「科學的思考」九堂課：學校不教的科學
第一部 科學的思考是怎麼樣的思考？
第一章 「理論」與「事實」怎樣不同？
「科學使用的詞彙」和「討論科學的詞彙」
各種科學詞彙(電子、基因、天擇…)，搭配討論科學詞彙(理論、假設、測量、預測…)與發展脈絡來談，才可謂科學，而非偽科學。
神創論貼紙運動
演化論只是一種理論，而非事實
evolution is a theory, not a fact
「智慧設計」的策略
人太精密，不可能是透過演化拼湊而來(一定是造物主依自己的形體所設計建造)
演化學者怎麼回應？
演化論是理論，正確無誤
演化論是事實嗎？
可能只是比較合理的猜想及理論(不是100%正確的事實)
然而同理：神造萬物也是理論之一，亦非100%正確的事實(除非能提出相關證據)
不能用「理論╱事實」的二分法來思考
科學理論遊走在100%真實正確和100%虛偽錯誤之間的灰色地帶
需要很小心辨識當中的事實差異，乃至於去除自己腦中的價值成見(=預設立場)
事實可以有共識，但對於相同的事實或數據可以有不同的解讀與詮釋。
二分法的思考很危險
沒有絕對的「安全」或是絕對的「危險」
以下這篇文章講的很清楚
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第二章 怎麼樣才是「更好的假說╱理論」？
好的理論是指更接近真理的理論嗎？
問題在於我們只能透過理論來逼近真理，而真理的真實樣貌無法事前得知，沒有人敢宣稱自己掌握了終極的真理= 沒有人知道哪個理論比較接近真理(很可能不存在真理)…
托勒密天文學與牛頓物理學
托勒密：地心天動說
牛頓：日心地動說
「更好的假說╱理論」的三個標準
1.做出更多新預測，而且得到證實
2.不要有許多特定的假設乃至於原因不明的參數(簡潔)
3.用更少的假設說明比已知更多的事情
第三章 什麼是「說明」？
一、說明原因，解釋why
1.1 不斷地追問深一層的原因(5 why)
1.2 在原本認定的原因和結果之間，細分出更多原因和結果(找出因果路徑上的中介變數、調節變數、confounding)
二、整合不同的定律，提出更基本與通用的理論
牛頓為什麼偉大？
整合了
天上的定律：克卜勒行星運動三大定律
與
地上的定律：伽利略的自由落體與慣性定律
綜合成萬有引力與力學三大定律
從牛頓力學的角度來看，行星運動與自有落體都是當中的特例
三、探知原貌
大家只知道不同物質或元素有不同融點與沸點不同
透過元素表與分子量、氫鍵才能歸納：分子量越大的物質越重，要溶化與沸騰越困難；而水分子又有氫鍵導致各分子要解鎖或脫離需要更多的能量。
三種說明彼此之間有共同點嗎？
第一種指出了原因，用因果關聯(觀念)來串聯前者與後者(前者視為因，後者視為果≒用input解釋output，乃至於更細膩的體察兩者間的關聯條件)
第二種用通例通則來取代特例，提出邏輯或數學上的結論
第三種找出現象背後的本質原貌與深層機制
三者共同之處在於歸納或解釋bare
facts(現實與事實就是這樣)
科學的理念：化約論與統一
化約論：盡可能用底層的簡單機制來解釋表層的各種複雜現象
統一：將只能各自解釋局部或部分的理論，用橫向或縱向的邏輯或原則串聯在一請
為什麼超心理學無法成為科學的一員？
超心理現象已超自然現象(怪力亂神)為研究主體，與以自然現象為研究主體的科學知識體系格格不入，兩者間沒有聯繫。
第四章 怎麼提出理論或假說？怎樣確認？
四種非演繹推論
1.歸納(induction)
白血球有細胞核、神經細胞有細胞核、上皮細胞有細胞核、上皮細胞有細胞核
=>所有(人類)細胞都有細胞核
2.投射(projection)(也是一種歸納)
白血球有細胞核、神經細胞有細胞核、上皮細胞有細胞核，所有(人類)細胞都有細胞核=>紅血球有細胞核
3.類比(analogy)
大鼠跟人類細胞很相近，如果某個化學物質會誘發大鼠得到癌症，那麼此一物質也會是人類的致癌物
4.逆推(abduction)
牛頓力學計算出來的天王星軌道和觀測結果不一致=>可能還有其他行星的存在(才能合理解釋天王星的軌道變化)
四種推論有什麼共同點呢？
以上四種推論都只是可能(probable)，也增加資訊量（提供新資訊）
而Probable的反義詞是必然necessary，以上四種推論不見得必然正確
演繹及其特徵
保留真值、不增加資訊量（無法提供新資訊）
明白指出蘊含在前提內、不明顯或在直覺上不會注意到的資訊
e.g.,
總共有A與B兩位候選人，B沒有當選=>當選的是A
所有的魚類都有腮，鰻魚是魚類=>鰻魚有腮
結合兩種推論會很強大！——假說演繹法
科學=說出新穎(新資訊)+正確的事情
產褥熱的案例
Ignaz Philipp Semmelweis(1818-1865)
最初的三項資訊
1.自己服務的醫院有很多產婦罹患產褥熱
2.由醫生接生的那棟樓比由產婦接生的那棟樓有更多產褥熱病患(兩邊使用相同的技術與程序- 包含宗教程序)
3.解剖屍體被割傷的醫生(他的好友)，也罹患了產褥熱(聯想到受到屍體污染，當時還沒有細菌的觀念)
欸，他的下場是：Semmelweis的觀念在當時是極端的，並且被忽略，排斥或嘲笑。由於政治原因，他被醫院開除，並受到維也納醫療界的騷擾，最終被迫遷往布達佩斯。他對醫學專業的冷漠感到憤怒，並開始給歐洲著名婦產科醫生寫公開信和越來越生氣的信，有時譴責他們是不負責任的殺人犯。同時代的人，包括他的妻子，認為他失去了理智，並於1865年被送到精神病院，僅在14天后死於化膿性休克，可能是由於遭到警衛的毆打。在他去世幾年之後，細菌致病的觀念就得到了廣泛的認可，當時Louis
Pasteur進一步發展了疾病的細菌理論，為Semmelweis的發現提供了理論解釋。他被認為是消毒程序的先驅。
猜測：可能是由於屍體上的某種東西導致產褥熱=>透過洗手來試驗此一假設=>結果顯示有效。
若P則Q=>測試一下有P和無P的狀況下，Q的差異。
Hint：
雖然預測為真可以推論假說可能是正確的，但是這個推論是非演繹推論，因此只能說此一假說正確的可能性增加了(而非100%正確)
荒野上的先知，下場竟是如此悲慘。What if 他只是推廣此一作法(=操作型主義，洗手如同只是某種宗教儀式的一部分)，而不要宣稱背後的理論..，會不會名利雙收與善終？！
然而要先知隱瞞真理而不訴說宣揚，其實是一種罪惡與自我傷害。
第五章 什麼樣的實驗和觀察才能驗證假說？
來猜猜我腦中假想的規則
什麼樣的實驗或者觀察才能驗證假說？
大自然是個謎，透過猜想(=設定假說)，與觀察實驗驗證，才能確定大自然隱晦不語的規則
驗證條件與否證條件
驗證條件：
進行什麼樣的實驗和觀察到什麼樣的現象和證據，可以知道假說的正確性提高了
否証條件：
進行什麼樣的實驗和觀察到什麼樣的現象和證據，可以知道假說是錯誤的
光憑「驗證條件」無法判別假說的真偽，還需要考慮「否証條件」
e.g.,
你是警察，巡邏酒吧，想確認酒吧是否遵守成人飲酒(不賣酒給未成年人)的規定
看到一下四人：
1.喝啤酒
2.喝可樂
3.已成年
4.未成年
請問要調查誰，才能知道酒店是否遵守以上規定？
Hint：
調查1(是否成年)與4(是否喝酒)
「偽科學」與否證條件
e.g.,
星座與寫型關於個人性格或運勢的陳述
=>無法否証
Barnum Effect (人傾向於接受好的描述與自我催眠)
佛洛伊德精神分析的問題(什麼都是性壓抑)
愛因斯坦的相對論被否証了嗎？
微中子的速度超過光速
就算出現反面例證，也不會立刻拋棄假說或理論
科學可以接受輔助假說或增加理論適用的前提條件
而偽科學有一堆的輔助假說或前提條件(有說=沒說，無法否証)
第六章 為什麼實驗必須是控制實驗？
微生物的自然發生說爭論
控制條件不精密的情況下，誤以為微生物會自然發生
以人類為對象的實驗很難控制——雙盲實驗課題
人有安慰劑效應的心理反應
請用「關連表」(實驗對照)來思考
重要的不是機率高，而是相關性
「腦科學」的危險
透過fMRI來了解人腦的活動情況
解讀的誤區在於
1. fMRI測量的是血液中氧氣的消耗量，而非腦神經細胞的活動
2.腦部包含很多區域，很多功能是各區域相互連結起來才能產生意識與意義，fMRI的測量與呈現=把「實驗組」的腦部活動狀況 - 「對照組」的腦部活動狀況
3.fMRI透過影像處理，看似獲得腦部活動的剖面圖(結構圖像)，其實比較是「示意圖」
使用fMRI的推論：
若處於A狀況(e.g.,忿怒、悲傷、興奮、期待…)，則大腦的X區域活化
=>若現在大腦的X區域活化，則受試者處於A狀態
逆向推論的誤謬
Hint: 很多狀況會使X區域(e.g., 杏仁核活化)
很多行銷學或者神經聯想的研究(帕夫洛夫的狗)都有類似推論誤謬
系統誤差和隨機誤差
系統誤差
理論有問題
認知偏差
量測儀器或方法有偏差
隨機偏差
抽樣必須正確
相關性是推論因果關係的基礎，然而選取不當的母群討論相關性，會得到錯誤的推論
從相關性推論因果關係必須慎重
這部份蘋果橘子經濟學是典範
從相關性可以推論因果關係嗎？——全球暖化的例子
從數據的相關性，氣溫與CO2濃度高度相關
摘錄：
我們要如何確定人類必須為此負責？有些溫室氣體（例如大多數的鹵烴）並不會從大自然產生，至於其他氣體則可以由兩項重要的觀察結果來說明人類的影響。首先，從氣體濃度在地理上的差異可以看出，影響主要來自人口集中的北半球陸地。其次，藉由同位素分析來判斷氣體來源，可以知道二氧化碳的增加主要是來自燃燒化石燃料（煤、石油與天然氣）；而甲烷與一氧化氮的增加，則來自農業活動與燃燒化石燃料。
氣候學家運用輻射營力（radiative forcing）的概念，把濃度增加對氣候造成的效應予以量化。輻射營力指的是相較於工業革命之前的時期，地球全球能量平衡的變化（單位為瓦特∕平方公尺）。正營力會導致暖化，負營力則讓氣溫降低。對於長時間存在的溫室氣體，我們能夠相當精準地測量相關的輻射營力，因為我們知道這些氣體在大氣中的濃度、空間分佈，以及與輻射交互作用時的物理機制。
氣候變遷的成因不只是溫室氣體濃度增加，其他自然與人為機制也佔一部份。自然成因包含太陽活動的變化與大型火山噴發，報告中也指出，其他人為的主要營力機制包括稱為懸浮微粒的微小顆粒、平流層與對流層的臭氧、地球表面反照率（反射率），以及飛機的凝結尾等，不過，比起溫室氣體，這些機制的影響小很多（參見右頁〈影響氣候的因素〉左圖）。
即便人類活動的確造成了正輻射營力，而且氣候也確實改變了，但是，我們有自信將這兩者聯結在一起嗎？這是個倒果為因的問題：我們觀測到的氣候變遷，主要是人類活動造成嗎？或者可能是其他原因，例如某些自然的營力，或只是氣候系統的自發性變化？IPCC在2001年提出的報告中推斷，自20世紀中葉以來的氣候暖化，可能大多（超過66%的可能性）是由人類所造成；而2007年的報告更確定了這一點，而且更加提高了人為因素的比率（超過90%）。
虛構的相關性
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黑天鵝作者的文章
https://www.academia.edu/39797871/Fooled_by_Correlation_Common_Misinterpretations_in_Social_Science_
Big Data研究的Big Mistake
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