『氣體動力論』，就是由此一學說而把機械論與現象論連結起來。『熱動力學』現差不多已成為一門獨立科學，就是此一連合的結果。這個理論最明顯的實際應用是在人工冰凍方面，這也可以說是由此一學說而使工業上獲致的唯一成果。 以上我們是描述偵探工作如同科學研究工作，從觀察資料到檢證假設，都要經過推理過程，而所作出的假設不僅要能詮釋事實而且要能實際應用。 伊文．柯比 Irving Copi 到 第一章 |
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