科学界今天没有新闻,可能这就是最大的新闻

作者: 米歇尔·斯塔尔(Michelle Starr)

来源: 环球科学

发布日期: 2022-01-24

科学研究中的“零结果”虽然不显眼,但对科学发展有重大价值。它们帮助避免重复错误,指引未来研究方向,尽管常被忽视。科学家和学术出版界正努力改变这一现状,鼓励发表这些结果,以促进科学进步。

如果一项科学研究带来了新的发现,那么它的价值自然不言而喻。可是在这些光鲜的研究背后,许多没有发现显著结果的研究则稍显落寞,甚至得不到发表的机会,尽管它们对科学的发展也有重大的价值。在科学家和学术出版界的共同努力下,这个现状正在发生改变。

就像在日常生活中一样,在科学研究领域,人们也喜欢庆祝大新闻。比如我们通过黑洞在时空中产生的涟漪证实了黑洞的存在,我们拍下了黑洞的阴影,我们发明了编辑DNA的方法,我们发现了希格斯玻色子!与之相比,一些耗时多年的、极其艰辛的研究却鲜为人知。因为它们没有带来决定性的结果,似乎不能为解决科学问题提供任何证据——尽管它们能为可能的结论添加更多限制条件,让我们离答案和新发现更近一步。

这些没有得到预期结果的研究被称为“零结果”(null result),它们驱使我们前进,能让我们避免重复同样的错误,为未来的研究指引方向。如果没有它们,科学的发展可能会放缓甚至受阻。我们可以从零结果中学到很多东西,然而它们通常不会被发表在科学出版物上。这不仅会导致科学研究的效率低下,也显示当前的科学出版流程可能存在很大的问题。

“零结果不被发表会产生一种强烈的扭曲效应。”英国布里斯托尔大学的心理学家马库斯·穆纳福(Marcus Munafò)说,“但是,这个问题没有一种直截了当的解决方法。因为低质量的研究很容易产生零结果,所以如果科学家只是通过产出低质量的研究让文献中出现更多零结果的话,无益于解决根本问题。毕竟我们的最终的目标是为重要的问题找到正确的答案。”

什么是“零结果”?

如果研究结果无法与背景噪声相区分,则零假设(null hypothesis)无法被排除,我们就得到了零结果。以探测引力波举例:引力波产生的信号非常微弱,且很多噪声源都会影响激光干涉引力波天文台(LIGO)的传感器。想要明确地探测到引力波,就需要先排除这些噪声源。如果无法排除噪声源的干扰,我们得到的就是零结果。而零结果并不意味着我们没有探测到引力波,只代表我们不能确定是否探测到了引力波。

零结果在一些领域非常有用,比如在宇宙学和引力波天文学领域,零结果的发表可以帮助科学家调整未来实验的参数。可是在其他领域中,定性的结果比定量的结果更为重要,零结果就相对不受重视。穆纳福解释说:“一部分的问题在于,在行为科学和医学领域的研究中,我们经常无法做出定量的预测。所以,我们通常只是在寻找是否产生了效应或是否存在相关性,不论其大小或强度。

而如果我们没能得到显著的结果,我们也没有任何参数可以用于衡量这么小的影响是否在生物学上、理论上或临床上有意义。我们拿零结果做不了什么。”

恰当地利用零结果,可能会带来非凡的发现。最著名的例子之一,是由物理学家阿尔伯特·迈克尔逊(Albert A. Michelson)和爱德华·莫雷(Edward W. Morley)在1887年进行的迈克尔逊-莫雷实验。他们两人试图测量地球相对于“光以太”的速度。

在当时,“光以太”被认为是光传播的媒介,就像水波需要在水中传播一样。他们假设,光波在绝对静止的、遍布全宇宙的以太“海洋”中传播,那么当地球在宇宙中运动时,测量迎面而来的光与垂直方向的光,速度将略有不同。他们为这个设计精巧的实验付出了很多努力,但是当然,他们什么也没有发现。该实验的零结果表明,光速在所有参考系中都是恒定的,爱因斯坦随后在狭义相对论中进一步阐释了这一点。

在其他的一些情况下,零结果可以帮助我们改进实验仪器,更好地设计未来的实验。引力波干涉仪曾经多年没有探测到有效的结果,科学家基于这些实验对干涉仪进行不断改良,才最终探测了到黑洞碰撞产生的引力波。目前为止,欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家还没有在粒子碰撞实验中探测到暗物质信号,但这些实验为暗物质可能是什么限定了范围。

“零结果只是所有可能的实验结果中的一种。

科学实验有时候实验会带来新奇的、令人惊喜的发现,有时候则没有。”加利福尼亚大学伯克利分校的天体物理学家乔治·斯穆特(George Smoot III)说。当涉及到“硬核”的数据时,零结果更容易被阐释,但在其他的领域,就几乎没有出版零结果的动机。因为,“没有检测显著结果”的意义往往是不明确的,相比起来,那些确实有重大发现的研究会得到更多的关注、更多的资金,也更有可能被引用。

产生了积极结果的临床试验,比那些产生消极结果或零结果的临床试验更有可能被发表。决定谁将获得研究经费时,这些事情很重要。

并且,科学家也很忙碌,他们有许多潜在的研究方向。当你可以选择更有可能被关注、并可能带来进一步研究机会的问题时,何必钻研零假设呢?零结果不被发表,可能会让我们遗漏有助于认识这个世界的重要信息,导致效率低下,甚至会挫伤年轻科学家追求事业的积极性。在这一点上,穆纳福有切身体会。

他在读博期间曾尝试重复一个实验,并自然而然地认为他会和前人一样看到某种效应。“但是我在实验中没有发现那种效应。”穆纳福说,“作为一名刚入行的研究员,你会想,我一定是做错了什么,也许我不适合做科研。”

“我很幸运地遇到了一位资深学者,他告诉我,‘哦,是的,没有人能重复那个结果’。如果你在这个领域工作了足够长的时间,你就可以通过在会议上与人交谈或者借助经验明白这些事情。

如果你不像我那么幸运,有人告诉你这不是你的错、只是这个发现本身就不可靠的话,那么你可能会因此离开这个研究领域。”学术出版届也在努力解决这个问题。2002年,一个特殊的项目成立了,它就是《生物医学负面结果杂志》(the Journal of Negative Results in BioMedicine),旨在鼓励那些通常不会被发表的结果。

这个项目于2017年结束,声称它已经成功完成了使命,因为许多其他期刊也追随它的脚步,开始发表更多负面结果或零结果的研究。

然而,鼓励科学家发表负面结果可能是徒劳无功的。一方面,可能会出现大量构思、设计、实施拙劣的研究,但也可能是另一种情况——2014年,《商业与心理学杂志》(Journal of Business and Psychology)发表了一期零结果专刊,但收到的投稿少得惊人。

编辑们推断,这可能是因为科学家们自己习惯于认为零结果没有价值。2019年,柏林卫生研究所(Berlin Institute of Health)决定颁发一个对重复性研究的奖励,并明确表示欢迎零结果,但只收到了22份申请。

这种态度可能会发生改变。我们已经看到了这样的变化,比如斯穆特就从零结果中收获了大量见解。

“在宇宙射线中寻找反物质是一个零结果的实验,它使我相信,在我们的星系和更大的宇宙中,并不存在大量的反物质,尽管物质与反物质之间存在着美妙的对称性。”斯穆特说。“另一个收获了零结果的实验,是测试宇宙的旋转是否违背了角动量守恒。尽管这个零结果是可以想见的,但它依然对塑造我们的世界观和宇宙观非常重要,它也是我使用宇宙微波背景辐射来观察和测量宇宙的最初动机。它引向了更多零结果,但也带来了一些重大的发现。”

这种转变可能是缓慢的。我们需要鼓励的不是零结果本身,而是让设计合理但获得了零结果的研究可以被阐释并发表。这绝不是一个无足轻重的问题,这对科学进步至关重要。“为有价值的问题找到正确的答案很重要,但这有时意味着会收获零结果。”穆纳福说,“但我认为,我们需要谨慎,发表零结果本身不是目的,它可以是帮助我们找到正确答案的一种手段。

我们需要的不仅是零结果,我们真正需要的是提出更好的问题和设计得更好的研究,让我们可以从任何实验结果中分析出可靠的、丰富的信息。”

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