§1 生物實驗中的因果推理（1）彌爾方法

生物學家常要從實驗資料中「推導」出隱藏在現象底層的因果關係，而他們最常用的推理方法可追溯到十九世紀哲學家彌爾（John S. Mill）提出的方法論，後人直接簡稱為「彌爾方法」（Mill’s Methods）。彌爾主張用人類最初也是最基本的推論方式，也就是歸納法，他將因果視為一種規律性，拒絕在調查清楚前就冒然引入任何不易理解或神秘的因果力，這點他與休姆的立場相同。不過，對彌爾而言，他真正關心的是因果事件間的「不變的連續性」（invariability of succession）（Mill 1996 [1843], III, v.2）①。

現象的不變連續性是由許許多多先行事件（antecedents）與結果組成，如果一個調查者一心只想對「某個」先行事件認為它就是造成結果的原因，彌爾會覺得很奇怪，因為不變的連續性是所有相關因素共同作用的結果，「真正的原因是（所有）先行者的整體，我們沒有道理只對它們當中的某一個賦予『原因』這個名稱。」（Mill 1996 [1843], III, v.3）雖然一般人會很直覺地把「最明顯」的先行者看成原因，但那是因為要符合實用的目的，習慣把較不明顯或隱然的先行者看成「條件」，而不是「原因」，如一個人在爬樓梯時摔死了，一般會先忽略他的體重而去注意樓梯是否有損壞或有障礙物等較明顯的先行者，就算後來發現體重可能也是造成死亡的原因之一，但會傾向將體重視為「條件」而不是「原因」。

對彌爾而言，調查因果需要把所有的條件與因素連在一起來看，他說「原因，無論是正向的負向的，是所有條件的總和﹔當所有偶然的總和都調查出來後，結果才會出現。」（Mill 1996 [1843], III, v.3）因此，所有的相關條件都是不可或缺的，僅挑選去看某個條件跟結果間的關係都是「不充份的」（insufficient）因素。

那麼，彌爾何時會說「某個」事件是造成結果的原因呢？畢竟，為了調查因果，我們還是會想對所有條件做區辨，想知道什麼是原因，什麼是條件？彌爾認為，真正的原因是「無條件的不變的先行者」，就是在那些表面看似規律或有共同關係的事件中，無帶任何條件且自始至終都不會改變的先行者才是造成結果的原因。例如，白天之後是黑夜，黑夜之後是白天，但我們不會說白天是黑夜的原因，也不會說黑夜事白天的原因，因為無論是白天或黑夜都不是「無條件的不變的先行者」，白天與黑夜只是兩個不斷輪流出現的現象，而這個現象需要仰賴其它很多因素和條件才能成立。真正造成此現象的原因是太陽的運行，太陽才是「無條件的不變的先行者」。

「現象就像一張網，不變的先行者被稱作原因，不變的後者被稱作結果。」（Mill 1996 [1843], III, v.2）而科學方法就是把「不變的連續」這張網的織線給弄清楚，那要怎麼做才能把網弄清楚呢？彌爾說「分解混亂」，也就是把一連串複雜的事件區分為先行者與後者，但這樣並不會告訴我們要如何排列才能組成出「不變的連續」。我們要嘛是用大量的觀察法去看哪些是先行者、哪些是後果？要嘛就是做實驗，「人為地去安排那些條件，做一個出來（make one）」。對彌爾來說，我們已假定了萬物有統一性，要了解現象的因果，除了要去分解它，再來就是用觀察或實驗來確認先行者與結果之間是否存有因果關聯。當然，純粹的觀察與實驗不同，純觀察無法解開表面上去存在的前後相伴關係，頂多只能證明有「不變的連續」，唯有透過實驗，才能找出誰是「無條件的不變的先行者」。

實驗除了可以幫助我們區辨偽因果，還能幫助我們決定「因果方向」（the direct of causality），「設想一下，如果僅拿後果和原因來作比較，我們會發現，先行者或許看似是和後果不變地連在一起，但這還沒有證明先行者就是原因，直到我們扭轉過程（reversed the process），用先行者產生結果。如果能人為地產生先行者，真的這麼做而結果真的也出現了，此時歸納也就完整了。」（Mill 1996 [1843], III, v.4）互換言之，唯有人為的重現先行者和結果，才能確保原因是原因、結果是結果，沒有實驗的觀察，只能說是連續與共存的關係，未必是因果。

介紹完彌爾的因果觀，接下來我們來看彌爾方法的內容。彌爾方法共有五種，表示在實驗行為中，至少有五種因果推理模式：一致法（The Method of Agreement）、差異法（The Method of Difference）、合併一致與差異法（The Joint Method of Agreement and Difference）、殘留法（The Method of Residues）、相伴變化法（The Method Concomitant Variation）。在這五種方法裡，我們選擇最根本也算是最重要的差異法來介紹，另外四種方法可見陳瑞麟所著《科學哲學：假設的推理》之第五章〈假設的建構〉，裡面皆有清楚且平易例子的說明。

我們引用陳瑞麟對差異法的表述：「在一群有已知共同條件的個例中，如果有一個現象出現在某些個例上，但沒有出現在其他個例上，又出現在該現象的個例有一個額外的條件是其他個例沒有的，則可以推論那個條件很可能就是造成那個現象的原因。」（陳瑞麟，2014: 162）上述內容忠實重現了彌爾本來的意思。彌爾在原著裡有舉一個例子：當一個人受到槍擊，子彈從他的心臟穿越而過，在所有條件都不變的情況下，我們會說槍擊是造成這個人死掉的原因，因為在此之前，他是活著好好的（Mill 1996 [1843], Ch. 8, §2）。差異法推理不僅常見於日常生活推裡，科學家在實驗室裡也常以此作為推理模式，特別是在實驗過程中，用實驗干預（experimental intervention）產生差異，企圖層層挖掘出隱藏在複雜現象底層的原因，這種建立在差異的因果推理調查，受到當代因果操控論哲學家伍德沃（James Woodward）的精緻研究（Woodward 2003）。

讓我們以生物實驗室為想像場景，想像一位科學家正在調查細菌生長是否與某種抗生素有因果相關？他想知道：該種抗生素是否有抑制細菌生長的性質。科學家先把調配均勻的細菌混合液分成不同等份，然後對其中一組細菌加入某份量的抗生素成為實驗組，對另一組細菌加入相同等份的磷酸鹽緩衝實驗水形成控制組，接著對實驗組與控制組給予不同份量的抗生素與實驗水。然後，他開始紀錄所有組別的細菌生長數量。這裡無論是哪個組別，對應的唯一差別就是前者有抗生素存在，後者無。在這樣的實驗設計下，科學家排除了抗生素是造成細菌生長以外的其他原因。

如果我們在此將科學家的推理稍微加以形式化，把抗生素記為A，受抑制後的細菌數量記為W，那麼生物學家就從可觀察的實驗資料或數據推出「在存在A的溶液S1裡，出現W，而不存在A的溶液S2裡，就沒有W」，如此形成「A是S1裡出現W的原因」（即抗生素會抑制細菌生長）這樣的假設。

當然，這樣的差異法推理不算是非常穩固的因果推理，原因很簡單，在實驗過程中，會有實驗者能知與不能知的其他干擾因素（confounders），有時干擾因素是實驗者在操作時不經意產生的，如攪拌不夠均勻、溫度等環境條件沒有控制好，或是實驗者在放入抗生素之際，出現了未知的因果互動，換言之，造成細菌數量變化有可能是多種原因的結果，也就是「因果的多元性」（plurality of causes）（Mill 1996 [1843], Ch. 3）。不過，撇除因與果之間的複雜性，彌爾的差異法的確掌握了生物學實驗中一個很重要的精髓，也就是透過差異找原因，這正符合另一位著名的因果潛能論哲學家卡特萊特的一句話：「沒有致因進來，就沒有致因出去」（“no causes in, no causes out”, Cartwright 1989, Ch.2）原因是造成差異的來源，故若欲尋找原因，便要從差異著手，這大概就是彌爾差異法的基本意涵。

如前所提，彌爾方法的因果論除了與傳統因果形上學有關，相關爭論包括規律論、僅出現一次的事件其因果關係為何、因與果是否具有對稱性等問題從二十世紀以來就從未停歇，甚至到了二十世紀末，有哲學家欲把彌爾方法更加精煉為細緻、完美的因果推理，企圖將其形式化和通則化以解除來自休姆歸納問題的糾纏（見Weber 2012，§1.1-1.2有較詳細的介紹）。另外也有哲學家嘗試在生物學實際發生的案例中，找到可印證彌爾方法或反對有人宣稱已印證的討論，如Grasshoff and May 1995與Weber 2005, Ch. 3 兩造對於柯瑞伯（Hans Kreb）於實驗推理中發現尿素循環是否符合彌爾的差異法有不同見解。由此可見，這些努力的背後有個深遠的科哲探問，就是想要回答傳統的科哲問題：「到底什麼是『科學發現』？」，無論邏輯經驗論或歷史學派的孔恩典範論曾給出怎樣的答案，著眼於生物實驗與彌爾方法的哲學家，則是想要從科學家實驗中的資料一致性、差異性與比較性出發，提供一個科學家如何建構一個新假說的不同觀點。

總體而言，彌爾是以歸納法為推理基礎，透過實驗收集資料形成規律性，進而形成因果定律，但這裡面預設了歸納法、自然齊一性、不變的連續性，這些都是休姆或休姆論者長久以來會質疑的地方，相關的哲學爭辯非常多也很複雜，我們在此暫不討論，僅對彌爾的方法論做初步介紹。

① “The Law of Causation...is but the familiar truth, that invariability of succession is found by observation to obtain between every in nature and some other fact which has preceded it...” (III, V, 2) Mill, J. Stuart (1843). A System of Logic, Ratiocinative and Inductive: Being a Connected View of the Principle of Evidence, and the Methods of Scientific Investigation. London: John W. Parker.