“奥卡姆的剃刀”在科学界是一个广为人知,但却并未得到广泛认可的一个原理。至于这个原理的提出者,我也是真没弄明白这哥们到底叫什么名字,到底是叫威廉还是叫奥卡姆,还是叫个性十足的“奥卡姆的威廉”,今天我就不纠结了,就暂且叫他奥卡姆吧,希望学识渊博的朋友可以为我们指点迷津。奥卡姆“奥卡姆的剃刀”是于14世纪由奥卡姆提出的,该原理通常表述为:如无必要,勿增实体。其中,“剃刀”的含义就在于剪除一个理论模型中那些不必要的假设或参量,或者是从两个处于竞争地位、结论相同的理论模型中,选择那个形式或结构更简单的模型。由此也可见,“奥卡姆的剃刀”与科学思辨中的简单性原则有某种异曲同工之处。就科学研究来说,“奥卡姆的剃刀”经常具有启发性或指导性的意义,一个最简单也最典型的例子就是太阳系中行星的运动。原则上说,人们既可以从地心说出发,也可以从日心说出发来计算太阳、月亮和地球的相对运动状态,毕竟地球和太阳是相互绕转的,说地球是中心也完全说得过去。但哥白尼注意到,地心说要比日心说需要更多的假设才能得到相同的结果,所以他宁愿选择后者。这个选择的过程,恰好就是“剃刀”发挥作用、去繁就简的过程,最终引导人们以日心说为基础建立了完整的太阳系模型。就像奥卡姆本人在其著作《箴言书注》中所强调的那样,切勿浪费较多的东西去做用较少的东西同样可以做好的事,换句话说,无必要的东西,均可被剪除。复杂的地心说模型“奥卡姆的剃刀”原则同样被用于现在人们对宇宙的研究中。关于宇宙的前世今生,霍金在《时间简史》中曾做过这样的表述,他说:我们仍旧可以想象,对于某些超自然的、有本事不动声色地观察宇宙现状的生灵而言,存在一整套无所不能的定律。不过我们这些凡人对这样的宇宙模型并不是很感兴趣。看来最好采用被称作“奥卡姆的剃刀”的原理,剪除这类理论中所有那些无法被观测的特征。可见,霍金更青睐于一个尽可能简洁、比较容易被验证的宇宙学理论。现在被称作“大爆炸宇宙学模型”的ΛCDM模型就是这样一个理论,其中Λ代表代表真空能量的宇宙学常数,而CDM则是冷暗物质的缩写。宇宙学常数Λ最初是由爱因斯坦本人于年引入广义相对论方程的,其用意在于抵消引力的效应,以获得一个所谓的“静态宇宙”。但哈勃于年发现了宇宙膨胀现象,这使得爱因斯坦对当初引入宇宙学常数的轻率之举后悔不已,感到自己当初图样了,并声称那是自己职业生涯的最大败笔,堪比JR史密斯跑错了方向。似乎是“奥卡姆的剃刀”起了作用,从年到年的六十余年间,绝大多数宇宙学研究者都假设宇宙学常数为0,或者说有意剪除了这个看似不必要的自由参数。但到了年,施密特、帕尔马特、亚当-里斯等人及其所带领的研究团队,通过观测Ia型超新星的光谱红移现象,得出了宇宙正在加速膨胀的惊人结论,而其幕后黑手通常被称作“暗能量”,后者最简单的候选者就是来自爱因斯坦之手的宇宙学常数Λ。现在,科学家们不再坚持剃掉这个神秘的常数,但是他们中的一部分人转而利用“奥卡姆的剃刀”,剪除一些相比之下结论相同、形式更为复杂的暗能量模型。可见,在对宇宙认识的历史中,“奥卡姆的剃刀”也一直在发挥着巨大的,却并不明说的影响力。珀尔马特、施密特、里斯在基本粒子物理学中,“奥卡姆的剃刀”原理同样被很多物理学家用来捍卫结构简单,但预言能力强大的“标准模型”。尽管现在已经存在很多超越标准模型的新理论,但它们在“奥卡姆的剃刀”面前似乎都不堪一击。最典型的例子当属由美国物理学家萨瓦斯-迪莫泡罗斯和霍华德-乔寨等人,于年提出的“最小超对称模型”,其中超对称意味着每个基本的费米子都有一个玻色子伙伴,反之也是如此。该模型的优点有很多,比如可以解决或缓解标准模型的自然性问题,实现电磁力、弱核力与强核力在高能标的统一,以及预言暗物质粒子的存在等等。不过它的缺点也很致命,那就是一方面增加了约个新的自由参数,另一方面,所有超越标准模型的预言都尚未得到高能物理实验的证实。既然“最小超对称模型”在粒子加速器所能触及的能标处,与标准模型等价,而它的结构却比标准模型复杂得多,那么它毫无疑问就属于应该被“奥卡姆的剃刀”剪除掉的理论模型。虽然很多物理学家坚信超对称的优美和深刻,但无奈的是,人们最终只能靠实验来决定该理论的命运。当然了,虽然“奥卡姆的剃刀”作用很大,但我们不得不说的是,其毕竟不是一条颠扑不破的真理,事实也无数次地证明,并非所有的自然规律都遵从简单性、自然性、对称性等数学和美学的要求。不过尽管如此,人们依然可以把这些原则作为出发点,去探索微观和宇宙世界的奥秘。在这个意义上,“奥卡姆的剃刀”也依然会发挥它年来已经发挥过的正面作用,引领人类文明的前进。
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