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当我在2021年春天写下这番话时，虽然我们的生活仍在遭受新冠肺炎大流行的冲击，但我们也看到世界各地的人看待科学的方式正发生翻天覆地的变化，包括科学对社会的意义和价值、科学研究是如何进行的、科学假设是如何接受检验的、科学家们如何开展研究以及他们如何相互交流进展和成果等等。简而言之，在病毒肆虐、到处笼罩愁云的今天，科学和科学家受到了前所未有的关注。当然，这场与SARS-CoV-2（新型冠状病毒）的竞赛——包括理解病毒的感染与传播机制，并寻找战胜它的方法——凸显了一个事实：离开科学，人类无法生存。
尽管总有一些人害怕科学，对科学怀有猜忌之心，但我看到世界上绝大多数人对科学及 科学方法 （scientific method）表现出了感激与信任。因为越来越多的人意识到，人类的命运并没有掌握在从政者、经济学家或宗教领袖的手中，真正的主宰者是我们通过科学所获得的关于世界的知识。同样，科学家们也开始意识到，不能仅仅满足于保留自己的研究发现，还必须尽可能真诚、透明地向全世界公众解释科学家们是怎样工作的、在探求什么问题、取得了什么成果以及新获得的知识如何能得到最有效的利用。今天，在非常现实的层面上，我们所有人的生活都取决于世界各地成千上万病毒学家、遗传学家、免疫学家、流行病学家、数学模型学家、行为心理学家和公共卫生科学家，他们正在共同努力战胜一种致命的微生物。但是，科学事业的成功也要依赖公众意愿，需要公众——无论在集体层面还是个人层面上——充分利用科学家所提供的知识，为自己、为所爱的人以及为所生活的社会做出明智决策。
科学持续取得的成功——无论是为了应对21世纪人类面临的重大挑战，如流行病、气候变化、消除疾病和贫困，还是为了发明奇妙的技术，如火星探测器、脑机接口、人工智能，或者仅仅是为了更多地了解我们自己以及我们在宇宙中的位置——都有赖于科学家和大众之间公开、真诚的合作关系。不过，这只有在政客们放弃当前盛行的孤立主义和民族主义思维的前提下才能实现。疫情不分国界、文化、种族、宗教。作为一个物种，我们面临的其他重大问题也同样不分国界、文化、种族、宗教。因此，就像科学研究本身一样，解决这些问题也必须要求全民集体协作。
与此同时，地球上近80亿人类居民时常在日常生活中那令人困惑的信息浓雾里磕磕绊绊前行，他们也需要“导航仪”为自己指点迷津，做出决策并采取行动。那么，我们怎样才能退后一步，更客观地看待这个世界和我们自己呢？我们怎样才能理清所有复杂问题，为我们自己和彼此做得更好？
事实上，复杂性不是什么新鲜事，错误信息和困惑也不是什么新鲜事，我们的知识体系存在巨大空白更不是什么新鲜事，我们面对的世界就是这么令人生畏、费解而又势不可当，这些对我们来说都不应该是新鲜事。科学的建立恰恰与此有关，我们在试图理解混乱而复杂的世界时会遇到许多困难，人类提出科学方法正是为了应对这一问题，我们每一个人——无论是科学家还是大众——都会陷入充满信息的世界，它不断提醒我们承认自己的无知。我们能做些什么呢？我们为什么要为此做些什么呢？
在这本书中，我归纳整理了一份简短的通用思维指南，可以帮助你更科学地思考和生活。在继续阅读之前，你可能需要花点时间问问自己：我是否想要了解真实的世界？我是否希望基于对世界的了解而做出决定？我是否期待用掌控感和兴奋感来缓解对未知的恐惧？如果你对上述问题都想回答“是”，或者你还不确定自己的答案是什么，那么也许这本书可以帮助你。
作为一名从事科研工作的科学家，我不会自夸要传授什么艰深玄奥的智慧，我当然希望这本书的语气中没有任何优越感或倨傲的态度，我的目标只是解释科学思考如何能让你评判并把握世界抛给你的各种复杂、矛盾的信息。这本书不包含道德哲学的教导，也没有能帮你更快乐或更有控制力的生活技巧与自愈技术。我要说的是科学的核心是什么以及实践它的方式：一种几个世纪以来在人类对世界的探索中经过反复考验的可靠方法。然而它之所以对我们如此有益，更深层的原因是它可以武装我们的头脑，让你我这样的人可以理解人类知识的复杂性，让我们遇到未知事物时更自信、更富有洞察力。长久以来，人类从科学研究的思维方式中广为受益，所以我认为这种思维方式值得与大家分享。
在我阐述为什么我们都应该更科学地思考之前，我需要谈谈科学家们到底是如何思考的。同其他人一样，科学家们也生活在现实世界中，我们每个人在日常生活中遇到未知事物和做出决策时，都可以遵循所有科学家共同具备的思维方式，这本书的主题正是与大家分享这些思维方式。事实上，科学思维方式应该人人都能掌握，可人们似乎认识不到这一点。
首先，不同于许多人所想象的，科学不是关于世界的事实的集合——那应该算“知识”。准确地说，科学是一种思考和理解世界的方法，这种方法可以带来新知识。当然，获得知识和洞见的途径有很多，比如通过艺术、诗歌、文学、宗教文本、哲学和辩论获得，通过沉思和冥想获得。然而，如果你想知道世界到底是怎样的——像我这样的物理学家有时称之为“现实的真实本质”——那么科学就有很大的优势，因为它依赖于“科学方法”。
当我们谈到“科学方法”时，似乎在说开展科学研究有固定的模式，这种想法是错的。宇宙学家提出解释天文现象的奇妙理论；药学家利用随机对照试验（randomised control trial）来测试一种新药或新疫苗的疗效；化学家在试管中混合化合物，观察它们有何反应；气候学家创建复杂的计算机模型来模拟大气、海洋、陆地、生物圈和太阳的相互作用及运行模式；爱因斯坦通过解代数方程和深刻思考，推算出时间和空间可以在引力场中弯曲。可以说上述所有这些科学活动都有一个共同的主题贯穿其中，都涉及对世界某些方面的好奇心——如空间和时间的本质、物质的性质、人体的奥秘——以及对更多知识、更深刻见解的渴望。
但这是不是太笼统了？确实，历史学家也很好奇，他们也会为了检验一个假设或揭示一些关于历史的未知之谜而寻找证据。那么我们应该把历史看作一门科学吗？还有那些声称地球是平的的阴谋论（conspiracy theory）支持者，难道他们不也是像科学家一样好奇，而且像科学家一样热衷于寻找支持某一主张的理性证据吗？为什么我们会说它们不“科学”呢？答案是，不同于科学家，甚至也不同于历史学家，“地平说”阴谋论者并不准备否认他们原本支持的观点——即便将无可辩驳的证据摆在他们面前，比如NASA（美国国家航空航天局）从外太空拍摄的地球图像。显然，仅仅对世界感到好奇并不意味着一个人在进行科学思考。
科学方法有许多区别于其他意识形态的特性，如可证伪性（falsifiability）、可重复性（repeatability）、强调不确定性以及承认错误的价值等等，我们将在本书中逐一讨论这些问题。但是现在让我们先简单地看一下科学方法与其他不那么“科学”的思维方式所共有的几个特征，以便表明，从这些特征中单独拿出任何一个都不足以作为科学标准的充分条件。
在科学研究领域，人们会反复地检验和质疑一个假说，即使这个假说已经具备了压倒性的支持证据。这是因为科学理论必须是可证伪的，也就是说，科学理论必须能够被证明是错误的
。要理解这一点，我们可以看一个经典例子。我提出一个科学理论：所有的天鹅都是白色的。这个理论是可证伪的，因为你可以通过找到不同颜色的天鹅来证明它是错的。如果你发现了与我最初理论相矛盾的证据，那么这个理论要么被修正，要么被抛弃。而阴谋论之所以不能算科学，是因为再多相反证据也无法扭转阴谋论支持者的想法。事实上，一个彻头彻尾的阴谋论者能够把任何证据都视为支持自己观点的证据。科学家则采取截然不同的做法，我们会根据新数据改变想法，我们接受的专业训练教导我们要避免绝对正确性，不要成为那种坚持世上只有白天鹅存在的狂热者。
科学理论也需要通过实证证据的检验。也就是说，我们应该能够使用科学理论做出预测，然后看看这些预测是否可以在实验或实际观察中得到证实。不过同理，光凭这一点不够，毕竟星象图也能做出预测，如果预言成真，能让占星术成为一门真正的科学吗？
让我给你讲讲运动速度比光速还快的中微子的故事。根据爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论，宇宙中没有任何物体的速度能超过光速，物理学家现在非常确信这是真的，他们普遍认为，如果测量结果显示某物质的运动速度超过了光速，那么一定是测量本身存在错误。2011年发生在物理学领域的一个新闻事件恰好复演了这一过程，在一项针对中微子这种亚原子粒子的实验中，研究团队称他们测量发现中微子的运动速度已超越光速。大多数物理学家不相信这个结果，这是因为他们过于教条、思想保守吗？外行人可能会这么认为。考虑另一种情况，占星家声称你的星象在周二进入福点，你会迎来好运，而当天这一预言成真，老板宣布给你升职加薪。在第一种情况下，理论假设与实验数据相矛盾；在第二种情况下，基于理论假设做出的预测被证实了。那么，我们怎么能说相对论是一个正当的科学理论，而占星术不是呢？
后来的事实证明，物理学家的选择是正确的，他们确实不应该如此轻易地放弃相对论，因为进行中微子实验的团队很快就发现，计时装置上的光纤电缆连接不正确，修复这个故障后就不会再出现中微子的速度快过光速的结果了。事实上，如果这个实验的初始结论是正确的，也就是中微子的速度真的比光速快，那么其他成千上万证明相反结论的实验只能是错的。对于出人意料的实验结果，我们有合理的解释，而相对论始终站得住脚。我们相信相对论，并不是因为它经受住了一个实验结果（最终发现是错的）的挑战，而是因为许多其他实验结果已经证实了这一理论的正确性。换句话说，这个理论是可证伪的，是可检验的，但它又经受住了考验，它仍然很强大，与我们所知道的关于宇宙的很多真相相符合。
相比之下，占星术预测准了，完全是凭运气，无法用物理机制解释。例如，占星术发明以来，地轴已发生过移动，你可能并不出生在你以为的那个星象之下。更重要的是，现代天文学对恒星和行星真实特征的认知从根本上让所有占星术理论都失去了意义。按照科学的理解，太阳以外的恒星距离我们都很遥远，它们的光要经过几年、几十年甚至几万年才达到地球，而它们对地球产生的引力也非常微弱。如果占星术是正确的，如果恒星会影响我们纷乱繁杂的日常事务，那么这意味着所有的物理学和天文学知识都不得不被丢弃，我们要用非理性、超自然的理论取代现有的一直很好用的科学理论，而我们现代社会的所有技术都建立在这些科学理论的基础之上。
另一个人们经常听到科学方法的特征是，科学具有自我纠错机制。但是，由于科学只是一种程序，是人类了解并探测世界的途径，因此认为科学本身具有某种能动性的想法是不对的。科学自我纠错的真正含义是科学家们会互相纠错。科学事业终究是要靠人来开展的，我们都知道是人就会犯错，而现实世界又充满了各种复杂性与迷惑性。因此，我们会测试彼此的想法和理论，我们会质疑，会争论，我们会解释彼此的研究数据；我们会倾听，会修正，会改进——有时如果其他科学家（或者我们自己）发现我们的一个想法、一个假设或一个实验结果有缺陷，我们可能完全放弃它。至关重要的是，我们认为这是一种优势，而不是劣势，因为我们不介意被证明是错误的。当然，我们希望自己的理论或对数据的解释是正确的，但当有强有力的相反证据出现时，我们不会固守原来的观点。如果我们错了，我们就错了，我们不能逃避，也不会尝试逃避。这就是为什么我们在宣布自己的想法之前，会尽最大努力让它们经受我们能想到的最严苛的评判和检验，即使这样，我们也会“公开透明地展示研究内容”，并量化研究结论的不确定程度。毕竟，即使我们到处寻找黑天鹅却找不到，也不意味着黑天鹅真的不存在，它可能在世界上某个我们还未踏足的角落。
当谈论所谓的科学或非科学时，我并不是说存在一系列严格的评判标准，就像有一张表，当我们在这张表的每个框里都打上钩时，才算符合科学的要求。因为在科学研究领域，我们能找到大量例子，它们不满足科学方法的一个甚至多个标准，但它们确是科学理论。眼下我就能想到几个我所在的物理学领域的例子。比如超弦理论，这种理论认为宇宙的基本单元不是粒子，弦在空间中运动才产生了各种粒子，所有物质都是由振动的弦组成的——难道由于我们（还）不知道如何检验它，无法为它赋予可证伪性，所以它就不是科学？再比如大爆炸宇宙论和宇宙膨胀理论，难道因为它们不可重复，所以就不是科学？科学事业的范围过于广博以至于它很难被整齐地密封打包，同时我们也不应该把科学密封打包，将之与历史、艺术、政治或宗教等其他事业截然分隔开。这本书不是要明确科学方法与其他方法的区别，也不是要揭露科学方法的局限和瑕疵。相反，我的目标是提炼出科学方法中最精华的部分，并讨论如何将之应用到我们日常生活中，产生实际效益。
当然，在现实世界中，科学研究有许多可以改进的地方，例如，如果主流科学是由白人所主导的，其正当性也主要是由西方世界的白人所决定的，那是否意味着它会被某些有意或无意的偏见玷污？如果没有分歧和不同观点，所有的科学家都以相似的方式观察、提问、思考和解释，那么科学家这个群体就很难像他们所主张或希望的那样坚持客观性。解决方案是，科学实践应该在性别、种族、社会和文化背景等各个方面保护与吸纳多样性。科学之所以能产生巨大价值，是因为这项事业是由那些对自然世界充满好奇心的人推进的，他们会从尽可能多的不同层面和视角来检验自己与他人的观点。如果不同群体共同参与科学研究，当特定研究领域内所有参与者就某些知识达成了共识时，我们会更信任这些结论的客观性和真实性。科学的民主化可以防止科学“教条”带来的伤害，教条会导致某个学科领域的所有科学家接受一套共同的理论假设，认为它们是绝对真理，不再提出怀疑，以至于反对的声音也会被压制或排斥。教条和共识有时容易被混淆，但二者之间有一个重要区别。那些确立已久的科学观念经受了各种类型的质疑和检验后依然屹立不倒，它们有资格成为科学团体所普遍接受和信任的理论，当然不可否认，早晚有一天它们会被改进或取代。
社会学家认为，要真正理解科学是如何运作的，我们需要将其嵌入更广泛的人类活动背景中，包括文化背景、历史背景、经济背景和政治背景等等。当像我这样的人从科学从业者的角度简单讨论“我们如何开展科学研究”时，他们也会说，太天真了，科学比这复杂得多。他们还会坚持认为，科学不是一种价值中立的活动，因为所有的科学家都有动机、偏见、意识形态立场和既得利益，就像其他人一样，科学家也会努力获得晋升、提高声誉、巩固自己经多年时间发展出的理论。即使研究人员本身没有偏见，他们背后的资助人和资助机构也会有偏见或私人动机。我觉得这样的评价有些过度揣度他人之心了。虽然那些从事科学研究的人几乎不可避免地有自己的价值观和立场，但他们的科学知识应该是没有价值立场的。这有赖于科学方法的工作模式，如自我纠错、以证据为基础、接受反复检验以及重视可再现性等，前文已提到过这些内容，接下来还会详细讨论。
从我的立场出发，我当然会这么说，对吧？毕竟，我想让你们相信我是客观中立的。然而事实是，无论我多么努力，多么自我标榜，我都不可能做到完全客观，也不可能没有自己的价值立场。但我所研究的领域——相对论、量子力学或恒星内部的核反应——都是对外部世界的中性描述，遗传学、天文学、免疫学和地质学也是如此。我们所获得的关于自然世界的科学知识不会因为探索者身份的变化而发生变化——假设他们说的是不同的语言，或者他们有着不同的政治、宗教或文化背景，那些他们提出的科学结论应该依然同现在一样，当然前提是他们诚实正直并坚守科学原则。不过另一方面，科学研究主题的优先次序——科学家会提出、强调并着重解决哪些问题——则取决于在特定历史时期与特定地区人们最关心的事情，或者取决于有权决定哪些事情值得重视的人，这些因素就可能会受到文化、政治、哲学或经济的影响。例如，在一个较贫穷的国家，理论物理比实验物理更有可能得到资助，因为笔记本电脑和黑板要比激光扫描仪和粒子加速器便宜得多。另外，哪些问题受到重视以及哪类研究更容易得到资助同样也会受到偏见的影响，因此，我们的领导和权力阶层越是能容纳多样性，就越是能保护科学事业的前途不被偏见干扰。所有这一切都说明，我们对世界本质的认识——通过良好科学研究而获得的知识——不应取决于谁开展了这项科学研究。在针对某个主题的研究中，一位来自知名机构的科学家获得的结果可能会与另一位来自非知名机构的科学家有所不同，但他们当中没有谁有资格声称自己的结果在准确性方面天生更具优势。基于科学的特征及证据的积累，真相终会水落石出。
许多人会对科学家的动机持怀疑态度，他们认为，科学作为一种方法，其主导者是人，因此科学永远不可能价值中立。正如我们所讨论的，在某种程度上他们是正确的。无论科学家们如何认为自己对知识和真理的追求是客观和纯粹的，都必须承认，希望所有科学都价值中立的想法是不切实际的。首先，科学承载着外在价值，例如关于我们应该研究什么以及不应该研究什么的科学伦理原则，同时还有与公众利益相关的社会价值，在决定哪些科学研究能够顺利开展以及能获得资助时，这些外在价值会发挥重要作用——当然，偏见可能在其中发挥负面影响，所以我们必须警惕并努力消除偏见。其次，科学承载着内在价值，如诚实、正直和客观，这是从事研究的科学家所应秉持的价值坚守。当然在涉及科学研究的外在价值时，科学家也享有发言权，因为他们要对自己的研究结果负责，他们有义务谨慎考虑研究的后续问题，包括研究结果如何应用、研究结果可能导向哪些政策以及公众对研究结果的反应等等。遗憾的是，科学家们在讨论科学的价值中立问题时常常把不同价值混为一谈，探求纯粹知识时（比如天体运行规律）应追求价值中立，但环境科学或公共卫生等领域的研究则难免要承载价值立场，二者不是一回事 [1] 。
现在假设我们都同意，现实世界中的科学并非完全价值中立，而通过良好科学方法获得的科学知识是价值中立的，接下来让我们继续探讨公众对科学的其他看法，包括合理的和不合理的。
科学进步无疑使我们的生活更加轻松舒适。依靠通过科学揭示的知识，我们已经能够治疗恶性疾病，发明智能手机，并向外太阳系发送太空探测任务。但这种成功有时会产生负面影响，给人们以虚假的幻想和不切实际的期望。许多人会被科学的成功蒙蔽，因而他们会相信一些听起来很“科学”的报告或营销宣传——无论那些说辞多么夸张，那些产品看起来多么虚假。这不是他们的错，因为区分真正的科学证据和基于伪科学概念编造的误导信息并不总是那么简单。
大多数人往往不太关心科学研究过程本身，而更关心科学可以达成什么成就，这是可以理解的。例如，当科学家声称研制了一种新疫苗时，公众想知道它是否安全有效，他们要么相信研究疫苗的科学家知道自己在做什么，要么会对科学家或他们资助者的动机产生怀疑。很有可能，只有该领域的其他科学家才会深入分析这项研究是否在声誉良好的实验室进行，疫苗是否通过了严格的随机临床对照试验，研究报告是否发表在知名学术期刊上以及是否通过了恰当的同行评审，他们还想知道研究结论是否具有可重复性。
当科学家意见相左时，或者当他们对结果表示不确定时，公众需要决定相信谁或相信什么，这也会造成困扰。虽然在科学研究领域这些现象都是完全正常的，但公众却会怀疑：如果科学家自己都对结论不确定，他们又怎么能相信科学家说的话？如何让公众恰当地理解不确定性和意见不统一的重要意义，是我们今天面向公众展示科学研究成果时面临的主要问题之一。
如果这些建议——尤其是关于公共卫生问题的建议——不仅相互冲突，而且还存在科学界以外的其他源头，如新闻、从政者、在线帖子或社交媒体，公众可能会更加困惑。在现实世界中，科学发现要经过层层过滤才能到达公众面前：实验室或大学的宣传人员必须从一篇复杂的科学论文中提炼出简单信息，记者们要寻找抢眼的标题并可能重新编撰科学新闻内容，网友在网上传播信息时大概率会对内容进行再次加工。这些内容没准就涉及新冠肺炎大流行期间应该采取的预防措施、电子烟的风险或使用牙线的优势等等。随着原始信息的改造、发展、传播，人们对它的看法也会变化，最终我们大多数人只会相信我们愿意相信的内容。许多人不会做出谨慎的、基于证据的评判，他们会把那些符合他们偏见或先入为主观念的信息视为真理，而忽略他们不想听的信息。
在我继续分析之前，我还应该就科学家为政府提供的决策建议再强调几点。虽然科学家们可以提供他们所拥有的所有证据，包括通过实验室实验或计算机模拟获得的研究结果、临床试验数据、各类统计图表，以及从这些结果得出的结论，但最终如何处理这些科学建议取决于从政者。科学家会基于自己的专业领域及专业特长提出建议，因此流行病学家、行为学家和经济学家可能对同一问题做出不同视角的告诫，如在抗击新冠病毒时采取何种措施对民众最有利，而接下来从政者们则需要权衡不同（有时甚至完全矛盾）做法的成本和收益。例如，流行病学家会评估晚一周采取封控措施会导致多少额外的感染和死亡人数，经济学家则可能计算出将封控期缩短一周可以使GDP（国内生产总值）少损失多少，而这相当于挽救了更多的生命。两位专家的结论都以模型预测为基础，考虑到纳入了完备的数据和模型参数，模型预测可能非常准确，但他们的预测结论却不同。决策者和从政者的职责就是选择他们认为最好的行动方案，而公众也需要做出选择。一个群体中有越多的人能够以公开透明的方式接触这些结论，并愿意通过主动学习来理解这些结论的意义，他们就越有能力做出可靠选择。这既是社会决策民主化的一种体现，也能让民众切实受益。
科学与政治不同，它只是一种人类认识世界的方法和途径，不涉及意识形态或信仰体系。我们知道，从政者们不会仅仅依据科学证据来制定政策。因此，即便有了明确直接的科学结论，当牵扯到复杂的人类行为和社会互动时，决策从来都不可能保持价值中立。而且我必须（有些不情愿地）承认，政治决策也不应该保持价值中立。
与大多数人一样，从政者也总是对那些与他们的偏见或意识形态一致的科学结论更感兴趣。他们会挑选符合他们目的的结论，这些结论往往受到公众舆论的影响，而公众舆论其实又会受媒体、官方发言或科学家自己对科学结论的解释的引导。科学、社会和政治之间会形成复杂的反馈循环。为了防止你们认为我对从政者太过于挑剔，我首先要承认，科学家不是选举产生的，科学家的职责不是决定实施什么政策。我们所能做的是尽可能清晰地向从政者和大众传递科学信息，并基于目前最可靠的科学证据提供指导意见。我们可能对某个问题有强烈的个人态度，但这不应该影响我们给出的建议。在一个民主国家，无论我们是否支持某个政府，最终做出政治决策并对这些决策负责的是民选的从政者，而不是科学家。但毫无疑问，如果我们有更多受过科学训练的从政者，以及有更多具备科学素养的民众，整个社会将受益无穷。
幸好，这本书并不准备谈论科学、政治和公众舆论之间的复杂关系，而是要探讨我们如何将科学方法中的那些“最佳特征”引入日常生活中，帮助我们形成决策和判断。对世界的好奇心、敢于质疑、注重观察和检验、合理推测、重视证据而不是观点、坦然接受不符合我们先入之见的想法——科学方法就是这些特征的组合。
接下来的内容可以概括为一份让我们更理性思考与选择的行动指南，每一课都是基于科学方法的某些特征而提炼出的建议。你会发现，用更科学的方式来理解这个世界，可以引领我们走向更好的未来。
[1] 关于这一问题的精彩描述，可参阅希瑟·道格拉斯（Heather Douglas）的著作《科学、政策和价值中立的理想》（ Science, Policy, and the Value-Free Ideal ）。