【探索23-1】未知的未知

講者|加拿大多倫多大學科技史與科學哲學研究所副教授 楊振邦
彙整撰文|鄭兆庭

●未知的未知與科學的機緣巧合

2002年,美國計畫出兵伊拉克,因為情資顯示該國藏有大規模毀滅性武器。針對這項不明情資,時任美國國防部長的倫斯斐(Donald Rumsfeld)在記者會辯稱:「這有『已知的已知』(known knowns)、有『已知的未知』(known unknowns)、也有『未知的未知』(unknown unknowns)。」這三個詞彙分別代表:我們知道我們知道的事、我們知道我們不知道的事、以及我們不知道我們不知道的事。

雖然聽起來很繞口,但這三類範疇卻可以對應不同層面的風險管理。例如,一家番茄罐頭公司要決定明年的總產量,則相較於工廠的產能、市場調查等已知訊息,或著氣候變化、景氣起伏等不知確切內容的訊息,事前根本不知道會發生的大蝗災就屬於未知的未知,或有人稱為「黑天鵝事件」。

科學的發現也有不少機緣巧合(serendipity),人們通常將意外發現視為幸運之神的眷顧或科學家個人的天才與洞見,好比阿基米德想到浮力的靈機一動(eureka moment)一般。科學哲學家萊興巴哈(Hans Reichenbach)將科學發展分為發現的脈絡(context of discovery)與驗證的脈絡(context of justification)。19世紀的英國數學家惠威爾(William Whewell)認為科學發現包含發想新的主意、將之清楚表達、驗證評估其可靠性等三個成分,前兩者屬於發現的脈絡,後者則對應驗證的脈絡,因此意外的發現屬於發現的脈絡。主導20世紀上半葉的邏輯實證論者認為,考察科學的性質應著重在驗證的脈絡上,因為這個脈絡有清楚的邏輯架構可言,是理性的智識活動。而發現的脈絡沒有清楚的理路,只與個人的心理、處境、運氣有關,故無關乎理性。

然而這樣的看法在20世紀後半開始受到歷史學家、哲學家、社會人類學家的批判。這些學者認為,分析意外發現可以使人暸解科學是如何運作的。楊老師以下提供四種思考方向,帶領大家思考意外發現之於科學的角色及其重要性。

一、意外在知識論上的意義

        科學的核心目標就是發現新知:科學家不知道某些問題的答案,但知道答案的形式以及不確定的部分為何,此即已知的未知。例如,古希臘人已知地球是圓的,而想知道地球的半徑多長;或年初時,大家都想知道COVID-19的傳染力及致死率為何。

然而,科學研究並不只是為了填補知識的空隙。就知識論來說,發現未知的未知比填補已知的未知更為豐富,讓人對經驗世界有更深入的瞭解。美國哲學家布朗伯格(Sylvain Bromberger)便認為,科學研究的核心目標在於解答困難且具挑戰性的問題,即所謂「p型困境」(p-predicament):是一種科學家不知道答案、已知可能的答案都是錯的、難以想像答案形式的科學問題。楊老師認為意外的發現是一種事先無法預知的p型困境,故極具挑戰性;若能解決之,則屬較高的知識成就。

想一想:本期的講題,在當時屬於p型困境嗎?

 

二、異例、典範轉移、科學革命

        不過,科學不僅僅是回答問題的頭腦體操而已,也是大規模、有系統、結構分明的活動,則意外發現在此結構中又有什麼角色?邏輯實證論者認為,科學是經驗世界的知識總和,可用邏輯陳述表示之;科學陳述包括觀察、測量等經驗事實與表達、統攝經驗事實的科學理論,此二者間有邏輯關係。因此經驗事實才是科學的礎石,會隨著新發現而累積。

孔恩(Thomas Kuhn)的名著《科學革命的結構》反對前述看法。他認為經驗陳述不可避免被觀察者的理論所形塑,因此觀念間架(理論架構)的作用較經驗陳述更為基本。孔恩的科學發展理論指出:「典範」是科學研究核心的觀念間架,典範下發展的科學成為「常態科學」,不斷解答科學的謎題。然而有些謎題無法獲解,甚至成為令人困擾的「異例」,進而形成典範的「危機」。若典範無法度過危機就會被推翻,由新典範解決危機,典範轉移的過程就是「科學革命」,週而復始。意外的發現在此結構下,就可能是造成危機的異例,為科學帶來破壞式創新。

想一想:本期的講題,是顛覆典範、導致科學革命的異例嗎?

 

三、產生意外作為常規研究的一部分

        意外發現能否在常態科學也發生作用?事實上,常規研究經常系統性的準備意外發現的出現並探索之。德國生物史學家賴伯格(Hans-Jörg Rheinberger)提出的「實驗系統」是指實驗研究的核心單位,其包含作為研究對象的實物、對應的儀器、材料、技術、組織、分工,以及觀念、假設、理論。實驗系統一方面需要穩定產生可複製的結果(可重復性),另一方面又需要有能力產生出乎意料的新知(差異性),才能持續運作下去。據此,準備意外發現的出現並探索之是實驗系統常規的一部分。菸草鑲嵌病毒等模式生物研究、以大型強子對撞機(Large Hadron Collider)研究粒子標準模型等實驗活動,即屬著例。

        理論研究亦有類似的軌跡。美國哲學家史密斯(George Smith)指出牛頓發展力學理論的過程是理論與觀察的遞迴。換言之,牛頓期待觀測資料與其理論預測之間會有所差異,再以預測之外的觀測資料修正其理論,並重複直到兩者更接近,利用系統性的觀測意外,以求對力學機制有更深入的瞭解。

想一想:本期的講題,是常規研究系統性的一部分嗎?

 

四、科學家與物質世界的共舞

        最後,科學不只是知識、實驗、理論,也是人的行動。法國社會學家拉圖(Bruno Latour)著名的「行動者網路」理論,將科學看作在一個廣義的場域中進行的社會活動,科學家則是場域中的「行動者」。科學家的行動目標可能是提倡假設、宣揚理念、擴展影響力、爭取資源、推銷新技術、改變或強化政策、賺取利潤等等。為了達成目標,科學家會和技師、工程師、學生、廠商、農民、官員、公民團體等行動者結盟,藉由「轉譯」其他行動者的目標,建立陣線一致的「網路」。

拉圖也將非人類的動物、植物、微生物、技術物等物質視為行動者,因為他們會對網路的建立造成效應,仿佛它們有自主性的行動。如此,才能體認到物質世界對人類行動的反應,了解行動過程並非只由社會關係或物質條件決定,而是人類與物質世界的共舞。拉圖以巴斯德(Louis Pasteur)為例,說明他如何成功與細菌、農民、政府等行動者結盟。依此,物質世界若反抗科學家的規劃時,科學家就必須好好處理意外發現,轉譯它們對科學家行動的反應,才能成功「結盟」以達成目標。

想一想:如果將本期的講題視為科學家與物質世界的共舞,我們可以學到什麼?

 

總結來說,意外發現不只與好運或天才相關,其意義也不只是為了增加新知。它代表了科學發展的開放性,也代表人類試圖駕馭物質世界不確定性的潛力與侷限。

 

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本文整理自:109/3/14由楊振邦老師在臺大思亮館國際會議廳所主講之「未知的未知」演講內容。

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