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18新利体育:解士杰教授:自然科学的学术伦理

发布日期:2021-07-06   点击量:

18新利体育解士杰教授应邀在18新利体育报第22072208期从自然科学的学术伦理角度给我们讲述了学术伦理的重要性,他认为自然科学伦理应该是进行学术研究的第一课,也应该是整个学术生涯中最重要的一课,是师徳师风的必修课!现将解士杰教授文章转载如下,供师生参考学习!



 

自然科学的学术伦理

 

解士杰

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伦理是指在处理人与人、人与社会、人与自然等相互关系时应遵循的道理和准则。美国《韦氏大辞典》对于伦理的定义是:一门探讨什么是好,什么是坏,以及讨论道德责任义务的学科。伦理学的本质是关于道德问题的科学,是道德思想观点的系统化、理论化。很多大学都把《学术伦理学》作为一门必修课,但除非你真正从事科研工作,否则不会明白怎样在工作中坚持它。

学术研究本应兴趣和需求引导,进行未知领域的究,但由于名誉或利益诱惑,一些人往往规范与道德搁置一边,他们或假怀孕——先报道预期成果,以此获得优先权或为申请基金作铺垫;或傍大款——自己卖苦力,成果却署上知名专家的名字,以此获得顺利发表;或养小蜜——拿到基金不干活,养几个人为其卖命,成果却当仁不让等等。大学里,常有年轻教师拼命做实验、爬格子,而有帽子专家教授,就可以做做评委,写写序言,甚或签签名字即可获得高倍回报,而将学术研究规范与道德置之脑后。本文主要介绍自然科学领域学术研究的几个案例,他们或多或少涉及学术不规范甚或造假。通过这些案例,读者能对他们行为出自己的判断,将来如何遵循学术伦理提供参考。

我们先看近期个例子:

2002年,美国贝尔实验室的简·亨德里克·舍恩被发现有系统地大量伪造重大实验结果,被视为科学界的最大丑闻之一。1997年舍恩在德国康斯坦茨大学获得博士学位,随后被美国贝尔实验室接收为博士后。在舍恩等待去美国签证期间,贝尔实验室合作者把有机分子材料寄到康斯坦茨大学,由舍恩制成场效应晶体管,并测定其物理性质。舍恩很快就获得了惊人的结果:他得到有机分子具有高温超导的特性,还能把单个有机分子变成晶体管这些结果如果是真的,足以获得诺贝尔奖——贝尔实验室迄今已获得六次诺贝尔奖,舍恩似乎将要延续这一传奇。在短短的两年间,他发表了90余篇论文,绝大多数是在国际权威杂志上,如《科学》和《自然》。有一段时间,舍恩每八天就发表一篇论文。例如:2000年,他在美国《科学》发表5篇论文,在英国《自然》发表3篇论文,全部是第一作者;2001年,他又在《科学》发表4篇论文,在《自然》发表4篇论文,也全部是第一作者。《科学》和《自然》似乎争着发表他的论文。他被誉为爱因斯坦第二。舍恩成为当时物理学界耀眼的一颗明星,荣誉随之而来,在2001~2002年获得了三项奖励青年科学家的大奖。获得诺贝尔奖似乎指日可待。

但是舍恩的沦落和窜升一样的迅速。由于他的发现极为重大,全世界有上百个实验室都试图重复其结果,或在其结果的基础上做进一步研究。但是没有人能够重复出来。这就难免会让人怀疑其中有问题。2002年4月,贝尔实验室有人向普林斯顿大学教授莉迪亚·索恩透露说,舍恩2001年发表在《科学》的一篇论文和同年发表在《自然》的一篇论文的数据有问题,它们用的是不同的实验材料,实验测得的数据却完全相同。索恩和康奈尔大学教授保罗·麦求恩据此对舍恩其他论文的数据图做了核对,发现了更多的问题:同一组数据还被用于2000年《科学》的另一篇论文中,共有6篇舍恩的论文有类似的问题。索恩和麦求恩向《科学》和《自然》编辑部报告了这一发现,同时也通报给舍恩本人、其上司巴特罗格以及贝尔实验室的管理层。舍恩答复说他在写论文时用错了数据图,并登文做了更正。但是盖子一旦被揭开,就很难再遮掩下去了。又有更多的舍恩论文被其他人怀疑有问题。贝尔实验室迅速做出反应,在当年5月成立由斯坦福大学教授马尔科姆·比斯利任主席的独立调查委员会。委员会对涉及25篇舍恩为第一作者的论文的24项造假指控做了调查。在调查过程中,他们发现舍恩没有做实验笔记的习惯;储存在计算机中的原始实验数据则已经被舍恩全部删除,理由是因为计算机硬盘空间不够;舍恩制造出来的实验样品或者已被扔掉,或者已毁坏,没法重新测量;康斯坦茨大学那台舍恩用来制造实验样品的机器则再也没法制造出所需的样品。

2002年9月,舍恩建立的这座科学大厦顷刻间土崩瓦解。调查结果发布的当天,贝尔实验室开除了舍恩。这是贝尔实验室历史上首次出现造假丑闻。德国普朗克研究所本来已定下让舍恩去当实验室主任,这时也不要他了。发表的几乎所有论文被所刊载的杂志整批整批地撤销。

调查过程中,舍恩承认有些论文的数据有问题,也承认伪造了一些数据。但是他声称的确做了实验的,论文是根据观察到的现象写的,只不过为了让实验结果显得更让人信服,才对数据做了窜改。他声称实验结果是真实可靠的,在将来会被他本人或他人重复出来。不过他本人是不会有这样的机会了,不会再有哪家研究机构愿意雇佣他,甚至他的博士学位也在2004年6月被康斯坦茨大学撤销了。

舍恩的造假论文涉及到总共20名共同作者。调查委员会认定造假是舍恩一个人干的,其共同作者没有参与,也不知情。但是这些共同作者,特别是资深作者、舍恩的上司巴特罗格是否也应该对此承担一定的责任呢?合作者之间应该相互信任,不会无缘无故怀疑别人造假,这是科学界的一项传统。在舍恩事件中,合作者过分信赖舍恩,没有人真正了解舍恩是如何制造实验样品和进行测量的,只乐于在论文上署名。舍恩的造假论文都是发表在顶级学术期刊上的,每篇论文在发表之前按惯例都经过了三名同行专家的评议,那么为什么还能获得发表?同行在评议论文时通常也不会怀疑数据的真实性,而只是推敲证据是否充分、论证是否严谨、结果有何价值等。不过,如果仔细审阅论文,有些明显的造假是可以发现的。但是,审阅论文的人未必都那么负责任,编辑部邀请的许多审稿人都是同行,相互间常常利益相关;有些是忙于各种行政事务的大牌教授,他们不情愿做这些默默无闻的事情有些干脆把要求他们审阅的论文转给其研究生代劳。

 

我们再看看伟大的牛顿。英国诗人波谱曾这样歌颂他:

自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中,

上帝说:让牛顿去吧!

于是一切都成为光明! 

1671年,牛顿在剑桥研制了一架望远镜,随后在英国皇家学会会刊《哲学学报》上发表了关于光的本质的理论解释。他指出:光是由粒子组成的!

现在难以考证他的理论是基于真实的实验观察还是猜想,但可以肯定的是,他的一些理论和实验当时难以被证实。资格更老的罗伯特﹒胡克对牛顿的理论提出了最严重的质疑,但当时牛顿的声誉如日中天,胡克的声音很弱。尽管牛顿为自己辩护成功,但说辞很难让其他科学家信服。1673年5月,牛顿撤销了自己的光学讲义出版。1704年胡克去世,牛顿出版了他的《光学》,但里面问题多多,如牛顿的光学理论结论之一:人们不可能研制出消除色差的透镜,经过这些透镜成像后的影像周边会有:牟屎。 他的这一错误观点被当时的人们接受了!直到1749年,牛顿去世21年后,瑞士数学家欧拉出来,发表了一篇如何研制可以消除色差的文章,1758年实验终于成功!

历史学家们发现,牛顿其实早就猜测到他的一些有问题,如他1672年的笔记就显示他的结论与后来发表的截然相反,但他至死未改,这使得消色差透镜组的发明时间推迟了半个世纪!

牛顿为什么没有如实描述他的实验呢? 是思想决定实验,还是实验决定思想,这本来不是问题的,但在当时的牛顿身上可能成了问题。 

 

让我们再看看几位牛人联合演出的一幕月球争霸话剧:

1959年,苏联卫星撞月;1961年美国阿姆斯特朗登月,美苏月球争霸,演化到今天的大国太空梦。其实,月球争霸的序幕早在18世纪就拉开了,让我们看看三位科学家是如何将该序幕拉开的。

月球理论与实验观测的一致性不仅仅是一个基础科学问题,在18世纪它有着不可低估的重要性:该理论的建立将帮助航海家确定轮船的维度,因此有着重要的经济和战略背景。用月球作参照系,航海家可以准确定位经过的岛屿和港口以及行驶中的轮船与这些岛屿和港口的距离,这对建立贸易以及战争准备都是至关重要的。

英国海军由于缺乏月球运动的精确知识,曾多次遭受灾难。1714年,英国议会为此悬赏2英镑,提出度行动”课题,奖励能够找到一种方法确定维度,误差在半度以内。奖金设立之初,没有人知道如何在颠簸的轮船上建立一个时钟,以确定时间。因此,18世纪大部分的学者们设想通过天文方法来解决这一问题。克莱、欧拉和达朗贝尔都在思考,想法利用太阳、地球和月球,因为它们在天空中运动,就像钟表的时针和分针。但是,为了精确辨认这座太空大钟,观测者需要有一个月球精确的时间和位置对应表(类似于中国古代的日晷)。但是,太阳、地球月亮是一个相互耦合的三体运动,远在18世纪,这还是一个很难严格求解的数学问题。

欧拉的伟大无需多说,他不但为数学界出贡献,更把整个数学推至物理领域。他那不倦的一生,共写下了数本书籍和论文。对欧拉来说,物质世界全可描述为数学符号。如果世界与他的数学不一致,那就是世界有毛病。26岁的欧拉坐上了俄国科学院的第一把数学交椅。1713年出生的克莱罗,比欧拉小5岁,18岁即成为法国科学院有史以来最年轻的院士。克莱罗定理给出了地球几何扁率与重力扁率的数学关系,为利用重力研究地球形状奠定了基础。更年轻的达朗贝尔出生于1717年,他没有受过正规的大学教育,靠自学成才。达朗贝尔的研究工作和论文写作都以快速闻名。他进入科学院后,就以克莱作为竞争对手,克莱研究的每一个课题,达朗贝尔几乎都要研究,而且尽快发表。1750年开始,达朗贝尔中断了数理研究工作,开始编辑出版宣传启蒙思想的《百科全书》,成为启蒙运动的主要文件。在序言中,达朗贝尔全面讨论了科学和道德问题,并用唯物主义观点阐明了科学史和哲学史。明确指出,科学的基础是实际的感受;道德的基础是激情、同情和倾向等。达朗贝尔跟欧拉在数学方面小有摩擦,对欧拉却极为推崇,曾直率地说:“把任何别的数学家置于欧拉之上都是一种侮辱”。

就是这样三位赫赫有名的科学家,演绎着早期的月球争霸

    月球围绕地球的运动为椭圆,其拱点围绕地球的运动周期是9年,但即使牛顿也不能给予证明,这就是克莱罗选择月球轨道运动并试图用平方反比万有引力来解释它的原因。但计算了一遍又一遍后,克莱罗却得到了一个18年的运动周期。于是他提出对牛顿万有引力进行修改,添加项。这一修正随即遭到大量牛顿忠实者的反对1747年9月3日和11日,克莱罗两次写信给欧拉,提到要添加立方反比一项,但聪明的克莱罗并没有提供给欧拉详细的数学推导过程。欧拉告诉克莱罗,似乎同意他的观点,同时欧拉也说他已经知道牛顿平方反比定律对月球不适合。他声明在自己还没有发表的一篇论文中,已经指出了牛顿定律不适用于土星的运动。欧拉强调,在他对月球拱点运动的研究中,已认识到这个问题。现在我们无法判定欧拉到底什么时候得到了这些结论,是在克莱罗的信之前呢还是之后。在回信中,欧拉对克莱罗的新引力理论也表示了反对。他指出,对于离太阳最近的火星,克莱罗的引力有可能太大,会与实验观测不符。由此开始,两人的交流开始变得有些冲突。如1748年4月,克莱罗说欧拉关于土星的论文赢得了巴黎科学院奖实在是因为没有更好的论文提交到科学院,土星问题还值得进一步研究,暗示欧拉的论文可能有问题。年轻的达朗贝尔入行较晚,1746年他才对天文问题及其数学解感兴趣。他在论文的处理上特别小心。在没有征求欧拉或其他国外同行的意见前,不会发表任何东西。他送到巴黎和柏林的论文是密封的,并加盖时间邮戳,以防别人剽窃。在1747年6月的巴黎学术年会上,达朗贝尔宣读了关于行星轨道的一篇论文。但他并没有切入核心正题,为了防止克莱的批评,达朗贝尔甚至有意隐藏了他的方法的核心内容。

三位主角各怀心事:好胜的克莱罗,他建议修正牛顿的平方反比定律,尽管该理论当时已被大量实验所证实。要做到这一点,他需要面临各种可能的批评,尤其来自英国和牛顿主义的坚定拥护者;以老者姿态出现的欧拉;小心翼翼的达朗贝尔,他急切需要通过实验的观测,证实自己月球理论的正确性,由此提升他的知名度,但达朗贝尔也明白,他面对的是克莱罗和欧拉。

1749年春天,情况突然发生变化,克莱罗扭转了自己的观点,声明已找到月球运动与牛顿平方反比之间一致性的方案。在给朋友的信中,他写到:因为新的理论极其重要,没人会预见到我的思想。我向伦敦寄去了一封阐述新理论的密信,并要求英国皇家学会主席Folks先生不要打开信件,除非得到我的允许。在巴黎科学院我也做了同样的安排。目的是防止任何人剽窃它,直到我完成所有的计算结果。”到底有没有新理论?我们不知道! 

这年的巴黎学术年会上克莱罗宣读了他的新理论,但没有透露其详细数学内容,达朗贝尔也只好取消他的关于月球运动的报告,大家都密而不发。给朋友的信中,达朗贝尔写到:若不是涉及到克莱罗先生关于月球的工作,我的论文可能已经在印刷了。我一直在等待他先完成,看看我们是否一致。”1751年,达朗贝尔给出了他自己关于月球拱点运动的观点:月球拱点的运动似乎有时候不复合牛顿定律,但我还不敢肯定。我确信,牛顿理论能够解决这个问题。文章末尾,达朗贝尔宣称将很快发表他对该问题的正确解答。 

欧拉对这件事也很关注,向克莱罗索要他的新理论,但克莱罗的回信中并没有向欧拉透露半点风声,只是告诉欧拉他的新计算结果将很快发表。1750年,欧拉为获得克莱罗的理论,开始迂回进攻。利用人脉,他建议俄罗斯皇家科学院就下面的课题设立学术奖:我们观测到的月球运动与牛顿理论到底一致还是不一致?然后欧拉像路人一样给克莱罗和达朗贝尔写信,鼓励他们参加。这样身为秘密评委的欧拉就有机会看到他们的计算方法。但是,对欧拉存有戒心,达朗贝尔不参加。17512月,欧拉终于得到了克莱罗的参赛论文,他很快意识到克莱罗的确解决了这个问题,同时,欧拉也找到了解决这个问题的另一个方法。欧拉先试图把自己的论文和克莱罗的论文一同在圣彼得堡发表。后来听说在柏林可以很快出版,又把手稿要回。可是柏林的出版计划意外流产,欧拉的论文,最后只好于1753年,在圣彼得堡发表。此时克莱罗的论文已经发表了好几个月。 

1754年,达朗贝尔出版了专著《宇宙体系的几个要点研究》,其中就包括对月球轨道的研究。狡猾的达朗贝尔在序言中只字不提克莱罗在1749年就宣布了结果,也不提一年前欧拉论文的发表,而宣称自己早在1751年之前就解决了这个问题。这就意味着达朗贝尔第一个解决了月球运动问题。达朗贝尔的“疏忽”惹恼了欧拉,在17541116日给朋友的信中,欧拉批评达朗贝尔所说的法国以外无人给出月球理论的话,他说早在克莱罗和达朗贝尔之前就一直研究这一问题。欧拉甚至宣称既不是克莱罗也不是达朗贝尔发现了月球运动理论并且给出运动时刻表。月球运动时刻表是他欧拉一直想给出的。

    事情就这样在演绎着。1755年,一位年轻的德国天文学家,Tobias Mayer,最终提交了一份精确的月球运动表,仔细考察发现此表是基于欧拉的理论,Tobias Mayer赢得了奖金,但已是41年后,奖金只有区区300英镑。 

人类社会需要伦理,自然科学也需要伦理!上述几个案例或多或少出现了不遵守学术伦理的行为。类似地,研究中有意识地挑选有利数据的“采摘樱桃”;数据复用或一稿多投的“共享樱桃”;抄袭他人数据或结论的“窃取樱桃”;超越本人知识结构或能力的“错摘樱桃”等等,都是严重的学术不端或不规范。 

自然科学的学术伦理既包含在研究实施中,也包含在成果发表中。1661年,波义耳在他的《怀疑的化学》里举例:一艘航海船靠岸了,船员们为岸上的人们讲述很多远方发生的离奇美妙的故事,但是真是假呢?波义耳说,答案就是设立一个精英团体,这个精英团体理解“事实”与“假想”的重要性。革命导师马克思、恩格斯也同意这一观点,认为“波义耳把化学确立为科学”。1662年英国皇家学会成立了!波义耳进一步阐释:实验结果应有更多的目击证人,最重要的是具有可重复性!他说:公布的实验结果应该是自然的、真实的和精确的。仪器和设备不尽完善的地方要详细地描述,可能存在的误差和有争议的地方应该阐释清楚。实验无论成功与否,都应细致地归档,并审慎地发表。

1665年,第一本学术杂志《哲学学报》创刊科学家们科学研究的体制也正式确立。这些期刊提供一个交流平台,但它有标准。一个人无论其学术主张多么伟大,如果没有发表其学术观点,那么就不属于学术界。如当时流行的炼金术。牛顿在撰写其《光学》一书时,显然也意识到了书中的理论必需先经过学术期刊这一关,否则就底气不足。但声誉日盛的牛顿后来忽视了这一点。有些人知道这一规范,仍然冒险造假。历史上揭露的第一个造假是1761年一位作者发表在法国《艺术与科学期刊》上的反牛顿万有引力的文章,1773年被揭发是作者杜撰的。1784年,为急于将自己纳入欧洲学术界,马耳他天文台台长迪安格欧斯在《学者杂志》上发表了一篇关于彗星的研究报告,1820年被指造假。

1830年,巴比奇是最早论述学术欺诈的人,他的《英国科学衰败的影响极其原因》认识到:随着科学的组织化程度日益增强,职业的激励机制开始发挥作用,撰写实验报告的标准会逐渐下降。巴比奇指出一个不健康的学术现象:一些科学家似乎不愿去批评他人的学术主张了,因为他们期待着那些人也会为自己将来的利益投赞成票。

当前,科学技术突飞猛进,数据积累浩如烟海,如何进行学术研究,胡适先生说的很到位:大胆假设,小心求证!

 

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