我上學時學物理很差。我不僅沒有任何物理直覺，我也不相信它的大部分。我想知道，我們怎麼可能聲稱大自然「遵守」我們在課本上寫的「法則」呢？
原來，由於我的無知，我得到了一個類似於點的東西。當物理學家忙於想出表達自然規律的方程式時，哲學家們正在思考自然規律到底是什麼。並不是所有人都同意。
01神聖法則？
「自然法則」這一術語所表達的東西似乎是千真萬確的。與限制停車或毒品立法相反，這些法則不屬於我們人類，它們屬於大自然。事實上，它們是完全獨立於我們的。即使我們不在，蘋果還是會像萬有引力定律預測的那樣掉到地上。
這些法則不僅獨立於我們，而且似乎凌駕於它們所適用的所有其他事物之上。「在某種意義上[自然規律]不是宇宙的一部分，」開普敦大學的數學家和宇宙學家喬治·埃利斯說。「它們是宇宙的基礎，因為它們控制物質的行為，但它們本身並不是由物質構成的。物理定律不是由鉛或鈾或其他東西構成的" 因此，自然法則似乎存在於它們自己的某個抽象領域中。通過某種神秘的機制，我們可以進入這個柏拉圖式的領域，並將這些法則拼湊在一起。
到目前為止，我們使用的詞語——「控制」和「應該」——也暗示了其他一些東西：法則實際上支配或支配著自然的行為。新澤西州羅格斯大學的哲學家Barry Loewer解釋說： 「在這種觀點下，法則是積極的。」「它們獲取宇宙在某一時刻的狀態，並產生隨後的狀態。」
概括地說，這就是Loewer所稱的自然規律的支配觀。這些法則是我們現實世界的基本要素，與外面所有的物質「東西」分離，它們支配著自然過程。這就產生了一個直接的問題。這些法則從何而來？誰讓他們？「當這種適用法則的概念最初在17、18世紀被引入時，它是伴隨著上帝的法則存在的理念的，」Loewer說。「上帝創造了法則，法則是上帝創造或控制宇宙物質運動的方式。通過設想宇宙是由上帝的法則統治的，物理學家可以看到他們自己參與了發現上帝選擇的法則的任務。
今天，我們許多人對上帝的概念感到不安，這使得對律法的統治觀點需要一些解釋。「一旦上帝從畫面中消失，這就變得非常令人困惑，」Loewer說。「談論支配宇宙狀態演化的法則，究竟意味著什麼？」但這種語言仍然是物理學的一部分。你甚至可以在普通的物理教科書中找到它，比如物理學家會談論薛丁格方程『控制波函數的演化』。」
在某種意義上，對自然規律的主導觀點是許多物理學家在工作中做出的工作假設。當你在研究一個特定的物理問題時，你會表現得好像是定律在支配著事物，因為畢竟它們支配著你的計算。但還有另一種可能性，從哲學上講，會產生很大的不同。也許這些法則並沒有積極地控制自然過程，而僅僅是描述它們。這是一個很難理解的問題。「我們不知道法則是描述性的還是規範性的，這是一大難題，」埃利斯說。「我們不能告訴。」
02或模式識別？
然而，如果你對現實採取更基本的方法，事情就會改變。也許現實只是「物質」的一種分布，被賦予某些屬性，穿越時間和空間。我們所謂的自然法則只是這個休謨馬賽克(以哲學家大衛·休謨的名字命名)中的模式。這就是「最佳系統分析」背後的理念，這種方法主要是由美國哲學家大衛·劉易斯在20世紀下半葉發展起來的。Loewer喜歡這個想法。他認為，對於那些被宇宙之外的抽象事物如何控制宇宙內部物體運動的問題所困擾的物理學家來說，這一理論很有吸引力。
艾薩克·牛頓被威廉·布萊克描述為「幾何學家」。
最佳系統分析似乎是一種非常實用的自然法則。科學家們研究他們掌握的關於宇宙(或宇宙的某些方面)的所有信息，並試圖提出一個系統、一個理論來描述這些信息。當他們這樣做的時候，他們通常會發現做出一些基本的假設可以讓他們獲得很多關於他們觀察到的事實的信息。例如，如果你一直在實驗掉落的物體，你會注意到它們似乎總是掉到地上。所以一個很好的基本假設可以作為你理論的基礎，比如"地面吸引物體"。如果你假設這是一個基本事實，那麼你觀察到的許多現象突然變得有意義了。這樣一個基本的假設是我們可以稱之為定律的候選者。
當然，問題是可能有許多不同的理論描述同一件事。牛頓的萬有引力理論並不是基於「地面吸引物體」的理念，而是基於萬有引力的平方反比定律，它描述了任何兩個物體之間的引力。重點是牛頓的理論更好，因為它更普遍。我們決定成為法則的，是我們觀察的最佳系統化的基本真理。
這一想法立即引發了一個問題：什麼才是「最好的」。Loewer說：「我認為這是一種理想，但並不是所有人都知道最好的系統化是什麼。」但其理念是，有一種系統化，能將物理學家希望該理論擁有的優點完美地結合起來。這些包括信息，適用性，簡單性，展示對稱性，擁有守恆原則等等。並不是每一個真理都包含在「最佳系統」中，或者隱含在「最佳系統」中，因為暗示更多可能意味著使理論更加複雜，過度複雜化，或者放棄對稱原理，等等。然而，該理論試圖優化這些不同的約束條件：信息豐富、簡單等等。」
優化使自然法則具有明顯的人性色彩。是物理學家決定什麼是最好的，他們可能不同意彼此。但正如Loewer所指出的，這個理論的核心是客觀的，因為它必須準確地描述自然界的行為。當你看到一架鋼琴從十樓飛向你時，任何理論如果沒有告訴你趕緊跑，那麼它將立即被拋棄。
03我們在乎嗎？
這些真的重要嗎？為什麼我們要關心自然法則是規則、描述還是模式？ 重要的是，我們提出的方程式(通常這些定律是用數學表達的)能給出可靠的預測，這樣我們就能製造汽車和治療疾病。
但Loewer相信我們思考法則的方式可以影響我們對世界提出的問題。物理學家認為，宇宙始於138億年前的大爆炸。在試圖解釋我們在宇宙中看到的一些特徵時，比如熱量從熱的物體流向冷的物體，以及時間是有方向的，他們得出結論，它一定是以一種非常特殊的狀態開始的。它的熵一定很低，也就是說它是高度有序的。
根據目前的理論，宇宙從1380萬年前的大爆炸開始膨脹。
這似乎需要解釋。為什麼宇宙一開始就處於如此高度有序的狀態，而不是更有可能的混亂狀態？ 我們所知道的物理定律無法解釋這一點，所以它們一定是不完整的。這個問題被認為是宇宙學中最大的謎團之一。整個宇宙學理論被發展來解釋它。
Loewer認為，最好的系統方法能夠闡明這個問題，因為它對我們所說的自然法則更加寬容。支配法則的觀點要求它們是動態的：它們支配著宇宙如何從一個時間點進化到另一個時間點。宇宙的初始狀態沒有那種動力的味道。這只是一個事實，因此需要用法則來解釋。
然而，最好的系統方法允許所有的假設都被視為定律，只要它們能使一個理論在我們上面看到的意義上「更好」。宇宙以一個非常低的熵開始的假設確實使我們的宇宙理論更好：我們可以從世界中推導出其他情況下無法推導的特徵，比如熱量流動或時間流動。因此，洛伊沃主張，我們拒絕接受不能解釋宇宙低熵起源的理論是有缺陷的觀點。讓我們接受低熵作為自然法則開始。沒有必要去解釋它，物理學最大的謎團之一就像一縷煙霧一樣消失了。
這聽起來像是一種逃避，但洛伊爾指出，我們並沒有把自然的動力法則置於與宇宙低熵起始假設一樣的審視之下。沒有人問為什麼萬有引力的平方反比定律不是立方反比定律，也不是四次冪反比定律。我們就接受它。他說：「對我來說，不解釋邊界條件的系統是有缺陷的這一觀點，就像抱怨說在我們解釋動力學定律之前系統是不完整的一樣，都沒有說服力。」 「路德維希·維根斯坦(Ludwig Wittgenstein)曾經說過，『解釋總會在某個地方結束。』」
04它能解釋什麼嗎？
就我個人而言，我覺得用最好的系統方法來研究自然法則是很舒服的。它似乎並不像Loewer所說的那樣涉及「幽靈般的形上學」。但這也讓我有點難過。這似乎表明，我們只能通過觀察世界內部的模式來描述世界，但永遠無法真正理解它。然而，Loewer指出，一些理解存在於法則的統一之中。牛頓的偉大見解是，用同一套方程描述所有物體的行為，無論是地球上的擺錘或足球，還是太空中的行星和彗星。有了這樣一個統一的描述，就好像我們理解了世界是如何運作的一些重要的東西。
但這是一項微妙的業務。如果我們真的想要解釋我們周圍看到的現象，我們需要找出因果鏈，這是一個著名的棘手問題。當兩件事同時出現時，我們懷疑是一件事引起了另一件事。但相關性並不是因果關係：它可能純粹是巧合，或歸因於我們尚未發現的隱藏因素。如果休謨浩瀚的拼圖中真的存在因果關係的話，人們如何才能分辨出這種關聯是否是因果關係呢? 這是哲學家們激烈爭論的另一個問題。
作者： Marianne Freiberger翻譯： If Any