下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
在科学中，实验者的回归(experimenter's regress)指的是理论和证据之间的一个依赖循环。为了判断证据是否错误，我们必须依靠基于理论的预期，而判断竞争理论的价值，我们依赖证据。认知偏差影响实验，实验决定哪种理论对“实验者的回归论题”的最早表述参见柯林斯1985年出版的著作《改变秩序》，在该书中，柯林斯写道：
正确的结果所依赖的是，在检测通量时是否有引力波冲击地球。为了搞清楚这一点，我们必须建造一台好的引力波探测器，然后进行观测。但是，在我们为此而努力并获得正确结果之前，我们并不知道我们所建造的探测器好不好！我们也不知道什么才是正确的结果，直到……（这是没有尽头的）为止。
或者说，“设备及其元件的正常运行和实验者的正确工作方式，是通过参与产生正确实验结果的能力来定义的。其他指标则找不到”。
也就是说，在柯林斯看来，首先，在理论上是没有一个所谓的理性的判断标准可以用来对实验进行判断；其次，从实验的实践过程来看，柯林斯认为所谓的“校准”并不能为实验的判定提供一条可靠的标准。“校准是用一个替代信号使一台仪器标准化。校准的运用依赖于这样的假设：替代信号与用仪器测量（探测）的未知信号之间的结果几乎具有同一性。通常，这个假设太微不足道了，以至于引不起人们的注意。在有争议的案例中，用校准来决定能胜任的仪器的相对敏感度，这种假设可能会引起疑问，只有在这种假设没有受到严重质疑的条件下校准才能被完成。事实上，在正在讨论的科学状况情形中，质疑只是通过所谓的似真性强加的。”
柯林斯强调，实验者的回归是通过科学共同体内部的协商打破的，并不涉及所谓的认识论标准或理性判断。
他还把批评者们团结一心将韦伯“挤出”科学共同体的核心层、终结争论的过程概括为三个步骤：“步骤一是当观点还在萌芽时期就在社会范围内将其搁置起来；韦伯试图通过修正他的数据破茧而出，特别是针对恒星时的峰值重合度和用延时直方图来呈现结果。步骤二是直接打压……我们会看到新鲜的观点遭到各方的打压。步骤也是最可怕的一步，就是更严重的忽略你的观点：……我们会看到韦伯的遭遇就是这样的。到了1975年年末，韦伯的观点就那样冰冷的、无生气的、透明的存在着，连‘你叫都没人听见’。” [1]
柯林斯的这种典型的建构主义观点，对传统的科学观无疑是一种颠覆。特别是，在柯林斯的笔下，他把科学比喻成“勾勒姆”（Golem）——一个用泥土做的怪物，它拥有无比强大的力量，却听命于人。勾勒姆总是笨笨的，容易出错，所以是很危险的。在主流的科学实在论看来，这完全是对科学的妖魔化，是传统的实在论者所不能接受的。于是，以美国科学史学家阿伦·富兰克林（Allan Franklin）为代表的实在论者认为，既然建构论对传统科学观的批判是以科学实践为基础的，那么，他们便要从科学实践入手，对建构论的所谓强调“知识不是实在的，而是社会建构的”观点进行反思及驳斥，同时为“科学是一种基于证据的理性实在”的观点进行辩护。在具体做法上，富兰克林对柯林斯的标志性论点，即复制科学实验理论的关键环节——实验者回归论题进行了二次考察。两者的争论主要集中在以下几个方面：
柯林斯采用的是一种社会学的访谈方法，特别是他对探测引力波实验的调查基本上是来自他对当事科学家的访谈。访谈的好处在于，它能向人们展示许多科学中不为人知的一面。但富兰克林指出，在柯林斯的描述中，这些被采访的科学家都没有名字，只是用字母来表示，这为访谈内容作为论证证据的可信度打上了一个问号。如在柯林斯1972年的采访中，他调查了来自不同实验小组的三位科学家对四种实验结果的不同看法：
实验W
科学家a：……这是为什么尽管W的问题非常复杂，也有特定属性的原因所在，所以如果他们看到了某种现象，它会更加可信……他们实际上已经把某种想法落实到其中……
科学家b：他们希望获得非常高的灵敏度。但坦白地说，我不能信任他们。在这个实验中，还有比残忍的力量更加微妙的方面……
科学家c：我认为，……W实验小组……一定是疯了。
实验X
科学家i：……他生活在小地方……[但是]……我看了一下他的数据，他也确实有某些令人感兴趣的数据。
科学家ii：我对他的实验能力没有什么印象，所以我更怀疑他所做的实验。
科学家iii：那个实验纯粹是胡说八道！
实验Y
科学家1：Y的结果似乎确实给人留下了深刻的印象。很有条理，看起来也相当有权威性……
科学家2：我估计，他的仪器的敏感度很高，我和他是好朋友……是……[微弱的]……他只是没有遇到（探测引力波的）好机会。
科学家3：如果你照着Y那样做，只是把你的数据提供给某些……女孩子，并要求她们进行计算，唉，你将一无所获，你不知道，那些女孩子当时是不是正在与她们的那朋友谈话。
实验Z
科学家i：Z的是实验是相当令人感兴趣的，而且不应该被排除，恰好是因为……该小组无法重复这个实验。
科学家ii：我对Z的事情没什么印象。
科学家iii：那儿还有Z，现在，Z的问题完全是一个骗局。
在富兰克林看来，不能把访谈的内容作为代表科学家不同观点论据的另一原因在于“采访实际上并不能代表科学家对某个结果所引发的问题的思考，这些思考包含在已发表的记录中”。 [2] 也就是说，尽管通过访谈的形式能够披露出比文本更多的实验细节，但是在访谈中访谈的对象对待自己所发表的观点的态度可能并不是很严谨，因为他们不需要署名，所以他们往往会带有个人偏见的色彩或者会将还不成熟的观点拿来说。并且，从柯林斯的采访来看，不同科学家对待实验证据的权重是有差异的，这也就使访谈内容作为论证证据的可信度大打折扣。而另一方面，事实上在科学家所出版的文本中已经涵盖了他们在接受采访时所发表的观点，但出版物的发表需要反复斟酌。因此，相较于访谈内容而言，富兰克林认为文本作为证据而言更客观、可信度更高。因此，他强调“柯林斯的陈述也没有证明这个决定是基于这些论据的综合证据分量之外的任何东西”。 [3]
在1994年的论文《如何避免实验者的回归》（ How to Avoid the Experimenters'Regress ）一文中，富兰克林强调科学并不是不可错，但是柯林斯对科学证据及其在科学中所发挥作用的理解有问题，导致他对作为知识的科学的理解也有问题。 [4]
柯林斯的论点可以简单地概括如下：对一个正确的实验结果或是好的实验装置缺乏有效的判定标准。这触发了实验者的回归，因为正确的实验结果依赖于好的实验装置，而判断实验装置是不是合格的标准恰恰是合理的实验结果。这样看来，实验证据的有效性是值得怀疑的，并且实验证据不能为科学知识的合理性进行辩护。从表面上来看，柯林斯的推理是合理的。但实验者回归论题的关键问题是实验证据如何得出？对此，一方面，富兰克林承认探测引力波实验的特殊性——由于探测引力波实验的复杂性，导致对实验证据的判断存在很大的不确定性；另一方面，富兰克林也强调，即使是对探测引力波实验而言，获得可靠的实验证据，也并非不可能。为此，他回顾了探测引力波实验中关于韦伯及其反对者之间的争论，即对探测引力波实验的分析进行重新“校准”。他是从校准韦伯的分析程序开始的。
首先，从得到的实验结果来说，在所有探测引力波实验室当中，只有韦伯一人说他测到了引力波，其余六个实验室得到的都是否定的实验结果。1974年6月23日至28日在特拉维夫大学举办的第七届广义相对论和引力国际会议（the Seventh International Conference on General Relativity and Gravitaiton，GR7）上，在关于引力波小组的讨论中，泰森发言说：“关于韦伯实验，我想说的是，有一个很突出的问题：‘在最后十分之一秒，能量是增加的还是减少的？’——所有这些实验，我自己的、韦伯的和卡夫卡的都在其中——在给定的相同的算法的情况下，对给定的脉冲的响应应该也是相似的。但似乎只有你的探测器的敏感度是够的，而不是我们的探测器。” [5] 德雷弗也报告说，他曾研究过他的仪器在任意波形和脉冲长度下的灵敏度。虽然他发现长脉冲的灵敏度降低了，他也确实分析了他的数据，努力地寻找这种脉冲，但是他没有发现任何效果，他没有找到使用短脉冲（线性）分析重力波的证据（如图3.1、图3.2所示）。他说：“也许我只是对这种情况发表个人看法，因为听约瑟夫·韦伯的实验得到了积极的结果，另外三个实验得到了消极的结果，还有其他一些实验也得到了消极的结果，这一切意味着什么？现在，从表面上看，显然存在着很大的差异，但我认为值得努力尝试，看看是否有任何方法可以将所有这些明显不一致的结果组合在一起。我仔细考虑过这个问题，我的结论是，在这些与乔的实验有关的实验中，总有一个漏洞。从一个实验到下一个实验，这是一个不同的漏洞。以我们自己的实验为例，它们对长脉冲不是很敏感。”
图3.1 德雷弗搜索长脉冲获得的数据没有看到零延迟峰值
图3.2 德雷弗的时间延迟图在零延迟时没有看到峰值
其次，从研究方法来看，只有韦伯一个人采用的是非线性的算法，其他6个实验室采用的都是线性的算法，并且当这六个实验室采用韦伯的非线性算法重新实验，依然没测到引力波。韦伯偏爱的非线性或能量算法只对信号幅度的变化敏感，而线性算法则对信号的幅度和相位的变化都很敏感。韦伯之所以对非线性算法情有独钟，是因为它会导致激增（proliferation），会使得每次探测器捕捉到的脉冲都会超出阈值，便于观察：“我们认为，这种级联（cascading）可能会导致关于某种能量算法（6）[非线性]比（7）[线性]获得更多的两个检测器的重合信号。” [6] 但韦伯也承认，线性算法在检测校准脉冲方面更有效。他说：“对于将正常模式的能量从零增加到kT的脉冲，算法（7）[线性]比算法（6）[非线性]给出的响应脉冲数量更大，超过阈值。也许这就是算法（7）被许多小组所青睐的原因。” [7] 在那次会议上，卡夫卡和泰森都报告了线性算法检测校准脉冲优越性的结果（如图3.3、图3.4所示）。对比可见，采用线性算法能够给看到一个明显的峰值，而非线性算法则没有。
图3.3 使用线性算法的罗切斯特—贝尔实验室的校准脉冲图
图3.4 使用非线性算法的罗切斯特—贝尔实验室的时间延迟图
但韦伯仍坚持采用非线性算法，原因是韦伯强调采用这种方法探测到的信号更重要。在图3.5中，上半部分图形采用的是非线性算法，而下半部分图形采用的则是线性算法。对比可见，只有非线性算法才能看到零延迟峰值。对于这样的做法，富兰克林批评道：“事实上，韦伯是在用肯定的结果来决定哪一个是更好的分析程序。如果说有人在‘倒退’，那就是韦伯。” [8]
图3.5 1973年12月15—25日，马里兰与阿贡实验室合作期间韦伯获得的时间延迟数据
后来，韦伯对其实验进行了校准，又引发了第二轮针对他的批评：批评者分别使用两种算法分析了他们的数据，如果说是线性算法屏蔽了信号的话，改用非线性算法后，依然没有测到信号。图3.6是泰森改用非线性算法后探测的数据，图中依然没有出现明显的校准峰值或零延迟峰值。
图3.6 泰森改用非线性算法后探测的数据
这组数据和泰森之前采用线性算法得到的数据非常相似，由此可以判定采用线性算法或非线性算法之间没有信号差异。关于这一点，韦伯解释说造成这种情况的原因是线性算法更适合于检测短脉冲，但引力波信号比大多数人所认为的要长。因此，他相信在探测引力波这种长脉冲时，非线性算法依然是优于线性算法的。但批评者们回应说即使引力波信号真的是长信号，那么，在他们改用非线性算法探测时应该也能测到，没有理由只有韦伯测到而其他人测不到。如泰森评论说：“我只想说所有韦伯型实验都有一个问题：‘能量在最后的十分之一秒是增加的还是减少的？’——所有这些实验，包括做的、韦伯的和卡夫卡的——在给定的相同算法的情况下，对脉冲的形状的记录是相似的。我想必然是只有你的（韦伯）探测器才敏感，我们的都不行。” [9]
综上所述，对比韦伯实验和批评者们的实验数据可以看出，虽然韦伯最早报告了探测引力波的实验结果，但是除韦伯之外的其余6个实验团队均没有获得与引力波有关的实验证据。批评者们的数据不但多，而且经过了严密的交叉检验。此外，他们除了互换了数据还调换了实验算法，但都没有得出韦伯宣称的实验结果。反之，对比韦伯实验，在实验数据中存在一个明显的虚假重合，即四小时偏差。对比之下，不难发现韦伯的批评者们的实验证据较之韦伯的证据更可信。因此，富兰克林针对柯林斯对韦伯实验的描述反驳说：“我认为柯林斯严重夸大了负面结果的可处理性，低估了与韦伯结果相反的证据的分量。事实上，韦伯的批评者可能对某些论据的分量存在分歧，但这并不意味着他们不认为韦伯是错误的。……我相信这些图片对驳斥韦伯结果而言，是一个压倒性的证据，基于认识论的标准，最后的决定尽管不太合规，但是是合理的。” [10]
再次，富兰克林重新审视了嘉文在整个针对韦伯的争论中所扮演的角色。显然，嘉文在“反韦伯”的运动中扮演着“推波助澜”的角色。在柯林斯的《七种性别之子》（Son of Seven Sexes）一文中，他把嘉文描述成一个“非常有权势又非常危险的人”。他强调在披露韦伯的计算机错误时，第一个发现韦伯的错误的人（道格拉斯）或多或少地受到了嘉文的胁迫。在《七种性别之子》中他援引了一段他对道格拉斯的访谈，其中说道：“……那次会议是奎斯特（Quest） [11] 强迫我的。除非韦伯发表承认错误的声明，否则我不会提及计算机的错误。……但是当我到了那，奎斯特马上递给我一份他已经写好的声明的副本，然后我就离会了……那天我根本没吃午饭，毫无感情地说了一下发生了什么、我认为正确的做法是什么……这就是那个所谓的第一份声明。” [12] 但是，富兰克林强调韦伯的批评者并不止嘉文一人，其他科学家也提出了对韦伯的批评，只是他们的态度没有嘉文这么激进。他说：“柯林斯认为嘉文表现得好像他认为一个合理的论据不足以破坏韦伯结果的可信度，这一点似乎也值得怀疑。嘉文的行为就是一个科学家的行为，他认为韦伯的结果是错误的，而且把宝贵的时间和资源都花在调查一个错误的结果上，对韦伯坚持他错误的结果是对这个领域做出了贡献的结论提出质疑。嘉文是一个有力的辩论家，这点毋庸置疑。” [13] 特别是在对韦伯实验的判定具有决定性意义的GR7会议上，嘉文并没有出席。因此，在富兰克林的笔下，他认为嘉文并没有做错什么，他只是在维护科学的正当性而已。
基于上面的分析，富兰克林认为尽管在科学中存在争议，但是柯林斯所谓的科学家对韦伯的排挤并不是导致韦伯实验不可信的关键因素。是韦伯实验所暴露出的越来越多的错误为他的实验的“不可信”提供了一种证据，导致其他科学家不能无视这种“不合理”继续存在科学中。以嘉文为代表的反对派科学家只是做了他们该做的事、说了他们该说的话。因此，“我将介绍我自己对这一事件的描述，这与他的描述有很大的不同，并认为他的描述是误导性的，没有理由相信实验者的回归。我要说明的是，校准虽然是决定的一个重要组成部分，但在这种情况下并不是决定性的，因为实验使用了一种新型的仪器，试图探测到迄今为止未被观测到的现象，而且重力波探测的情况根本不是科学实验的典型。我还将争辩说，回归是被合理的论点打破的”。
与柯林斯相反，在看待韦伯实验问题上，用嘉文自己的话来说富兰克林坚持一种“老套”的实在论立场的解读，即他认为“科学不但是一种由科学家主导的实践，还是一种来自‘真实’世界的证据，它取决于科学提供给我们关于世界的可靠知识的判断”。
[1] Harry Collins, Gravity's Shadow:The Search for Gravitational Waves ,Chicago:The University of Chicago Press,2004,p.155.
[2] A.Franklin, Can That Be Right?:Essays on Experiment , Evidence and Science ,Spring Science+Business Media Dordrencht,1999,p.14.
[3] A.Franklin, Can That Be Right?:Essays on Experiment , Evidence and Science ,Spring Science+Business Media Dordrencht,1999,p.14
[4] Allen Franklin,"How to Avoid the Experimenters'Regress", Studies in History and Philosophy of Science ,1994,Vol.25,No.3,p.471.
[5] G.Shaviv & J.Rosen,Eds, General Relativity and Gravitation:Proceedings of Seventh International Conference ( GR7 ),Tel-Aviv University,June 23-28,1974.New York:John Wiely,1975,p.288.
[6] G.Shaviv & J.Rosen,Eds, General Relativity and Gravitation:Proceedings of Seventh International Conference ( GR7 ),Tel-Aviv University,June 23-28,1974.New York:John Wiely,1975,p.246.
[7] G.Shaviv & J.Rosen,Eds, General Relativity and Gravitation:Proceedings of Seventh International Conference ( GR7 ),Tel-Aviv University,June 23-28,1974.New York:John Wiely,1975,p.247.
[8] Allen Franklin, Can That Be Right?:Essays on Experiment , Evidence and Science ,Spring Science+Business Media Dordrencht,1999,p.22.
[9] G.Shaviv & J.Rosen,Eds, General Relativity and Gravitation:Proceedings of Seventh International Conference ( GR7 ),Tel-Aviv University,June 23-28,1974.New York:John Wiely,1975,p.288.
[10] Allen Franklin, Can That Be Right?:Essays on Experiment , Evidence and Science ,Spring Science+Business Media Dordrencht,1999,p.20.
[11] 在柯林斯的 Son of Seven Sexes 一文中，奎斯特（Quest）是嘉文的化名。
[12] Harry Collins,"Son of Seven Sexes:The Social Destruction of a Physical Phenomenon", Social Studies of Science ,Vol.11,No.1,1981,p.47.
[13] Allen Franklin, Can That Be Right?:Essays on Experiment , Evidence and Science ,Spring Science+Business Media Dordrencht,1999,p.32.