「奧卡姆的剃刀」在科學界是一個廣為人知,但卻並未得到廣泛認可的一個原理。至於這個原理的提出者,我也是真沒弄明白這哥們到底叫什麼名字,到底是叫威廉還是叫奧卡姆,還是叫個性十足的「奧卡姆的威廉」,今天我就不糾結了,就暫且叫他奧卡姆吧,希望學識淵博的朋友可以為我們指點迷津。
奧卡姆
「奧卡姆的剃刀」是於14世紀由奧卡姆提出的,該原理通常表述為:如無必要,勿增實體。其中,「剃刀」的含義就在於剪除一個理論模型中那些不必要的假設或參量,或者是從兩個處於競爭地位、結論相同的理論模型中,選擇那個形式或結構更簡單的模型。由此也可見,「奧卡姆的剃刀」與科學思辨中的簡單性原則有某種異曲同工之處。
就科學研究來說,「奧卡姆的剃刀」經常具有啟發性或指導性的意義,一個最簡單也最典型的例子就是太陽系中行星的運動。原則上說,人們既可以從地心說出發,也可以從日心說出發來計算太陽、月亮和地球的相對運動狀態,畢竟地球和太陽是相互繞轉的,說地球是中心也完全說得過去。但哥白尼注意到,地心說要比日心說需要更多的假設才能得到相同的結果,所以他寧願選擇後者。這個選擇的過程,恰好就是「剃刀」發揮作用、去繁就簡的過程,最終引導人們以日心說為基礎建立了完整的太陽系模型。就像奧卡姆本人在其著作《箴言書注》中所強調的那樣,切勿浪費較多的東西去做用較少的東西同樣可以做好的事,換句話說,無必要的東西,均可被剪除。
複雜的地心說模型
「奧卡姆的剃刀」原則同樣被用於現在人們對宇宙的研究中。關於宇宙的前世今生,霍金在《時間簡史》中曾做過這樣的表述,他說:我們仍舊可以想像,對於某些超自然的、有本事不動聲色地觀察宇宙現狀的生靈而言,存在一整套無所不能的定律。不過我們這些凡人對這樣的宇宙模型並不是很感興趣。看來最好採用被稱作「奧卡姆的剃刀」的原理,剪除這類理論中所有那些無法被觀測的特徵。可見,霍金更青睞於一個儘可能簡潔、比較容易被驗證的宇宙學理論。
現在被稱作「大爆炸宇宙學模型」的Λ CDM模型就是這樣一個理論,其中Λ代表代表真空能量的宇宙學常數,而CDM則是冷暗物質的縮寫。宇宙學常數Λ最初是由愛因斯坦本人於1917年引入廣義相對論方程的,其用意在於抵消引力的效應,以獲得一個所謂的「靜態宇宙」。但哈勃於1929年發現了宇宙膨脹現象,這使得愛因斯坦對當初引入宇宙學常數的輕率之舉後悔不已,感到自己當初圖樣了,並聲稱那是自己職業生涯的最大敗筆,堪比JR 史密斯跑錯了方向。
似乎是「奧卡姆的剃刀」起了作用,從1929年到1997年的六十餘年間,絕大多數宇宙學研究者都假設宇宙學常數為0,或者說有意剪除了這個看似不必要的自由參數。但到了1998年,施密特、帕爾馬特、亞當-裡斯等人及其所帶領的研究團隊,通過觀測Ia型超新星的光譜紅移現象,得出了宇宙正在加速膨脹的驚人結論,而其幕後黑手通常被稱作「暗能量」,後者最簡單的候選者就是來自愛因斯坦之手的宇宙學常數Λ。現在,科學家們不再堅持剃掉這個神秘的常數,但是他們中的一部分人轉而利用「奧卡姆的剃刀」,剪除一些相比之下結論相同、形式更為複雜的暗能量模型。可見,在對宇宙認識的歷史中,「奧卡姆的剃刀」也一直在發揮著巨大的,卻並不明說的影響力。
珀爾馬特、施密特、裡斯
在基本粒子物理學中,「奧卡姆的剃刀」原理同樣被很多物理學家用來捍衛結構簡單,但預言能力強大的「標準模型」。儘管現在已經存在很多超越標準模型的新理論,但它們在「奧卡姆的剃刀」面前似乎都不堪一擊。最典型的例子當屬由美國物理學家薩瓦斯-迪莫泡羅斯和霍華德-喬寨等人,於1981年提出的「最小超對稱模型」,其中超對稱意味著每個基本的費米子都有一個玻色子夥伴,反之也是如此。該模型的優點有很多,比如可以解決或緩解標準模型的自然性問題,實現電磁力、弱核力與強核力在高能標的統一,以及預言暗物質粒子的存在等等。不過它的缺點也很致命,那就是一方面增加了約120個新的自由參數,另一方面,所有超越標準模型的預言都尚未得到高能物理實驗的證實。既然「最小超對稱模型」在粒子加速器所能觸及的能標處,與標準模型等價,而它的結構卻比標準模型複雜得多,那麼它毫無疑問就屬於應該被「奧卡姆的剃刀」剪除掉的理論模型。雖然很多物理學家堅信超對稱的優美和深刻,但無奈的是,人們最終只能靠實驗來決定該理論的命運。
當然了,雖然「奧卡姆的剃刀」作用很大,但我們不得不說的是,其畢竟不是一條顛撲不破的真理,事實也無數次地證明,並非所有的自然規律都遵從簡單性、自然性、對稱性等數學和美學的要求。不過儘管如此,人們依然可以把這些原則作為出發點,去探索微觀和宇宙世界的奧秘。在這個意義上,「奧卡姆的剃刀」也依然會發揮它700年來已經發揮過的正面作用,引領人類文明的前進。