張朝云/編譯

簡單解釋的專制

張朝云/編譯

尼古拉·哥白尼

●科學的歷史被一個長期存在的信念扭曲了，這個信念認為：關于自然的正確理論總是最簡潔的。

——菲利普·鮑爾

想象你自己是一名科學家，在你面前有兩個不同的理論，并且這兩個理論可以同樣預測到同一組結果。那么你會選擇哪個理論呢？

人們說，在這時你就需要用到奧卡姆所提出的假想性的工具。奧卡姆是14世紀的一個英國天主教修士，同時也是中世紀最重要的思想家之一。他的工具被叫做奧卡姆的剃刀。奧卡姆的剃刀建議你去尋求更經(jīng)濟的解決方案：用外行話說就是，最簡單的解釋總是最好的。

奧卡姆的剃刀總是被陳述為這樣一個勸告：你所做的假定不要超過你所絕對需要的。其實，奧卡姆寫在他的著作《邏輯大全》(1323)中的話已經(jīng)很接近這種意思了，而且他對自己的話也做了令人愉悅的節(jié)縮：“為做成那些能夠用較少東西完成的事而付出更多是徒勞無功的?！?/p>

艾薩克·牛頓在他的巨著《數(shù)學原理》(1687)中或多或少地將奧卡姆的主張重申為哲學推理的第一原則：“我們認為：除那些真實而已足夠說明其現(xiàn)象者外，不必去尋找自然界事物的其他原因。”換句話說，在能夠解釋可觀察事實的前提下，讓你的理論盡可能的簡單。

這聽上去很是明智：為什么將東西弄得比它所需要的更復雜呢？如果你使一個解釋變得復雜卻沒能相應增加它的解釋能力，那么你就沒有獲得任何東西。這就是為什么大多科學理論都有意簡單化，他們忽視了一些影響并不是因為這些影響沒有發(fā)生，而是因為人們認為這些影響微乎其微。這樣看的話，簡單性是一種實用性的優(yōu)點，使得我們對于現(xiàn)象中最重要的部分有更清晰的認識。

簡單性和真實性并非簡單等同

但是，奧卡姆剃刀常常被誤用為科學探究的指引燈塔。這在牛頓所證實的相同精神中得到借用，牛頓聲稱“自然界不做無用之事，若少做已成，多做則無用?！边@里暗示的意思是，最簡單的理論并不只是更方便而已，它更接近于自然的實際運轉情況，換句話說，它更可能是正確的那個。

不存在相信上述觀點的絕對理由。但是，當弗朗西斯·克里克在提醒說：奧卡姆剃刀（克里克是將其等同于提倡“簡單和簡練”）可能不太適用于生物學（在其中事物可能變得非?；靵y）時，所想表達的正是此意。雖然“簡單、簡練”的理論有時被發(fā)現(xiàn)原來是錯誤的（一個經(jīng)典的例子是阿爾弗雷德·肯普在1879年對數(shù)學中“四色定理”所做的有缺陷的證明），但是，在澄清一個解釋說明的梗概方面，更簡單而精度較低的理論比復雜的理論更為有用。在簡單性和真實性之間并沒有簡單的等同關系，而且克里克對于奧卡姆剃刀的謹慎也只是延續(xù)了對奧卡姆剃刀的意義和價值的誤解而已。

然而，對其最壞的誤用是認為奧卡姆剃刀可以在競爭的理論之間做出裁定。我沒有找到一個這樣的實例，即奧卡姆剃刀用于解決科學的爭論。更糟糕的是，人們總是扭曲科學史，試圖證明奧卡姆剃刀有如此的作用。

現(xiàn)在來看關于宇宙的地心說和尼古拉·哥白尼的日心說之間的爭論。地心說認為太陽和行星圍繞位于中心的地球運動；日心說認為太陽處于中心位置，而地球和其他行星圍繞太陽運動。為了能夠讓錯誤的地心說起作用，古代哲學家們不得不為圓形的行星軌道增設一些較小的圓周運動，這些小軌跡被稱作本輪。例如，從地球的視角看，行星的運行路線有時看上去是在沿它們自己的路徑執(zhí)行逆行的循環(huán)，而增設的本輪可以解釋這種現(xiàn)象。

人們經(jīng)常聲稱，在16世紀的時候，關于宇宙的托勒密模型因為有太多的本輪以至于它即將崩潰瓦解。這時那位波蘭天文學家?guī)砹艘蕴枮橹行牡挠钪鎸W說，并且不再需要本輪。這兩個理論解釋了同樣的天文觀測，但是哥白尼的理論更為簡單，所以奧卡姆剃刀告訴我們應該傾向于它。

有很多原因可以說明這種觀點是錯誤的。首先，哥白尼并沒有廢除本輪。這主要是因為事實上行星軌道并不是圓形的，而是橢圓的，他仍然需要本輪或是其他一些補充來使這個方案起作用，比如說一顆輕微偏離中心的太陽。甚至，哥白尼使用的本輪的數(shù)量是否比地心模型用的更少也還不清楚。在一本大約出版于1514年的叫做《短論》的介紹性的小冊子里，哥白尼說他僅僅只需用34個本輪就能解釋諸天的運動。許多后來的評論者認為：這意味著以地球為中心的模型一定需要遠超過34個的本輪，但是對于此還沒有確切的證據(jù)。并且，天文史學家歐文·金格利希不認同如下說法：托勒密的模型因本輪太多而瀕臨倒塌。他認為：托勒密模型的一種相對簡單的設計可能在哥白尼時代仍然在使用。

理論的區(qū)分不是通過做出較少的假定而是通過提出不同的理論

我們偏向哥白尼理論的理由并不是很清楚。當然，它看上去是更好一些：就像哥白尼所做的那樣，忽視掉本輪以及其他的修改，將運行軌道描繪成一個討人喜歡的同心圓系統(tǒng)。但是這并沒有使它更為簡單。事實上，哥白尼給出的一些辯護理由更偏向神秘主義而不是科學：在他論述日心說的主要著作《天體運行論》中，他認為太陽就像坐于王座之上一樣坐落在宇宙的中心，像圣君一樣統(tǒng)治著星辰。

17世紀德國天文學家約翰尼斯·開普勒所認為的行星軌道是橢圓形的，他的這種宇宙論模型后來取代了哥白尼的。如果奧卡姆剃刀沒有對哥白尼的理論勝過托勒密的表示贊同，那么它對開普勒的理論又說了什么呢？通過將軌道變?yōu)闄E圓，開普勒擺脫了那些不必要的本輪。然而開普勒的模型并不是用更經(jīng)濟的理論解釋了和哥白尼一樣的數(shù)據(jù)，因為他可以利用他導師第谷·布拉赫改進過的天文觀測結果，他的模型給出了更精確的解釋。開普勒不再只是試圖描繪出宇宙的排列布置，他還開始尋求一種物理機制去解釋它，邁出了通向牛頓的萬有引力定律的第一步。

在這里的觀點是，作為區(qū)分競爭理論的工具，奧卡姆剃刀只有在如下情況才有用：即兩個理論預測完全相同的結果，但其中一個比另一個更簡單，也就是說，做出較少的假定。這種情況即使在科學中碰到過，也極少出現(xiàn)。更為常見的是，理論的區(qū)分在于提出不同的假說而不是較少的假定。因此，如何權衡這些理論并不是顯而易見。從17世紀的視角看，甚至開普勒的單一的橢圓比哥白尼的本輪更為簡單這件事都不很清楚。圓形軌道似乎是宇宙的神圣原理，并且在審美上也更討人喜歡，所以開普勒在提出橢圓軌道時很猶豫。（鑒于此，伽利略甚至拒絕接受開普勒的橢圓理論。）

人們還曾說，達爾文的進化論是對其所取代理論的一種簡化。達爾文進化論認為：生命存在單一起源，所有其他的生物體都來源于此。但是達爾文并非是提出從共同祖先進化的第一人，他的祖父伊拉斯謨是提出此觀點的前人之一。而且他的理論需要假定一個很長的地球歷史，比支持神創(chuàng)論的人所假定的歷史要長得多。當然，在今天來看，超自然的造物主似乎是一個相當復雜的假定，但是在虔誠的維多利亞時期，人們并不會如此認為。

即使是現(xiàn)在，“上帝假設”是否更為簡單仍是存有爭論的。我們宇宙變動的物理常數(shù)（如基本作用力的強度）似乎進行了奇妙的微調(diào)，能夠讓生命得以存在，這一事實是宇宙學中最意義深遠的困惑之一。一個在宇宙學家中日益流行的回答是：我們的宇宙只是大量的甚至是無窮的宇宙中的一個，這些宇宙的物理常數(shù)都不相同。我們宇宙的常數(shù)之所以看上去微調(diào)的恰當，是因為我們是在這個宇宙中去看它。有一些理論相信這個觀點，但是該觀點相當缺乏奧卡姆剃刀所要求的經(jīng)濟性。就算有些人認為那種將生命作為計劃的一部分的單一的神創(chuàng)論更為簡單，我們也不必感到驚奇。

再說，所做假定不同的科學模型在做出的預測上也會有輕微的不同。在評價競爭理論時，最有用的是這些預測，而不是簡單性這一標準。于是，你所做出的判斷取決于你觀察的地方：不同的理論可能在不同的范圍具有預測優(yōu)勢。

人們提出的另一個支持奧卡姆剃刀的流行例子是：18世紀后期化學家安托萬·拉瓦錫的氧氣理論取代了燃素說。燃素說認為：當某物在空氣中燃燒時，會釋放一種叫做燃素的物質(zhì)。然而，概念“與空氣中的氧氣反應”比起概念“燃素的釋放”是否更為簡單或與燃燒的觀察事實更為符合，這在當時是很不明顯的。就像科學史家哈索克·張所主張的，按照當時的標準，“舊概念燃素比起拉瓦錫的氧氣概念并不存在更多錯誤，氧氣概念也并不比燃素概念更富有成效?！钡蔷腿缤S多已經(jīng)半途夭折的科學觀點一樣，燃素說不僅需要放棄，還要被誹謗與嘲笑，以便描繪出一幅關于人類從愚昧到啟蒙的發(fā)展進步的成功圖景。

競爭的理論以容易列舉和比較的假定為基礎，解釋完全相同的一組事實。這樣的實例我在科學中只能想到一個。在通常意義上，這些并不是理論，而是詮釋，例如：對量子力學的詮釋。量子力學一般用來描述在原子和亞原子粒子尺度的物體的行為。作為數(shù)學理論，量子力學在預測現(xiàn)象方面極其有效，但是在關于實體的基礎結構方面，量子力學的解釋仍然沒有達成一致。量子理論所預測的并不是量子實驗或觀察中會發(fā)生什么，而只是這一系列結果發(fā)生的概率。實際上，我們只看到一種結果。

那么，我們?nèi)绾瓮ㄟ^計算概率來預期確切和唯一的觀察結果？一種說法是存在一個叫做“波函數(shù)塌縮”的過程，通過它，在所有量子理論允許的結果中，只有一種結果出現(xiàn)在人類可知覺的尺度中。但是我們不清楚這種假定的塌縮是怎樣發(fā)生的。有些人說這只是一種方便性的虛構，用來描述當我們進行測量時我們知識的主觀更新。它更像是這種方式，一副洗過的撲克牌的最上面一張的可能性本來有52種，當我們看的時候就塌縮成1種。其他人認為，波函數(shù)塌縮可能是一個真實的物理過程，有點像放射性衰變，即使用人類尺度的儀器的觀察行為引發(fā)的。不管怎樣，在量子理論中沒有針對它的描述，它需要“手工”添加。

一個理論如果更簡單并不意味著“更好”，但是它可能更有用

物理學家休·埃弗雷特三世在1957年首次提出一個新的詮釋。在這個看上去更為經(jīng)濟的詮釋中，完全不需要塌縮。作為代替，所有可能的結果都實現(xiàn)了，但是這些結果發(fā)生在不同的宇宙里，這些宇宙是在進行測量的時候分離出來的。這就是量子力學中的多世界詮釋（MWI）。我們只看到一種結果，是因為我們自己也分離了，每個自我只能知覺一個世界中的事件。

這對科學家關于奧卡姆剃刀的困惑是驗證，因為奧卡姆剃刀被用來守護和攻擊MWI。有些人認為：宇宙的這一無休止的、令人困惑的增殖是與奧卡姆的經(jīng)濟性原則相對立的。量子理論家羅蘭·歐姆內(nèi)斯在《量子力學的詮釋》中寫道：“就思維的經(jīng)濟性而言……在思想史中，沒有任何東西像埃弗雷特的多重世界那樣如此直率地和奧卡姆的原則背道而馳?！敝С諱WI的人拒絕了這樣的的批評，他們認為：奧卡姆剃刀從不是一個有約束力的準則。此外，其他的支持者，比如加州理工學院的宇宙學家肖恩·卡羅爾指出，奧卡姆剃刀只適用于理論的假設，而不適用于預測。因為多世界詮釋解釋了所有的觀察結果并且沒有使用波函數(shù)塌縮這一假定，所以，根據(jù)奧卡姆剃刀，MWI是更可取的選擇。

但是，這些全都只是詭辯而已。奧卡姆剃刀從未想要將自然削減為一些漂亮的、吝嗇的真理的核心。由于科學太過困難和混亂，所以用來清理道路或修剪枝節(jié)的哲學工具的魅力才如此顯而易見?？茖W家樂意在科學史中找到奧卡姆剃刀的虛假應用，也樂意按照自己的意愿使用、放棄或改造奧卡姆剃刀，用于支持自己的偏好，因此科學家顯示了他們對該觀點的沉迷。

但是他們應該抵抗它。將假定保持在最小的價值是認識論的，而不是本體論的：它幫助你去思考。一個理論更為簡單并不意味這“更好”，但是它可能會更有用，而這要重要得多。

[資料來源：The Atlantic][責任編輯：岳峰]