對科學研究中實驗可重復性的反思

閆坤如，李 光

(華南理工大學 馬克思主義學院，廣州 廣東 510640)

2016年5月，河北科技大學韓春雨在國際知名刊物《自然》雜志的子刊《自然·生物技術》發表論文DNA-guidedgenomeeditingusingtheNatronobacteriumgregoryiArgonaute(《利用格氏嗜鹽堿桿菌核酸內切酶實現DNA引導的基因組編輯》)，韓春雨在論文中提到發明一種名為NgAgo的基因編輯技術，聲稱該技術可以對目標基因進行“編輯”，實現特定 DNA 片段的敲除、加入等操作。文章的發表引起了國內外學界的巨大反響，認為這是個重大科學發現，具有劃時代的意義，韓春雨因此屢獲殊榮。澳大利亞國立大學遺傳學家蓋坦·布爾焦(Gaetan Burgio)公開韓春雨論文的實驗可重復性失敗的細節，有關實驗室及科學家要求韓春雨公布原始實驗數據或“自證清白”，韓春雨本人則予以拒絕。2017年8月，該論文因未獲得可重復的實驗支持而撤稿，國內研究機構也啟動相關學術評議。

韓春雨撤稿引起學界與公眾熱議，實驗的可重復性問題也引發廣泛關注。在傳統科學視角中，實驗的可重復性為知識的確定性及真實性提供可靠性保證，是實驗的基本原則之一。仔細考察后可以發現，可重復性雖然是科學實驗的基本原則，卻不能將其視作必要條件。具有可重復性的結論不一定為真，不具備可重復性的知識未必為假?，F實中，可重復性仍面臨著一系列困難，其對實驗的作用及意義仍值得討論。

一、科學實驗及其特征分析

為保證科學研究的可靠性，科學研究須具有可重復性，這樣才能保證知識確定性?？茖W研究在不同主體、不同實驗環境以及不同時空中都要滿足可驗證性要求，對于科學實驗而言要遵循可重復性原則?？茖W研究中的實驗指的是實驗主體(實驗者)在條件可控的狀態下作用于實驗客體的活動?？铝炙?H.M.Collins)認為實驗是“人們通過復雜的儀器來觀察科學現象”[1](P19)，科學實驗往往在“條件可控”下進行，這里“條件可控”是一種相對狀態，指的是實驗所處的條件在符合實驗要求狀態中。如，生物學培養微生物實驗中，如果溫度超過實驗要求，就處在失控的狀態，不能滿足微生物科學實驗要在可控條件下才能保證實驗結果的需求。

科學實驗作為一種認識自然的方法，它與知識產生方式緊密相關。知識生產方式一般分為哲學思辨式知識與工匠實踐累積式知識。哲學思辨式的知識產生方式比較重理論而輕實踐，通常由先驗的理論進行演繹推理得到知識。如亞里士多德認為事物是由水、火、土、氣四種物質組成，并由此得出冷、熱、干、濕四種可組合轉化的性質及月上世界與月下世界等解釋世界的認識。哲學思辨式的知識并非來自于觀察，而是經過思辨得來的。哲學思辨方式雖具有較強的理論性、系統性和解釋性，但同樣具有零散性、過于思辨和形而上的不足；工匠實踐積累式知識與哲學思辨式知識不同，它不注重理論的推演，更注重在工程實踐中的實踐智慧的積累。工匠實踐積累式知識是在改造世界的實踐中形成的對自然界的認識，如長期存在于西方歷史中的煉金術、占星術等知識不是訴諸于思辨式的理論，而是訴諸于經驗的積累與歸納。工匠實踐積累式知識具有功利性與實用性，一般都是因為現實生活和社會需求導致知識的增長。這種知識因為沒有追溯事物內部的規律，具有隨機性和偶然性的特征。如煉金術在煉制“黃金”時，也偶然發現眾多物質的屬性，是近代化學的積累知識。但這種歸納只能建立在對自然事物“簡單”、感性的觀察之上。從匱乏的材料、缺乏理性分析中得來的知識在數量上難以增長，在可靠性上也難以保證。

實驗是基于兩種傳統知識產生方式的結合下的新的知識產生方式，標志著古代的經驗性知識增長向近代實驗性知識產生的轉變。在《新工具》中，F·培根(Francis Bacon)主張采用實驗調查的方法，相信實驗與理論之間能有更密切和更純粹地結合，并提出使用歸納的方法將實驗與理論結合起來。在古代希臘時期也存在簡單的實驗方法，實驗以重復自然過程的形式來驗證形而上的理論。近代實驗與古希臘實驗顯著的區別不僅僅限于感官的觀察，而涉及到客體的介入，正如H·賴欣巴哈(Hans Reichenbach)所說，“采用有計劃實驗的人工事件之后，自然中的復合事件就可以被分解為各個構成部分。這就是為什么實驗成為現代科學的工具的道理”[2]。

實驗性知識生產方式促進了知識的增長。如在化學領域的波義耳，反對片面崇尚理論的風氣，提倡實驗的方法，重視實驗操作?！八?波義耳)之所以被視作近代化學奠基者，其中重要的原因是他把嚴密的實驗方法引入化學中?！盵3]波義耳通過實驗方法得到很多重大科學發現。例如，波義耳通過空氣壓力實驗提出氣體的體積與壓力成反比的氣體定律，波義耳通過燃燒實驗提出火焰不能沒有空氣等觀點。在物理學領域，牛頓通過“光的色散”否證了傳統物理學家認為的“光是白色”的觀點，牛頓通過實驗表明白光是由不可分解的有色光線組成的，并且“光的色散”實驗有力的支持了光的微粒說，否證了光是由光波構成的觀點。實驗是科學知識的重要來源。科學知識產生的途徑可以分為觀察、實驗兩種方式。即使是觀察也要依靠復雜的實驗儀器。實驗在科學研究中發揮著重要作用。

實驗在科學研究中具有重組、模擬、純化、強化自然的作用。實驗重組是對實驗要素的重新分化組合，以探究其內的因果關系或產生新的物質，例如現在廣泛使用的復合材料就是對自然元素進行重組后產生出來的。實驗模擬指的是人為模擬自然環境，使得實驗環境具有非人為干預下難以出現的屬性，在這種環境下進行探尋科學規律的研究，例如在核聚變實驗中，模擬的對象為恒星核聚變的環境，并且核聚變反應要在極高溫、高壓的環境中才能實現，這種實驗條件在自然環境中無法再現，只有在實驗條件下模擬自然環境才能研究核聚變。實驗強化是指在時間、強度等方面極化某種實驗要素，以觀察實驗對象的性能及規律，例如物理中某種復合材料的承重實驗，需要測試該材料在不同壓力下的狀態，直至材料斷裂或難以承受，最終確定該材料合理的承重值及極限值。純化作用是指突出某一因素，排除其他因素以便于觀察的作用，典型的純化如細胞研究中篩選目標研究細胞的過程，將影響或干擾目標細胞的其他物質成分祛除，為研究的進行創造良好的觀察環境。

雖然實驗在科學研究中有重要作用，但因為實驗儀器的限制、理論對觀察的滲透、實驗條件的不易控制等原因，實驗結果的客觀性和確定性很難保證。為了保證實驗結果的確定性就要求實驗具有可重復性的要求，通過實驗的重復操作確認實驗現象具有可靠性，排除其中的偶然因素。

二、對實驗可重復性分析

實驗的可重復性指的是對于一個實驗在相同的實驗條件下，不同的時間、地點、實驗人員能夠得出相同的實驗結果，以確證實驗得出的結論，為知識提供可靠的實驗基礎。實驗可重復性要求在不同的實驗室，不同操作人員的條件下得到相同結果。雖然實驗地點、人員不同，但要在相同的實驗條件下。相同的條件即指同一標準下的儀器、同樣的實驗材料以及經過同樣的實驗程序，在同樣的實驗條件下得到相似或相同的實驗結果。

實驗的可重復性基于自然界的規律性。自然界的呈現形式是紛繁復雜的，但是背后是有規律的，科學就在于揭示和把握自然界的規律。無論是古希臘時期畢達哥拉斯的數論，或是中世紀以上帝存在為前提而發現自然規律的自然哲學家們，都是在這種觀念的指引下尋找自然規律。規律是隱藏在自然界背后的確定性，實驗可重復保證了自然界的規律性。自然界的規律和實驗可重復性之間密切聯系，例如波普爾(Karl Popper)認為，“只有當某些事件根據規則或規律重現時，如可重復實驗的情況，我們的觀察結果才可以原則上由任何人進行檢驗，只有通過這樣的重復，我們才可以確信面對的不是一個孤立的‘巧合’，由于其具有規律性和可重復性屬性，其事件原則上可進行主觀驗證”[4]。哈貝馬斯(Jürgen Habermas)提出實驗在尋找自然界規律中的作用，“任何單個的實驗，保證我們能獲得一種普遍的關系”，“特殊的事情同時也是一種普遍現象，因為這種普遍現象能夠保證一切未來所進行的操作活動，一定能夠得到‘同樣的’效果；這些操作活動在十分相同的條件下重復著最初的實驗”[5]。在普遍規律下，實驗可重復或具有可重復性，被視為一種自明的原則。規律并不是先驗存在的，它也是通過人類的歸納總結出來的，規律的確定性往往以科學假說的形式存在。對具體到實驗的可重復性而言，即在相同實驗條件下，能夠得到相同實驗結果。

實驗可重復性為科學知識的可靠性提供條件?？芍貜托允菤w納邏輯在實驗中的應用。在單一的實驗中，條件A得到結果B。但是，這不能排除偶然性因素發生作用的可能性。如果大量實驗條件A得出結果B，條件A也不必然得到結果B。歸納邏輯面臨偶然性困境 “歸納推理不具有必然性，只具有或然性(概然性)”[6]。這意味著，實驗的可重復性無法保證實驗事實的真，它能夠提供的是該實驗所包含的關系有條件A得到結果B的關系很大概率上是真的，它為實驗向科學知識的轉化提供“可靠性”保證。這種偶然性的“可靠性”是可錯的，不必然為真。不是每一項實驗都需要可重復性的保證，也不是得到可重復性保證的實驗一定為真。根據歸納邏輯，一項實驗重復多次以至無限，仍不能保證下一次實驗結果相同。從這一點來看，可重復性不是必須的。但是隨著實驗次數的增多，實驗的可重復增加了實驗為真、知識為真的可能性。

實驗的可重復性具有科學知識祛地方化作用。實驗的可重復性是地方性知識向普遍性知識轉變的必要過程。普遍主義科學觀認為科學知識經歷了祛情景化的過程，然后才走向普遍知識的。但是地方性的科學觀認為知識所經歷的祛情景化并不是真正的祛情景化，這里的祛情景化實際上是地方性知識標準化的過程?？茖W知識的標準化過程是“祛地方性”的。它是把地方性擴展到其他地方，是一種地方性知識征服另一種地方性知識的結果。“科學知識的地方性并不就是與普適性相對立，科學知識的普適性也并非等同于統一性?！盵7]實驗的可重復性即是祛除地方性，實現知識的普遍性的重要工具。實驗只在特定環境，由特定的實驗人員才能完成，不具備可重復性。通過這樣的實驗得到的科學知識必然具有較強的地方性。追求普遍性是知識的內在傾向，實驗的可重復性則是達到普遍性知識的重要手段。

雖然實驗的可重復性能夠為知識提供可靠性保證，也能實現知識的祛地方化，隨著科學研究的專門化程度的提高以及科學規律隱蔽性的增強，實驗的可重復性原則面臨著困難。

三、實驗可重復性危機

實驗的可重復性面臨著困難。實驗的可重復性表現為實驗在條件A下出現實驗結果B?？芍貜托悦媾R的困難集中在實驗條件A上，導致條件A變異為A1、A2、A3……等。前提條件的復雜性導致實驗結果的偶然性和不確定性，從而出現B1、B2、B3……等。在直觀上，這將展現為實驗不具有可重復性。實驗的可重復性危機主要是因為主體因素的影響以及實驗過程中實驗儀器干擾、實驗環境復雜程度提高等客觀原因，使得科學實驗面臨可重復性危機。

(一)實驗主體因素導致的實驗不可重復性

首先，理論對觀察的滲透。不同的實驗人員具有不同的理論背景，對相同的實驗現象可能做出不同的觀察判斷，在重復實驗中，不同的理論判斷將會導致完全不同的實驗結果。

其次，默會知識對可重復實驗的影響。默會知識指的是實驗人員，尤其是高級實驗者經過大量實踐后所獲得的，難以被語言文字所表述的經驗與技巧。默會知識也被稱作默會技能。這種知識產生的前提是實驗者大量的實踐或與個人有關的理論學習或實踐經歷。實驗中，默會知識對實驗的成功具有重要影響。例如在實驗中的儀器操作，實驗人員經過多次操作之后能夠掌握一定的經驗與技巧以幫助實驗成功，這種經驗與技巧對實驗的成功至關重要。但默會知識難以復制，其他實驗人員難以短時內具備成功重復實驗所需的經驗技巧。如上例中操作儀器的技巧，需要進行重復實驗的人員嘗試多次后獲得相應的默會知識，才會有助于重復實驗的成功。此外，在默會知識的基礎之上，柯林斯提出了“實驗者回歸”的觀點，指出這也會影響實驗的重復[1](P67-94)。該觀點是指用引力波探測的例證說明實驗儀器與實驗結果之間的循環論證問題，并指出可重復驗證的過程中需要解決七種困難，這七種困難不能通過客觀方法進行解決，最終需要求助于共同體的約定，以共同體的約定作為判斷標準。

再次，科研不端行為對實驗可重復性的影響。實驗人員受經濟利益或者其他功利性因素的影響，為了實驗得到預期的實驗結果，實驗人員采取編造、捏造、篡改、篩選實驗數據等不端行為。通過這種不端行為得到的實驗結果自身就具有虛假性，根據虛假的實驗成果進行重復也必定不會成功。例如，在日本小保方晴子科研不端事件中，正是小保方晴子篡改實驗數據，導致其得到了虛假的實驗成功的結果。在后期調查過程中，該實驗并未能夠成功重復做出。這種情況下，實驗的可重復性無法得到保障。

(二)實驗的客觀條件導致實驗不可重復性

實驗條件復雜性導致實驗不可重復性?？茖W研究不斷向復雜化、系統化方向演進，科學實驗中涉及的實驗材料、儀器設備、實驗程序、實驗室環境等因素難以為科研人員全面把握。在科學實驗中，任何細微的不同，都會導致結果的巨大差異，甚至是完全相反的實驗結果。實驗條件的復雜性是重復實驗必須面對的問題。這種條件的差異在生物學領域內更為明顯。此次韓春雨事件中，韓春雨指出其他實驗室不能重復其實驗的可能原因在試劑、操作步驟、實驗設備等各種客觀條件，其他實驗室一時難以檢驗，這也說明實驗條件的復雜性是影響實驗可重復性的重要方面。

實驗的可重復性難以得到其他實驗室支持。從操作實驗的成本角度看，科學實驗需要投入大量人力、物力、財力，重復出他人成果對研究者個人或所屬實驗室并無意義?？梢钥吹剑貜退藢嶒灦喟l生在具有學術爭議、重要學術進展或驗證科研不端行為等情況中。例如，此次對韓春雨實驗的重復性檢驗，該實驗宣稱有重大技術進展，關注該領域的國內外實驗室第一時間嘗試重復該實驗。在現實狀況中，僅有小部分實驗結果吸引學界的關注，并進行重復性檢驗，剩余的大部分實驗被有意無意地忽略。這導致了兩種可能后果，其一為科研人員對科研不端行為的僥幸心理，污染了學術環境。其二導致了對科學知識可靠性的質疑，對大量實驗結果沒有被可重復性驗證的科學知識，它們的可靠性至少存在著為假的可能性。

四、對實驗可重復性危機的化解

可重復性面臨的危機，對科學知識的可靠性造成沖擊。應該多渠道、多主體齊抓共管，從理論、倫理、實踐層面采取措施使來源于實驗的科學知識獲得確定的可靠性。

(一)完善各項科研管理制度

科研管理機構要注意對所屬科研人員的科研倫理教育，加強預防。加強實驗室、實驗過程的規章制度、程序規范等規制建設，使科研行為和科學實驗在規范和制度規約內順利開展。科研管理以及查處科研不端的制度包括舉報制度、評估質詢制度、調查制度、申訴制度、監管制度、行政裁決制度以及懲處制度等。舉報制度指的是個人或機構向監管部門或社會公眾檢舉揭發科研不端行為的制度。評估質詢制度指的是接到舉報后交由獨立機構確定是否有不端行為并根據質詢結果決定是否進行調查的制度，在評估質詢過程中確保調查的準確性、公平性及保密性，保護舉報人及被舉報人利益。調查制度指的是監管機構根據調查程序，由調查人員對具有不端嫌疑的個人或團體進行事實性調查的制度。申訴制度指的是被調查研究者不認可調查結論，向調查機構或其他專門申訴機構申訴維護自身權益的制度，從而減少調查結論錯誤可能性，維護被調查者權益。最后根據不端情節的嚴重程度由行政機關對爭議調查結論進行裁決。科研管理機構通過制定各種科研管理制度，規范實驗過程，加強對實驗人員的管理，及時公布實驗操作程序及數據，降低實驗過程中的科學不端行為發生的可能性。

(二)明確科研活動中各主體的倫理責任

在科研過程中，有研究主體、實驗主體、合作單位主體、科研機構、調查機構主體以及監管主體等。要明確各主體的責任，約束各主體的行為。對于研究主體，在研究過程中應該做到不捏造、篡改、篩選數據；不剽竊、抄襲他人研究成果；未經他人許可，不使用他人署名或將成果轉讓他人；遵守論文寫作規范；保證原始數據透明公開等?？蒲腥藛T在實驗中要更多的了解、應用科研規范相關規定與知識，在科研過程中樹立規范意識，有意識地預防不端行為的發生；科研機構主要對科研人員科研行為加強監管，加強對科研人員的倫理教育，發現科研人員不端行為后及時制止并上報查處；保護舉報者權益不受侵害，配合調查機構對不端行為的調查；對確證的不端行為及時懲處；調查機構主體確保調查的獨立性、專業性及公正性，遵循程序正義，嚴格依照規定的調查程序，全面、準確認定事實等；監督主體應該健全預防科研不端發生機制，對科研不端行為及時、公正采取措施，接受社會輿論監督，保護舉報人或機構權益等責任。只有明確科研過程中各主體的責任才能確?？蒲谢顒拥恼ｍ樌_展。

(三)促進實驗過程的標準化建設

實驗過程的標準化不僅包含對客觀過程的標準化，如復雜儀器、實驗材料、實驗程序，也包括對個體實驗人員所具有的默會知識的標準化。從客觀方面看，在實驗的過程中，使用具有普遍標準的、普及程度較高的儀器進行實驗。儀器的操作標準也參照具有普遍性的操作程序。實驗材料的狀態直接關乎實驗的進程與結果，對實驗材料要按照標準程序，按照標準的程序進行科學實驗，禁止操作過程中進行簡化、顛倒等操作。在主觀方面，需要承認默會知識的存在，但是過分強調默會知識的相對經驗主義觀點不利于知識的增長與進步。實驗中，可以通過交流、學習等方式將默會知識轉化為標準化的知識，盡可能減少默會知識在重復實驗過程中的影響。

實驗的可重復性是由實驗所得知識的可靠性保證。它雖然面臨著主觀上、客觀上的困難，但為了保證實驗結果的客觀性，在科學研究中應該滿足實驗可重復性的要求，通過對實驗人員和實驗過程的規約以及提高科研人員的職業道德和責任意識，通過科研人員的他律和自律規范科學實驗的發展，發揮科學實驗在科學研究中的作用。