近期發生在Kansas和Pennsylvania的對以教授智能設計取代達爾文的自然選擇理論（或者不十分準確地說，進化理論）的反對正在不斷升溫，但是卻沒有帶來多少啟發。這場辯論——如果我們可以這樣稱呼——似乎已經蛻化為雙方各自為其理念布道。本文的目的不是陷入泥潭重新探討這場爭論，而是，我對這次混亂的一些相當令人尷尬的副產品有所感觸。
我清楚地感到在很多人頭腦里，“科學理論”與“科學定律”的區別是混亂的，他們感到疑惑：“科學理論需要什么才能被認為是真實正確的？”
我將嘗試解釋為什么這是一個錯誤的問題，因為我們永遠無法用實驗來“證明”一個理論。我將通過深度探討科學證明的本質進行解釋。然后我將說明這些原則可以怎樣以一些有趣而出乎意料的方式應用到軟件開發中。
背景
當你尋找解釋某事的理論時，最好的情況是你找到了一個非常通用的理論。也就是，你的理論在任何時候，任何情況下，無一例外地都是適用的。如果你找到了這樣一個理論，你可以這樣開始描述它：“以下的結論是永遠真實的。。�！�
實際上，盡管科學研究已經持續了幾千年，我們只有非常少的這種永遠真實理論。幾乎所有理論有其“應用范圍”。例如，今天我們知道牛頓于十七世紀建立的經典力學理論在我們達到原子級時就不再適用了。在原子級上，經典理論不再作出精確的預測，我們需要另一種理論，量子力學，來解釋發生的現象。類似地，在速度與光速相比非常低的時候，經典理論可以很好工作；當達到或接近光速時，我們需要愛因斯坦的狹義相對論進行預測。因此，需要注意理論只在特定領域里是“正確”或“非常接近正確”的。在這一領域外我們就需要其它理論，而該理論的適用范圍可能包含也可能不包含原理論的適用范圍。因此有時我們有一些“更通用”的理論，其他的理論只在某些限制條件下是正確的。
當然，如果你有一個你相信是“通用”的理論——也就是，它適用于所有情況——你必須對它進行測試�？茖W在本質上是一種實驗過程，而測試一個通用理論包括逐漸擴大邊界，持續消除限制條件，以證明理論確實對所有情況都是適用的。
實驗結果
一個科學實驗定義了它所進行的適用范圍。被限制在適用范圍中的實驗得到符合或是不符合理論的結果。這些情況被總結在一個2x2的矩陣中，如圖1所示。
圖1：理論和實驗
當然，在實際世界中，我們無法知道我們在矩陣的左邊還是右邊——我們不知道理論是否正確。我們通過做實驗能知道的所有事情是，實驗結果符合或是不符合提出的理論；也就是說，我們可以“看到”圖表的上半部或是下半部。讓我們分析這四種可能結果。
在實驗符合理論的情況下（由圖1的上半部示出），我們有兩個可能相關也可能不相關的結果：
A. 理論是不正確的，或受限的，但是還沒有實驗，包括我們剛剛完成的實驗，推翻它（左上的情況）。
B. 實驗表明理論是正確的，理論在接受程度甚至適用范圍上有所增長（右上的情況）。
在后面我將對這兩種結果作進一步解釋。
在實驗不符合理論的情況中（由圖1的下半部示出），我們要考慮兩個沖突但重要的情況。結果與理論是不一致的。這意味著以下二者之一：
C. 理論是正確的，實驗有錯誤（右下的情況）。
D. 實驗是正確的，理論必須被推翻，修改，或加以限制（左下的情況）。
讓我們先來看看后兩種結果。
不符合理論的實驗
很明顯，結果C是非常危險的，因為僅僅一個“反面數據點”就可以歪曲理論。在所有情況下，如果實驗者犯了錯誤，我們無一例外地得到錯誤的結果。這就是檢查和再檢查實驗工作，由不同的科學家在不同的實驗室重復實驗以發現我們是否得到“復制”的結果非常重要的原因。但是讓我們把注意力集中到結果D，它有兩種子情況：
D1：理論在廣義上是錯誤的。
D2：該實驗表明理論在應用范圍外的某些區域是錯誤的。
也就是說，該實驗發現了一個新的理論不適用的領域。在先前測試的更為嚴格的領域中理論可能仍是正確的。這就是我們對理論有三種選擇——推翻，修改，或對新的范圍加以限制——的原因。
在有些時候，科學界不愿意基于一個相反實驗推翻一個已被接受的信條。通常理論被修改或“打上補丁”來適應新的數據。只有在出現了若干否定實驗和多個補丁后科學界才開始尋找一個能夠解釋所有結果的更好的理論。這是Thomas Kuhn在其著作科學革命的結構中的發現，在書中他引進了一個“規范變化”的概念。
符合的實驗
現在讓我們回到圖表的上半部。我們達成了一致并且愿意相信實驗；也就是說，我們沒有理由懷疑實驗有錯誤。這就意味著理論是“正確的”嗎？
當然，如果理論就是基于可證實的真理（右上的情況）的，我們就得到了一致的結果。我使用了“可證實”的真理，因為有些理論在實現獲得必要的客觀性的技術突破前是無法被證實的。例如，地球是圓的是一個古希臘人的理論，1但是現代宇宙飛行使這一理論成為了一個可見的事實。因此，在我們不再需要“實驗”來為理論提供更多證據之前，我們擁有的只是一些“正面數據點”，它們充當了我們相信理論與真理的方向是一致的的理由。也許該實驗擴展了理論的適用范圍，因為先前沒有實驗證實了理論在該范圍內適用。因此盡管實驗結果增加了我們對理論的信心，它永遠不能“證明”理論對所有情況都是正確的。這是因為沒有實驗能在所有情況下驗證理論——它所能做的只是在一組特定情況下驗證理論。
最后一種情況，也就是左上的情況是怎樣的呢？在這種情況中，驗證的理論是不正確的，但是實驗并沒有顯示矛盾。問題出在哪里？最有可能的情況是理論并沒有在其不適用的領域被驗證。實驗被限制在理論仍然適用的領域里了，因此我們所做的只是“證實”了理論在該限制領域內適用。當我們進入沒有進行實驗測試的領域時，所有的猜想賭注都結束了。這就是為什么在它們被廣泛應用前理論會多年停留在“實驗證明”的狀態。這是因為還沒有實驗在理論將會失敗的領域內測試它們。多數科學研究包括“擴張界限”，于是一個理論的適用范圍將包含越來越多的空間。一般地，將一個理論擴張到足夠的空間需要幾十年甚至上百年間大量實驗的共同工作成果。而且有時要由一個十分新穎的實驗來發現一個建立了很長時間的理論一組的需求領域。
隨著越來越多的可獲得空間被填充，理論獲得了增加的正確性并逐漸形成了我們稱之為定律的東西。例如，我們談論牛頓的萬有引力定律，它說的是兩個物體之間的吸引力與它們質量的乘積成正比，與它們之間的距離的平方成反比。要使這一描述過時，我們必須進行一個產生與理論不符的結果的實驗。
但是即使在這里也有爭論；在理論級上協調萬有引力定律與量子力學一直是很困難的。這實際上并沒有動搖萬有引力定律作為“定律”的地位；只是人們認識到在非常小的距離內，其它力變得更為重要。
預測的作用
理論應該不僅“解釋”通過實驗獲得的后驗數據。一個好的理論應該能夠預測先驗數據，實驗結果將會是怎樣的。如果得到的結果與預測是一致的，我們就有了支持理論得更強有力的論據。非常好的理論基于很少量的假設有很強的預測能力。而較弱的理論即時在有很多仔細“調整”過的輸入參數的情況下仍然不能做出好的預測。換句話說：留神那些有太多“旋鈕”的理論。在某種意義上，這就是實際中的奧卡姆剃刀：相對復雜的理論，我們更傾向于喜歡簡單的理論。并且我們必然對那些提出了很難度量或者根本無法度量的機制——比如，以太，就是量子力學中所謂“隱藏變量”——的理論有所偏見。
John Walker指出，在觀測科學中，比如天文學和宇宙學，人們無法進行實驗，而必須通過根據理論做出預測然后檢查預測與觀測結果是否吻合來測試理論。這有時被稱為“追溯”。例如，大爆炸理論對原始時期氫氣，氦氣和氘的大量存在做出了非常精確的預測。精確性度量很可能歪曲這一理論，盡管從某種意義上來說，實驗只在130億年前進行過一次。
下面是到目前為止我們主要探討的內容小結：
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