托勒密的地心说 。 图片来源:Wikipedia
现代科学的许多进步都涉及到一系列的简化 , 要么是通过统一以前完全不同的现象 , 要么是通过消除多余的实体 。 其中最伟大的实例或许是牛顿提供的 , 他仅仅用了三条运动定律和一个万有引力公式 , 就统一了地面和天上的各种运动 。 而后在19世纪晚期 , 路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)将牛顿定律扩展到微观领域 , 将热现象简化为原子的运动 , 由此热现象也遵循牛顿力学了 。 再后来的爱因斯坦则将空间和时间统一到单一的实体——时空中 , 实现了物理学中最重要的简化 。 查尔斯·达尔文(Charles Darwin)和阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士(Alfred Russel Wallace)更是将整个自然世界统一在了一个定律下——自然选择 , 其中华莱士就提到:“理论本身应该是极其简单的 。 ”这些科学家都认为他们的工作是消除不必要的复杂性 , 为观测到的现象提供一种最简单的解释方案 。
为什么要选择简单?
为什么理论越简单 , 越有可能推动科学的进步?以英国统计学家托马斯·贝叶斯(Thomas Bayes)命名的统计方法贝叶斯推理(Bayesian inference) , 或许可以解释这一点 。 使用这套统计方法 , 我们能够基于不同阶段已知的信息 , 更新对某一解释、理论或模型的信念程度 。
想象你有一个朋友 , 他有两个骰子 。 一个是简单的6面立方体 , 另一个则有60个面 , 可以掷出60个不同的数字 。 假设你的朋友秘密地掷出一个骰子 , 然后告诉你得到的点数 , 比如是5 , 你能猜出她更有可能掷出的是哪个骰子吗?就像地心说和日心说都可以解释天文数据一样 , 6面骰子和60面骰子都有可能掷出点数5 。 但它们是等概率的吗?贝叶斯推理的答案是否定的 , 它根据产生数据的可能性对可选模型进行加权 。 6面骰子掷出5的概率是1/6 , 而60面骰子掷出5的概率只有1/60 。 那么 , 比较可能性 , 点数5来自6面骰子的可能性是60面骰子的10倍 。
简单性备受科学家青睐也是这个道理 。 简单的模型可供调节的参数更少 , 它们能够有效解释的现象的范围也更小 。 如果它们恰好符合观测现象 , 那么很有可能它们揭示的正是现象背后的客观规律 。 而模型一旦变复杂 , 有了更多的参数可调节 , 它们能够有效解释的现象的范围更大了:对于任何一组观测数据 , 这些复杂理论通过精巧地调解参数 , 都能使理论与数据相符 。 这样的复杂理论看似解释了更多的现象 , 然而距离现象背后的客观规律也更远了 。
剃一剃我们的宇宙?
1965年5月 , 射电天文学家阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)用霍姆德尔喇叭天线(Holmdel Horn Antenna)——巨大的、看起来像是喇叭的装置 , “聆听”来自宇宙的声音 。 他们试图校准天线以减少噪声 , 但当他们把天线对准星系外一片只有少量恒星的黑暗区域时 , 他们并没有得到预想中的一片寂静 , 相反他们意外地“听”了嘶嘶的声音——充满了整个天空的嘶嘶声 。
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