赤石

专题：哲学视角下的地质学研究（二）

1. 什么是科学假说

根据《中国大百科全书》的定义，“科学假说是根据已有的科学知识和新的科学事实对所研究的问题做出的一种猜测性陈述。它是将认识从已知推向未知，进而变未知为已知的必不可少的思维方式，是科学发展的一种重要形式。”

科学假说具有三个基本特点：（1）是建立在一定实践经验基础上，经过了一定的科学验证上的“合理的解释”；（2）具有相当的推测性，是根据不够完善的科学知识和不够充分的事实材料推想出来的；（3）是科学性与推测性的对立与统一，它既包含着真，又包含着假，是真与假的对立与统一。

与其他学科不同，由于地质学的历史性和证据不完整性，同时需要对其进行因果解释，所以地质学是充满了假说的科学。

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假说并不是完全是负面的，恰恰相反，假说是促进学科进步的最重要动力之一。恩格斯说“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说”。刘东生先生在88岁之际（2006年），在回顾50年来中国第四纪研究所取得的进展时，把研究心得总结成文：“工作假说（Working Hypothesis）是科学创新的基础”，影响甚广。人们所熟知的假说：大陆漂移假说、海底扩张假说、地幔柱假说、盖亚假说、雪球地球假说、隆升-风化假说、板片断离、拆沉假说、地中海盐危机假说等。部分假说得到学者的广泛认同，因而又可以称之为理论，例如板块构造理论。

总之，“地球科学是一门充满假说和猜测，并通过寻找证据和发现，不断走向科学的一门学科（王国强，1999）。”这与数学以及实验科学存在显著的不同。数学是通过严格的演绎从前提中推导出结论，其结论的正确性毋庸置疑。物理学等实验科学关注强普适性的自然规律，并通过实验去证实，其理论正确性也得到广泛认可。地质学则完全不同，它通过地质现象和数据来提出假说，然后通过进一步的观察去验证或者推翻假说。由于地质学无法通过实验进行假说验证，因此在获取的地质数据有限时，多种假说会同时存在，因为它们都能解释有限的数据。以白垩纪末大灭绝为例，在地层铱元素异常发现之前，有十几种关于恐龙灭绝的假说被提出来，既包括火山爆发、陨石撞击这些现今被广泛接受的假说，也包含酸雨、生物碱中毒、繁殖受挫等被废弃的假说。

从某种角度上，地质学是在用有限的数据讲“有趣的故事”。面对这些形形色色的“故事”，我们应该采取何种态度才能识别出相对真实的故事？

2. 什么是多元工作假说

早在130多年前的1890年，美国地质学家Thomas C. Chamberlain（1843-1928，曾任威斯康辛大学校长，美国AAAS主席，学术期刊Journal of Geology创刊人兼首任主编，美国GSA、SEPM最高学术奖获得者）在他的一篇演讲稿中，专门论述了多元工作假说的重要性，此文随后以题“The Method of Multiple Working Hypotheses”（多元工作假说）被期刊Science转发，得到西方学者广为采用，成为自然科学研究的基本方法，影响至今（Elliott and Brook, 2007）。

Thomas C. Chamberlain（1843-1928），图片来自网络 

Chamberlain认为在面对地质证据不足的时候，我们要做的是提出对当前观察到的现象集的每一种合理解释，提出与现象的性质、原因或起源有关的每一种站得住脚的假说，并尽可能公正地赋予所有这些假说以可行的形式和在研究中的应有地位。例如，当我们观察到地层中珊瑚出现时，不要先入为主地认为这就是珊瑚礁，应当认识到这还有可能是异地的珊瑚碎片、原地的珊瑚丘。这便是多元工作假说的核心论点。

但在科学探索中，我们很容易忘记Chamberlain的忠告，把现象归结为单一原因，当这个原因与我们自己提出的假说吻合时会异常兴奋，很容易满足自己的解释而忽略了其他的可能性，从而在结果面前止步不前。Chamberlain把这一现象称为“统治假说”（换种形式可表达为“科学的神话”）。这是因为调查人员对某一理论的喜爱或忠诚可能导致他们只收集支持主导理论的证据，而没有充分考虑其它解释的可能性。对此，Kleinhans et al. (2010)有过十分精辟的论述：Affection may as easily cling about a beloved intellectual child when named a "hypothesis" as if named a "theory" and its establishment in the one guise may become a ruling passion very much as in the other. （当一个心爱的知识分子的孩子被命名为"假说”时，就像被命名为“理论"一样，人们对它的感情可能会很容易地依附在其身上）。

Chamberlain （1890）指出了统治假说方法的缺点，“在统治假说的影响下，展现出来的事实是为了最终的归纳和论证，假设沦为了一种为达成论证的手段”（Under the working hypothesis, the facts are sought for the purpose of ultimate induction and demonstration, the hypothesis being but a means for the more ready...）。某种程度上，这与现今社会的“信息茧房”现象很类似，人们在算法的帮助下只看到自己感兴趣的信息，科学家在“统治假说”下只看到支持自己的证据。

Chamberlain (1890)呼吁，研究者应该成为多假说家族的家长。不偏不倚，公平对待每一个可能的假说，尽可能复原“真实发生的”，避免“先入为主"式断案。如果忠实地遵循它足够长的时间，它就会发展出一种自己的思维模式，这种模式可以被称为"平行思维习惯"或“复合思维习惯”。它有别于语言学科、数学中的线性思维。

多元工作假说被认为是对科学假设建构领域的重要哲学贡献（Elliott and Brook, 2007），影响了自然科学的发展，产生了重大的影响，至今仍然具有指导意义。

3. 黄土成因的多元假说

刘东生先生（2006）以红色土为例，形象地论述了多元工作假说的重要性。关于红色土——位于马兰黄土(风成) 之下和三趾马红黏土之上、厚达百多米的土状堆积物——成因问题，刘先生在回顾这段历史时指出，实际上当时有很多人认为不是风成沉积，提出了种种假说。1950年代初前苏联格拉西莫夫院士对中国黄土高原进行了考察之后提出这套红色土为山前洪积成因的假说。这是对中国黄土成因的一次巨大的冲击，随之为这一研究带来了生气勃勃的无限生机。同时，在前苏联研究过中亚黄土、回国后在黄土高原工作的张宗祜先生也提出黄土的形成受洪积作用影响的假说。西北大学张伯声教授从关中地区的研究出发对中国黄土的成因提出了受水流影响、以逐步盆地填充的方式完成黄土高原的形成的假说。在北方做过许多工作的岩石学家杨杰先生提出黄土是河流的冲积作用而沉积于广阔的河谷的河流沉积的假说。苏联义等则认为西北的黄土与残积作用有关，而提出黄土的风化残积假说。山地冰川工作者对于分布于冰川外围的黄土提出冰川成因的假说。西北大学王永焱先生提出过黄土成因的多成因假说，是一种复杂的、复合成因的沉积物。以刘东生先生为代表的科学家，集众家之长，提出了黄土的新风成学说。

刘东生先生在文中（2006）强调，这些不同的黄土成因的假说，使中国黄土研究盛极一时，呈现“百花齐放、百家争鸣”的局面。而这样一个争鸣的局面一旦形成，因为任何一方研究者要寻找支持自己的证据便促使了更为深入的研究，随之而来的是研究范围与领域的扩大以及实验手段的深入。而在争论的过程中，相互间又吸取了对方论证中的合理的部分，便在众多人的各种“科学工作假说”的洪流中逐渐形成了并建立起黄土的新风成学说。

这个例子既体现了科学研究中要有坚持不懈的韧性，也说明多元科学假说的重要性，可以说正是这一个个“科学工作假说”驱动了新理论的诞生，“科学工作假说”是科学创新的基础。

4 思考与启示

科学研究离不开工作假说，哪怕是不完美的，也需要勇敢地提出自己的工作假说。对于地质学研究而言，面对获得的支零破碎的野外和室内证据，有的还是相互矛盾的，看上去毫无关联的，这就要求研究者具有高度的想象力和联想，提出符合大多数核心证据的、能够自洽的科学假说。

科学研究中充满了“模式驱动”。“假说”被当成了“理论”的现象，有的甚至被奉为“真理”。面对不同的科学假说，不管是自己还是前人提出的种种假说，研究工作者要成为假说的“家长”，而不是假说的“信徒”，更不做某一种假说的“奴隶”。现实工作中要做到这一点还是很不容易的，要从思想上摆脱“假说”的束缚。

面对科学假说，研究者要多运用平行思维，多考虑地质的复杂性，尽可能客观地重视并协调证据之间的矛盾性。运用多元工作假说，可以有效地避免单一假说带来的类似父母对自己孩子偏爱的感情因素。多元假说，加上溯因推理和最佳解释原则（另文论述），才有可能无限“逼近”真相。

愿“多元假说”助力大家取得好的创新成果。

参考文献：

[1] 刘东生. 2006. 科学工作假说(Working Hypothesis)是科学创新的基础. 第四纪研究. 26(5): 673-677.

[2] 王国强，1999. 论地质学中科学假说的作用. 合肥工业大学学报（社会科学版）, 第13卷第4期

[3] Chamberlin, T.C. 1890. The Method of Multiple Working Hypotheses. Science15: 92–96.

[4] Kleinhans, M.G., Buskes, C.J., de Regt, H.W., 2010. Philosophy of earth science. In: Allhoff, F. (ed.), Philosophies of the sciences: a guide. Blackwell Science, Oxford, pp. 213-236.

[5] Elliott LP and Brook, BW, 2007. Revisiting Chamberlin: Multiple Working Hypotheses for the 21st Century. BioScience Vol. 57 No. 7.