再現性

再現性は、複製可能性や反復可能性と密接に関連しており、科学的方法を支える主要な原則です。研究結果が再現可能であるということは、実験や観察研究、あるいはデータセットの統計分析によって得られた結果が、研究を再現した際に高い信頼性で再び得られることを意味します。再現にはさまざまな種類がありますが^{[ 1 ]}、一般的には、異なる研究者が同じ方法論を用いて再現研究を行います。このような再現が1回または複数回成功して初めて、結果が科学的知識として認められるべきです。

科学における再現性の重要性を最初に強調したのは、17世紀のイングランドにいたアイルランド系イギリス人の化学者ロバート・ボイルでした。ボイルの空気ポンプは、当時非常に議論の的となっていた真空状態を作り出し、研究するために設計されました。実際、ルネ・デカルトやトーマス・ホッブズといった著名な哲学者たちは、真空の存在そのものを否定していました。科学史家のスティーブン・シャピンとサイモン・シャファーは、1985年の著書『リヴァイアサンと空気ポンプ』の中で、ボイルとホッブズの間で繰り広げられた、表向きは真空の性質をめぐる論争を、根本的には有用な知識をどのように獲得すべきかという議論として描写しています。実験的方法の先駆者であるボイルは、知識の基礎は実験的に得られた事実によって構成されるべきであり、それらの事実は再現性によって科学界にとって信頼できるものになると主張しました。ボイルは、同じ実験を何度も繰り返すことで、事実の確実性が明らかになると主張したのです。

17世紀には複雑で高価な装置であった空気ポンプは、特定の科学現象の再現性をめぐる最初の記録に残る論争の一つにもつながった。1660年代、オランダの科学者クリスティアーン・ホイヘンスはアムステルダムで独自の空気ポンプを製作した。これは、当時ボイルとその助手であったロバート・フックの直接の管理下にない最初の空気ポンプであった。ホイヘンスは、空気ポンプ内のガラス瓶の中で水が浮遊しているように見える現象（実際には気泡の上に浮遊している）を「異常浮遊」と名付けて報告したが、ボイルとフックは自分たちのポンプではこの現象を再現できなかった。シャピンとシェーファーが述べているように、「イギリスで入手可能な2つのポンプのうちの1つでこの現象を再現できなければ、イギリスの誰もホイヘンスの主張やポンプ操作の能力を認めないだろうということは明らかだった」。ホイヘンスはついに1663年にイギ​​リスに招かれ、彼の個人的な指導の下、フックは水の異常浮遊を再現することができた。この後、ホイヘンスは王立協会の外国人会員に選出された。しかし、シャピンとシャファーは、「再現の達成は偶発的な判断行為に依存していた。再現が達成されたか否かを公式で示すことはできない」とも指摘している。^{[ 2 ]}

科学哲学者 カール・ポパーは、1934年の有名な著書『科学的発見の論理』の中で、「再現不可能な単一の出来事は科学にとって何の意味もない」と簡潔に述べている。^{[ 3 ]}統計学者 ロナルド・フィッシャーは、仮説検定と統計的有意性という現代の科学的実践の基礎を築いた1935年の著書『実験計画法』の中で、「統計的に有意な結果が得られる実験の実施方法がわかっている場合、現象は実験的に実証可能であると言える」と書いている。^{[ 4 ]}このような主張は、再現性が科学的事実を確立するための必要条件（必ずしも十分条件ではないが）であり、実際にはあらゆる知識分野における科学的権威を確立するための条件であるという、現代科学における共通の教義を表している。しかし、シャピンとシェーファーが上で指摘したように、この教義は、例えば統計的有意性のように定量的に定式化されておらず、したがって、事実が再現可能であるとみなされるために何回繰り返されなければならないかは明示的に確立されていない。

再現性と反復性は、一般的には再現性と同義語として使われることが多い関連用語ですが（例えば、一般大衆の間で）、より正確な意味で区別することがしばしば有効です。以下にその例を示します。

実験研究や観察研究の再現性に関して、大きく分けて2つの段階が区別されます。まず、再現性を達成しようとして新たなデータが得られる場合、再現性という用語がよく用いられ、その新たな研究は元の研究の複製または再現となります。元の研究のデータセットを同じ手順で再度分析して同じ結果が得られた場合、多くの研究者は、計算研究で用いられることから、狭義の技術的な意味で再現性という用語を用います。再現性とは、同じ研究者によって同じ研究内で実験を繰り返すことを指します。本来の広義の再現性は、独立した研究者チームによる複製が成功した場合にのみ認められます。

再現性と複製可能性という用語は、科学文献においても逆の意味で現れることがある。^{[ 5 ] [ 6 ]}これは、異なる研究分野が同じ用語に対して独自の定義を確立したためである。^{[ 7 ]}

化学では、再現性と繰り返し性という用語は、特定の定量的意味で使用される。^{[ 8 ]}研究室間実験では、化学物質の濃度またはその他の量を異なる研究室で繰り返し測定して、測定値のばらつきを評価する。そして、同じ研究室内で得られた 2 つの値の差の標準偏差を繰り返し性と呼ぶ。異なる研究室からの 2 つの測定値の差の標準偏差を再現性と呼ぶ。^{[ 9 ]}これらの尺度は、計測学における分散成分 のより一般的な概念に関連している。

野口秀世は、自分の研究室で梅毒の細菌を培養できると主張した。他の誰もこの結果を出せていない。^{[ 33 ]}

1989年3月、ユタ大学の化学者スタンリー・ポンスとマーティン・フライシュマンは、核反応（「常温核融合」）でしか説明できない過剰な熱の発生を報告した。装置の単純さを考えると、この報告は驚くべきものだった。それは基本的に、重水とパラジウム陰極を含む電気分解セルで、電気分解中に生成された重水素を急速に吸収するものであった。報道機関はこの実験を広く報道し、世界中の多くの新聞の一面記事となった（記者会見による科学を参照）。その後数ヶ月にわたり、他の研究者もこの実験を再現しようと試みたが、成功しなかった。^{[ 34 ]}

ニコラ・テスラは1899年にはすでに、高周波電流を使って25マイル（40km ）以上離れた場所から電線を使わずにガス灯を点灯させたと主張していた。1904年には、電線を接続せずに電力を送受信する方法を実証するために、ロングアイランドにウォーデンクリフ・タワーを建設した。この施設は経済的な問題で完全には稼働せず、完成しなかったため、彼の最初の成果を再現する試みは行われなかった。^{[ 35 ]} 

反証によって当初の主張が覆されたその他の例：

• N線は、仮説上の放射線形態であったが、後に錯覚であることが判明した。
• ポリウォーターは、仮説上の重合形態の水であったが、実際には一般的な汚染物質を含む単なる水であることが判明した。
• 刺激誘発性多能性獲得は、詐欺の結果であることが明らかになった。
• GFAJ-1は、リンの代わりにヒ素をDNAに取り込むことができるとされる細菌である。
• MMRワクチン論争――医学誌「ランセット」に掲載された、MMRワクチンが自閉症を引き起こすと主張する研究は、捏造であることが明らかになった。
• シェーン事件― 半導体の「画期的な進歩」は不正だったことが判明
• パワーポーズは、非常に人気のあるTEDトークのテーマになった後、急速に広まった社会心理学の現象ですが、数十の研究では再現できませんでした^{[ 36 ] 。}
• LK-99は室温超伝導体として再現性がない。^{[ 37 ] [ 38 ]}

• ティマー、ジョン（2006年10月）「科学者による科学論：再現性」 Ars Technica。
• Saey, Tina Hesman (2015 年 1 月) 「科学研究をやり直すことは真実を見つける最良の方法なのか？再現実験の過程で、あまりにも多くの研究が基準を満たさない」。サイエンス ニュース。 「科学は取り返しのつかないほど壊れているわけではない」と、疫学者のジョン・イオアニディス氏は断言する。「ただ、少し改善が必要なだけだ」。「かなり憂鬱なタイトルの論文を発表してきたにもかかわらず、私は実は楽観主義者だ」とイオアニディス氏は言う。「社会にとって、科学ほど適切な投資先は他にないと思う」。

• オープンサイエンスセンターによる透明性とオープン性促進ガイドライン
• 米国国立標準技術研究所（NIST）の測定結果の不確かさの評価と表現に関するガイドライン
• CTuning財団によるアーティファクトを含む再現可能な論文
• ReproducibleResearch.net