为什么很多科学发展历史上的弯路

曾经知名科普网站《鹦鹉螺》刊登了一篇粒子物理学家萨宾·霍森菲尔德写的文章，谈到了一个很令人意外的观点：

很多科学发展历史上的弯路，竟然都是因为追求“美”导致的。

科学家眼里的“美”是什么样的呢？

主要有两条标准，一个是简单性，一个是自然性。

很多科学家都坚持相信，如果造物主真的存在，那么它用来书写万物的“语言”一定是简单又自然的。

比方说，自然界的法则最好可以归纳为一个简单的公式，包含的参数最好是常数，不大也不小。

这听起来确实是个很美好的设想，可纵观历史，这种审美却经常误导科学前进的方向。

萨宾说，物理学的发展，就是一个人类追求自然之美，却被不断“打脸”的历史。很多大师级的科学家也不能免俗。

比如，在量子力学刚刚萌芽的时候，爱因斯坦就曾激烈反对，因为他觉得量子的随机性实在不符合他关于宇宙的审美。

直到今天，这种审美仍然在引导着科学发展。

比如，科学家对目前的粒子标准模型不满意，他们认为一定还有其他看不见的粒子存在，才能弥补整个理论在美学上的缺失。他们提议，要斥巨资建造更大更昂贵的强子对撞机，来验证他们的假设。

只是科学家没意识到，对自然来说，人类认为的“美”并不重要，自然压根就不在乎。

科学家眼中的“美”到底是什么样的？

萨宾说，在粒子物理学界，科学家们常常依据审美来判断哪些理论值得继续探索。

他们用得最多的关于“美”的标准有两条，一个是简单性，一个是自然性。

关于简单性，科学界有一条原理叫“奥卡姆剃刀”，它的核心思想其实是——能简单，就别复杂。

比如说，如果一件事情有两种解释，那就选择相对更简单的那个解释，这更有可能接近事情的真相。

不过，从审美角度所说的“简单性”，还不是指这种比较出来的简单，而是说自然界的规律和法则应该是绝对意义上的简单。

举个例子，爱因斯坦提出的质能方程式E=MC²，一直被奉为物理学界的经典，它精确地描述了质量和能量之间的转换关系，成了人类对自然规律总结的代表性成果。

科学家们所追求的，就是这样的简单，他们希望，在理想状态下，每一个自然法则都应该像E=MC²一样简单又有效。

不知道你有没有看过一部讲述霍金生平的电影，叫《万物理论》，它的英文名叫The Theory of Everything，字面意思就是“能解释一切的理论”。

这个词并不是凭空杜撰的，从牛顿时代开始，物理学界就设想有一个能把所有物理学领域全都纳入其中，完整地统一起来的理论。

它相当于是物理学界的一座圣杯，包括霍金在内的几代物理学家都为之倾尽了毕生的心血，可至今都没有成功。

萨宾说，想要用一种理论解释万物，这不就是源自于科学家们对“简单性”的追求吗？

另一个审美标准是“自然性”，这个词听起来容易让人感到困惑，什么叫自然性呢？

它的意思是说，一个理论中如果出现参数，那最好是个常数，不太大，也不太小，这样才够“自然”。

其实，这也是一条非常主观的审美标准，但是科学家就是固执地觉得，符合自然性的理论才是好理论。

如果咱们看一下物理学发展的历史，你就会发现很多讨论都是围绕这两条审美标准展开的。

其中比较典型的一个例子，就是爱因斯坦和玻尔这两位物理学大师就量子力学展开的论战。

当时，爱因斯坦说了一句名言，叫“上帝不是掷骰子的”，这里面就蕴含了关于审美标准的分歧。

为什么这么说呢？

因为爱因斯坦是承认量子的随机性现象的，他只是不认可随机性是大自然的基本原则。

爱因斯坦信奉的是经典物理学的因果律，在他眼中，宇宙中的一切都是有秩序的，就像发条装置一样，这就是他的审美取向。

所以，他接受不了量子力学所描绘的“随机性是宇宙的本质”这一点，他认为上帝不会像这样掷骰子，而玻尔的反驳则是：

爱因斯坦，不要告诉上帝怎么做。

萨宾说，至今在物理学界，“大自然的法则应该是优美的”依然是一条主流观念，它的信徒甚至包括无数物理学泰斗，比如诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬·温伯格、弗兰克·维尔泽克，著名物理学家、菲尔兹数学奖得主爱德华·威滕等等。

问题是，萨宾认为这种对自然之美的追求，常常会产生误导，让科学走了不少弯路。

对美的追求让科学走了哪些弯路？

作为一位粒子物理学家，萨宾以“粒子标准模型”举了个例子。

什么是粒子标准模型呢？它是描述所有基本粒子，以及它们之间的三种作用力——强力、弱力和电磁力的一套理论。

简单来说，物理学家用这个模型来解释物质到底是由什么构成的。

老实讲，标准模型是人类目前对物质构成最靠谱的解释了，几乎所有实验的结果都合乎这套理论的预测。

可是在很多物理学家眼中，标准模型并不完整，因为它还不够“美”，所以它不可能是描述宇宙的终极语言。

于是，为了让它变“美”，科学家提出了一大堆新的科学假设。

这个理论具体哪里不美呢？

科学家觉得，目前的标准模型里有三种力：强力、弱力和电磁力，但一套模型里有三种不同的力，实在有点多，最好只有一种力。

不管你是强力、弱力还是电磁力，甚至包括标准模型中没有解释的引力，都应该是这种力的不同表现形式。

只有这样，才符合简单性带来的美感。于是，物理学家提出了“大统一理论”（Grand Unified Theories），学界预测这四种力最终可以统一起来。

目前你可能听过的超弦理论，就是大统一理论的其中一种。

另外一个新的科学假设，就是超对称性。

在超对称理论中，每一种基本粒子都有一种被称为“超对称伙伴”的粒子跟它匹配，可是物理学家至今也没找到证据来证明这个理论。

无论是大统一理论还是超对称理论，都是基于审美而提出的假设，而人们付出了高昂的代价来验证这些假设。

这几十年来，科学家们斥巨资建造了大型强子对撞机（LHC）来寻找这些假想中的粒子，可惜一无所获。

那些看起来充满了自然之美的新设想，依然像镜花水月一般，连边都摸不到。

在物理的发展史上，这样被“打脸”的经历其实一直都有。

比如，开普勒坚信上帝是按照几何学来创造世界的，他曾经提出了5个正多面体模型来解释太阳系各行星的运行轨道，后来被观测数据证明它错了。

爱因斯坦坚定地认为上帝不会掷骰子，后来量子力学的发展也推翻了他的信念。

在物理学的发展史上，还有很长一段时间流行过一种关于“以太”的设想。

古希腊人认为，“以太”是除了水、火、气、土之外的第五元素，连笛卡尔和牛顿也相信“以太”的存在。

认为各种波都是靠它传播的，后来因为始终没有观测到证据，“以太”假说才慢慢退出了历史舞台。

那你可能想说，科学本不就是需要大胆假设吗，小心求证吗？

没找到证据也算试错啊！可是萨宾认为，没找到证据就不应该试错，就比如说超对称理论，从上世纪70年代提出到现在几十年了，也没有实质性的观测证据。

但这并不妨碍它继续成为物理学前沿的大热门，并锚定了很多物理学家思考的方向。

而“以太假说”，更是在没有证据的状态下绵延了两千多年，可以说是弯路中的弯路了。

萨宾认为，要真正推动物理学向前发展，我们需要得到正向的验证结果，而不是基于美学提出一系列假说，然后都因为“找不到证据”而不了了之。更何况，如今想要验证这些假说花费的成本越来越高了。

有报道说，欧洲正计划建造新的强子对撞机（简称FCC），周长是目前的LHC对撞机的四倍，预计花费240亿美元。

但是，这么多钱砸进去，到底是会换来重大的科学发现，还是沦为科学家们对美学信仰的又一次充值，还真不好说呢。

萨宾通过这篇文章告诉我们，在物理学界，基于美学提出科学假设竟然是一贯的传统，可这种做法却极少有成功的先例。

一直到今天，美学依然在指引着物理学的发展，科学家们正在花越来越多的时间和金钱，去验证那些只是“看上去很美”的理论。

他们应该停下来好好想想，这究竟值不值得。

看完这篇内容，你也会很惊讶地发现，原来科学家们也迷信。

他们迷信的，是自然之美。超弦理论也好，超对称理论也好，多维空间也好，多重宇宙论也好，确实都很美。

可问题是，自然并不在乎人类所认为的“美”。你有你的审美，而自然，另有标准。

你是否相信自然之美？你所认为的自然之美又有哪些？