【科學哪裡來】 從自然實驗 看出因果關係

文/黃詠翔 |2021.10.28
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今年諾貝爾獎經濟學獎分成兩半,一半頒給卡德(David Card),以表揚其在勞動經濟學的成就;另一半則辦發給安格里斯特(Joshua Angrist)與因本斯(Guido Imbens),他們團隊一系列的研究解決了自然實驗(natural experiments)中的因果關係。圖/BOB

文/黃詠翔

今年諾貝爾獎經濟學獎分成兩半,一半頒給卡德(David Card),以表揚其在勞動經濟學的成就;另一半則辦發給安格里斯特(Joshua Angrist)與因本斯(Guido Imbens),他們團隊一系列的研究解決了自然實驗(natural experiments)中的因果關係。若將上句話拆成幾個字詞,同學們或許還看得懂,如「實驗」、「因果關係」,但連成一句後就好像變成無字天書了。

首先我們複習一下,先前專欄中提到的一些基本觀念,還記得「實驗」的意思嗎?科學實驗與庶民實驗的差異在於嚴謹性,而嚴謹性的好壞就靠研究人員「控制」的技巧;僅保留想了解的項目,排除其他會干擾實驗的因素,才能推論出正確的因果關係。

我們若想知道疫苗有沒有效,最基本的實驗方式是將受試者分成兩組,其中一組打疫苗、另一組打安慰劑;其餘會干擾疫苗實驗的因素,如受試者的年紀、人種、生心理狀況,皆要控制得宜(詳見文末QR code),如此獲得的結果才能夠推導出因果關係:打疫苗(因)會降低感染新冠病毒的機率(果)。

設計不周 無效推論



那「自然實驗」又是何意呢?其中的「自然」,並非學校理化、生物課的那種自然喔!而是:在自然情境下所做的實驗。舉個例子,有位棒球專家想了解「從小密集訓練」是否能使選手長大後進入職棒。幸運的是,他剛好找到各種情況相似的兩個國家的國小棒球隊,來充當「實驗組」與「控制組」:A國家國小棒球隊從小密集訓練、B國家則是快樂棒球(打健康的)。

經長期追蹤發現,A國家有3位進入職棒、B國家有10位。這位專家因此推論:棒球從小密集訓練無助於長大後的職棒道路。有人會覺得這個實驗做得還不錯,有實驗組、有控制組,也盡量找到情況相似的棒球隊做實驗,實驗結果理應可信,然而並非如此。同學們能找到哪些地方不對勁嗎?

過多干擾 難以控制



若要找碴可多了。最明顯的問題就在專家沒有「主動」去控制因素,如國家人種因素:B國家的人種也許天生就比A國家來得有運動天分,因此無論有無密集訓練,他們就是容易進入職棒!所以我們無法推導出「從小密集訓練」(因),能讓選手進入「職棒」(果)的因果關係,這就是自然實驗得面臨的問題:自然實驗存在許多干擾因素,因此無法清楚推論出因果關係。

此時有人會直覺地問:為何要有這種吊兒啷噹的自然實驗,直接做一個嚴謹的科學實驗來驗證就好啦。真的有那麼簡單嗎?下回解答。 (上)

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