圖為托勒密的世界觀模型，相比之下，將其取代的哥白尼日心說體系要簡潔的多（圖片來源：Wikimedia）
來源：環(huán)球科學(xué)
撰文| 亞伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）
翻譯 | 張二七
在最近的一次組會上，組里的博士后提出了這樣一個(gè)問題：“理論模型是不是應(yīng)該更復(fù)雜一些，這樣我們對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解釋就不會顯得那么單薄了?！蔽耶?dāng)時(shí)非常震驚，并且意識到我有義務(wù)糾正這一誤區(qū)?！昂啙嵤且环N優(yōu)點(diǎn)，”我說道，“而不是一種缺點(diǎn)。當(dāng)然，在許多缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論物理分支領(lǐng)域中，研究者有時(shí)會引入一些花哨的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。但作為物理學(xué)家，我們應(yīng)當(dāng)為數(shù)據(jù)尋求最為簡潔的解釋。這是物理學(xué)的立根之本，也是通往成功的必經(jīng)之路?！?/p>
在過去幾十年間，學(xué)界一直認(rèn)為正是數(shù)據(jù)支持的缺失，才導(dǎo)致早期宇宙的理論模型如此簡潔和樸素——其中只涉及了很少的幾個(gè)參數(shù)。但直到21世紀(jì)，我們才有了足夠的證據(jù)證明，宇宙在初始階段的確處于最簡單的狀態(tài)，最初的宇宙中物質(zhì)均勻分布并且呈各向同性，波動也很小。在此之后，才逐漸演化出我們現(xiàn)在觀測到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這個(gè)存在了一個(gè)世紀(jì)的簡明宇宙模型，就是現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)。
我可以理解，在當(dāng)今激烈的就業(yè)競爭中，一些初出茅廬的科學(xué)家有時(shí)會試圖在論文中加入冗長的推理和高深的數(shù)學(xué)運(yùn)算過程，來給前輩們留下深刻印象。另一位博士后最近告訴我：“在我的研究領(lǐng)域中，為了證明自己的能力，最近流行的一種方法就是把文章寫得非常長，有的文章能有幾百頁，甚至更長。我現(xiàn)在就面臨一個(gè)艱難的選擇：長篇大論和短小精悍，寫哪種文章才更有利于我的職業(yè)發(fā)展呢？”
很顯然，寫長篇大論需要更大的工作量，但科學(xué)研究可未必是種體力勞動。作為科學(xué)家，我們的任務(wù)應(yīng)當(dāng)是用最簡潔的理論來解釋某種現(xiàn)象，并且這個(gè)理論也應(yīng)該能經(jīng)得起更多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)。根據(jù)奧卡姆剃刀定律（“如無必要，勿增實(shí)體”），如果答案可以是簡潔的，那為什么要將其變復(fù)雜呢？
資助機(jī)構(gòu)可能會偏愛那些長期的、可預(yù)測的研究項(xiàng)目，因?yàn)檫@些研究的預(yù)期成果相對確定。然而就結(jié)果的影響力來說，它們卻往往不如那些簡短但出人意料的研究。這是因?yàn)檫@些長篇累牘的論文的讀者更少，對其理解自然也更流于表面。但是后者（簡短的論文）中一個(gè)簡單易懂的觀點(diǎn)往往就能夠激發(fā)科學(xué)界后續(xù)的廣泛關(guān)注。因此這種簡明扼要的文章，反而可以為科學(xué)家?guī)砀玫墓ぷ髑熬啊?/p>
本文作者亞伯拉罕·洛布
一些資深科學(xué)家也愛寫長篇幅的文章，因?yàn)樗麄兿氚颜撐膶懙酶鼫?zhǔn)確，讓他人挑不出毛病。盡管高深而復(fù)雜的論述過程常被認(rèn)為是能力的證明，但只有簡單易懂的表達(dá)才更有利于科學(xué)的發(fā)展。當(dāng)記者詢問“您是如何將自己的研究解釋得如此清楚的”這類問題時(shí)，我的回答通常是：“因?yàn)槲抑幻枋鲎约豪斫獾氖虑?，并且承認(rèn)有哪些部分是我不知道的?！逼鋵?shí)，繁復(fù)的論述就像是戲劇中的煙霧，被人們拿來掩蓋自己的無知。
著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）說過：“就好比詩人在創(chuàng)作中需要遵循某些語法和押韻的要求，我們也應(yīng)該對物理學(xué)家的數(shù)學(xué)論證提出一些要求，讓他們使用最簡潔的表達(dá)方式?！笔聦?shí)上，量子力學(xué)波粒二象性理論的創(chuàng)立者路易·德布羅意（Louis de Broglie）的博士論文原稿就很簡潔明了，但這篇簡短的論文在5年后為他帶來了諾貝爾獎(jiǎng)。
并不需要埋頭苦干，靈感通常都是在某個(gè)瞬間突然產(chǎn)生的。這就是數(shù)學(xué)家亨利·龐加萊（Henri Poincaré）的“頓悟”。比如，在量子電動力學(xué)的研究中，朱利安·施溫格（Julian Schwinger）和費(fèi)曼對同一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了兩種不同的解釋，想在數(shù)學(xué)上判斷這兩種假說正確與否非常困難。直到當(dāng)時(shí)年僅24歲的弗里曼·戴森（Freeman Dyson）在乘坐巴士時(shí)靈光一閃，簡明扼要地證明了這兩種解釋是等價(jià)的。戴森表示：“我無法判斷這個(gè)成果是否有我想象的那樣偉大。我只知道，這肯定是我做出的最棒的研究?！边@個(gè)簡化論證不僅使他自己被普林斯頓高等研究院（Advanced Study in Princeton）授予終身教職，還讓費(fèi)曼和施溫格共同獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。
冗余的論述通常源于對參數(shù)的微調(diào)。一個(gè)理論中需要微調(diào)的地方越多，它對簡單事實(shí)的解釋能力就越弱。一個(gè)經(jīng)典的例子就是托勒密在描述天體運(yùn)動時(shí)建立的本輪體系。比起更簡單的牛頓學(xué)說，這個(gè)假設(shè)在數(shù)學(xué)上太過復(fù)雜了。當(dāng)宇宙學(xué)家試圖引入新的參數(shù)來匹配新的數(shù)據(jù)，從而對宇宙暴脹和多重宇宙等理論進(jìn)行逆向解析時(shí)，也應(yīng)當(dāng)小心這一點(diǎn)。最近，我與哈佛大學(xué)黑洞計(jì)劃（Harvard‘s Black Hole Initiative）的博士后Feraz Azhar合作的一篇文章中就對這種微調(diào)進(jìn)行了量化。
在回顧研究過程時(shí)，“靈光一閃”或許會顯得微不足道，但抓到它們卻是很難得的。埋頭苦干得來的成果，就如同是位置顯眼卻難以企及的水果。與之相反，那些少見的頓悟更像是被人視而不見，卻唾手可得的水果。當(dāng)所有看得見也夠得著的水果都被摘取后，科學(xué)家就只剩下這兩種選項(xiàng)了。
本文作者：亞伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）是哈佛大學(xué)天文學(xué)系主任、哈佛大學(xué)黑洞計(jì)劃創(chuàng)始主任、哈佛-史密松天體物理中心理論與計(jì)算研究所主任。同時(shí)，洛布還擔(dān)任突破攝星計(jì)劃理事會主席。
原文鏈接：
https：//blogs.scientificamerican.com/observations/the-simple-truth-about-physics/
