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
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問題：“理論模型是不是應該更復雜一些，這樣我們對實驗數(shù)據(jù)的解釋就不會顯得那么單薄了。”我當時非常震驚，并且意識到我有義務糾正這一誤區(qū)?！昂啙嵤且环N優(yōu)點，”我說道，“而不是一種缺點。當然，在許多缺少實驗數(shù)據(jù)的理論物理分支領域中，研究者有時會引入一些花哨的數(shù)學推導過程。但作為物理學家，我們應當為數(shù)據(jù)尋求最為簡潔的解釋。這是物理學的立根之本，也是通往成功的必經(jīng)之路?！?/p>
在過去幾十年間，學界一直認為正是數(shù)據(jù)支持的缺失，才導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參數(shù)。但直到21世紀，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)在觀測到的復雜結構。這個存在了一個世紀的簡明宇宙模型，就是現(xiàn)代宇宙學的基礎。
我可以理解，在當今激烈的就業(yè)競爭中，一些初出茅廬的科學家有時會試圖在論文中加入冗長的推理和高深的數(shù)學運算過程，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，但科學研究可未必是種體力勞動。作為科學家，我們的任務應當是用最簡潔的理論來解釋某種現(xiàn)象，并且這個理論也應該能經(jīng)得起更多實驗數(shù)據(jù)的檢驗。根據(jù)奧卡姆剃刀定律（“如無必要，勿增實體”），如果答案可以是簡潔的，那為什么要將其變復雜呢？
資助機構可能會偏愛那些長期的、可預測的研究項目，因為這些研究的預期成果相對確定。然而就結果的影響力來說，它們卻往往不如那些簡短但出人意料的研究。這是因為這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）中一個簡單易懂的觀點往往就能夠激發(fā)科學界后續(xù)的廣泛關注。因此這種簡明扼要的文章，反而可以為科學家?guī)砀玫墓ぷ髑熬啊?/p>
本文作者亞伯拉罕·洛布
一些資深科學家也愛寫長篇幅的文章，因為他們想把論文寫得更準確，讓他人挑不出毛病。盡管高深而復雜的論述過程常被認為是能力的證明，但只有簡單易懂的表達才更有利于科學的發(fā)展。當記者詢問“您是如何將自己的研究解釋得如此清楚的”這類問題時，我的回答通常是：“因為我只描述自己理解的事情，并且承認有哪些部分是我不知道的?！逼鋵?，繁復的論述就像是戲劇中的煙霧，被人們拿來掩蓋自己的無知。
著名物理學家理查德·費曼（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，我們也應該對物理學家的數(shù)學論證提出一些要求，讓他們使用最簡潔的表達方式?！笔聦嵣?，量子力學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。
并不需要埋頭苦干，靈感通常都是在某個瞬間突然產(chǎn)生的。這就是數(shù)學家亨利·龐加萊（Henri Poincaré）的“頓悟”。比如，在量子電動力學的研究中，朱利安·施溫格（Julian Schwinger）和費曼對同一組實驗數(shù)據(jù)提出了兩種不同的解釋，想在數(shù)學上判斷這兩種假說正確與否非常困難。直到當時年僅24歲的弗里曼·戴森（Freeman Dyson）在乘坐巴士時靈光一閃，簡明扼要地證明了這兩種解釋是等價的。戴森表示：“我無法判斷這個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，還讓費曼和施溫格共同獲得了諾貝爾獎。
冗余的論述通常源于對參數(shù)的微調。一個理論中需要微調的地方越多，它對簡單事實的解釋能力就越弱。一個經(jīng)典的例子就是托勒密在描述天體運動時建立的本輪體系。比起更簡單的牛頓學說，這個假設在數(shù)學上太過復雜了。當宇宙學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行逆向解析時，也應當小心這一點。最近，我與哈佛大學黑洞計劃（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進行了量化。
在回顧研究過程時，“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。當所有看得見也夠得著的水果都被摘取后，科學家就只剩下這兩種選項了。
本文作者：亞伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）是哈佛大學天文學系主任、哈佛大學黑洞計劃創(chuàng)始主任、哈佛-史密松天體物理中心理論與計算研究所主任。同時，洛布還擔任突破攝星計劃理事會主席。
原文鏈接：
https：//blogs.scientificamerican.com/observations/the-simple-truth-about-physics/
