不是什么事情都能被简化

本文摘编自：《科学思维的八堂课》，作者：【英】吉姆·艾尔-哈利利，译者：殷融，出版社：中信出版集团，原文标题：《简单与复杂：简洁的解释未必是最好的》，题图来自：视觉中国

有人告诉我们，最简单的解释往往是正确的。毕竟，为什么要把事情复杂化呢？这种论断经常被应用于日常生活中，遗憾的是，不见得在所有情况下它都是正确的。那种认为简单解释比复杂解释更有可能正确的观念被称为“奥卡姆剃刀”原则——得名自英国中世纪修士兼哲学家奥卡姆。

在科学领域中，地心说被推翻的过程是这一原理的著名应用事例。地心说是由古希腊人发展出来的，它主张太阳、月球、行星和恒星都围绕着地球运行，而地球本身位于宇宙的中心。地心说模型的核心涉及一个在美学上很有吸引力的想法——所有天体都在完美的同心球体中围绕着我们运动。这幅图景在长达两千年的时间里一直占据着支配地位，可它逐渐变得更加烦琐和复杂，因为人们需要用地心说来解释许多后来观察到的行星运行现象，例如火星在运动时会减慢速度、加快速度，甚至发生逆行。

为了“纠正”这种逆行现象，使地心说模型与天文观测结果准确匹配，一种被称为“本轮”的概念被纳入原本的模型中，它指的是在天体绕地球运动的主轨道上还有许多更小的轨道，大量天体在绕主轨道运行的同时还要绕本轮的小轨道运行。后来，该模型还加入了一些其他东西，比如让地球稍微偏离所有其他天体环绕的中心。

直到16世纪，尼古拉·哥白尼将这种七拼八凑、敷衍凑合的模型扫地出门，代之以更简洁、更优雅的日心说，在这幅图景中，宇宙的中心是太阳而不是地球。实际上，地心说和日心说都“行得通”，因为它们都能预测天体运行轨迹，但我们现在知道，其中只有一个是正确的——哥白尼提出的更简单明了的那个，没有累赘、笨拙附加概念的那个。据说这就是奥卡姆剃刀原则起作用的方式。

然而，上述说法其实并不正确。虽然哥白尼正确地用太阳替换地球作为已知宇宙的中心，但他仍然相信行星运行轨道是完美的圆形，而不是我们现在所知道的那种不那么“优雅”的椭圆形——这一结论还要归功于开普勒和牛顿。所以，他实际上并没有彻底放弃地心说模型中那些累赘、笨拙的附加概念，因为他仍然需要它们来修补日心说模型。

虽然我们现在了解地球确实绕着太阳转，而不是太阳绕着地球转，但从现代天文学中我们也了解到，太阳系真正的动力学原理远比古希腊人想象的要复杂得多，而不是更简单——这与奥卡姆剃刀原则恰恰相反。

科学史上同样著名的例子还有达尔文的自然选择进化论，它解释了地球上令人难以置信的生物多样性，所有这些生命都是在数十亿年时间里从一个单一起源进化而来的。达尔文的理论基于几个简单的假设：

1. 任何一个物种或种群中，个体之间都存在差异；

   
   

2. 这些差异会世代相传；

   
   

3. 每一代出生的个体数量大于能存活的个体数量；

   
   

4. 当生物个体具备更适应环境的性状时，就会获得更高的生存和繁殖概率。

   
   

就是这样了，进化论听起来很简单吧？然而蕴含在这些不起眼的假设中的，是复杂到让人震惊不已的进化生物学和遗传学理论，它们堪称所有学科中最具挑战性的研究领域。总之，如果我们真的要用奥卡姆剃刀原则作为判断依据，那么在解释地球上生命多样性这个问题时，胜出的必然是非科学的神创论——所有的生命都是被超自然的造物主创造的，这比达尔文的进化论可简单太多了。

所以我们能得到的启发是，最简单的解释不一定是正确的，而正确的解释往往不像它最初看起来的那么简单。奥卡姆剃刀原则应用到科学领域时，并不是指一个新理论能取代旧理论是因为它更简单、包含更少假设。我更支持对奥卡姆剃刀原则的另一种阐释：更好的理论是更有用的理论，因为它能更准确地对世界做出预测。简单并不应该成为我们始终追求的目标。

在日常生活中，事情往往不像我们希望的那么简单。化用爱因斯坦的话，我们应该使事情尽可能简单，但不能过于简单。尽管如此，“越简单越好”的观点似乎已经广为传播。如今我们可以看到一种“将论点简单化”的趋势，尤其是在伦理或政治问题讨论中。这种做法忽略了精妙和复杂的关系，将每件事都简化为“最小公约数”，把问题简化成表情包和推文，于是所有细微差别都消失了。

当你试图理解这个混乱纷杂的世界时，将复杂问题简化成清晰而明确的观点是很有吸引力的。但你可能忘了，简化复杂性的方法不止一种，一切取决于你选择忽略哪些方面以及强调哪些方面。这意味着，从同一个复杂问题中可以提炼出两种或两种以上完全不同的观点，且每一种观点都被其支持者视为无可辩驳的真理。

但是，就像许多科学知识一样，现实生活是琐碎而棘手的，在我们就某事下定决心之前，需要考虑各种因素和注意事项。他们总是说，简单点，不要用细节来蒙蔽我。然而令人惊讶的是，如果我们承认一个问题的复杂性并从不同的角度来研究它，它反倒会清晰起来，也容易理解。

这一观点为物理学家们所熟知。我们说许多事物的性质是“取决于参考系”的。从行驶中的汽车的车窗扔出去一个球，当观察者的参考系不同时—例如在车内或在马路边，这个球的运动速度看起来就是不一样的。球速没有绝对值，所以当乘车人员和路边行人对球速给出不同的估计数值时，他们都是正确的，只要在自己的参考系中就没问题。

有时，人们对某事的看法取决于视角和层次。一只蚂蚁所看到和体验到的世界与一个人、一只鹰或一头蓝鲸的世界截然不同。同样，宇航员在太空中对地球的观察与地面上他同伴对地球的观察也不同。

总之，我们如何看待世界取决于自身的参考系，这使得我们更难发现世界到底是“怎样的”。

事实上，许多科学家和哲学家都主张，要了解现实的真实面貌其实根本不可能，因为我们只能说我们是如何感知到了现实：一切都取决于大脑对感官信号的解释方式。但与此同时，外部世界确实是独立于我们的思维而存在的，我们应该尽量以一种不那么主观的方式去理解它，不要那么依赖我们的参考系。

将解释、描述或论断进行简化并不总是一件坏事。事实上，这种做法非常有用。为了真正理解一个物理现象，揭示它的本质，科学家会试图去除不必要的细节，使其核心显露出来（总是尽可能简单，但不能过于简单）。例如，实验室实验通常是在特殊控制条件下进行的，通过创造人工理想环境，可以有针对性地研究一个现象最重要的特征。

可惜的是，当涉及人类行为时，这种做法几乎不适用。现实世界是纷乱的，往往因过于复杂而无法被简化。有一个在物理学领域大家都知道的笑话，一个奶农想要找到一种增加奶牛产奶量的方法，于是向一群理论物理学家寻求帮助。经过仔细研究后，物理学家们终于告诉奶农他们找到了解决办法，但这种方法只适用于真空环境中的球形奶牛。所以，并不是什么事情都能被简化的。

几年前，我在BBC（英国广播公司）制作的广播节目《科学生活》中采访了英国物理学家彼得·希格斯，著名的“希格斯玻色子”就是以他的名字命名的。我问他能否在30秒内解释什么是希格斯玻色子。他郑重其事地看着我，然后摇了摇头，我必须承认，当时他的表情中没有丝毫感到抱歉的意味。希格斯解释说，他倾注几十年时光后才理解了量子场论中希格斯机制的物理特性，人们凭什么期待如此复杂的主题可以被浓缩成一个简短片段？

伟大的理查德·费曼身上发生过一个相似的故事。20世纪60年代中期，他获得诺贝尔物理学奖后，有记者问他能否用一句话来解释自己获奖的研究成果。于是费曼做出了那个鼎鼎有名的回答：“见鬼！如果我能用几句话解释这是怎么回事，它就没资格得诺贝尔奖了!”

对于不理解的事情，寻求最简单的解释是人类天性使然。如果找到了简单的解释方式，我们就会紧紧抓住它不放手，因为它具有强大的心理吸引力，毕竟我们可能不愿耗费巨大精力去理解更复杂的解释。在这方面科学家没什么不同，即使是最优秀的科学家也习惯如此。1915年爱因斯坦建立了广义相对论，不久后，他将广义相对论方程应用于描述整个宇宙的演化。然而爱因斯坦发现，根据方程的计算，宇宙由于包含了所有物质的引力，所以正在自我坍缩。

爱因斯坦知道宇宙似乎并没有在坍缩，他所能做的最简单假设就是宇宙必须是稳定的。因此，他修改了自己的方程，选择了最简单的数学“修正”方案：爱因斯坦引入了一个被称为宇宙常数的数字，这个数字抵消了方程中描述物质累积引力的部分，这样他的宇宙模型就变得稳定了。

但没过多久，其他科学家就提出了不同解释：如果宇宙其实是不稳定的呢？如果它真的在变大，而引力根本无法导致它坍缩，只是减缓了它的膨胀过程呢？这一解释在20世纪20年代被天文学家埃德温·哈勃证实。爱因斯坦那时意识到，“修正”已经没有任何必要了，他抛弃了宇宙常数，并称这是他一生中最大的错误。

然而，现在我们发现科学家们又恢复了爱因斯坦的修正方案。1998年，天文学家观察到宇宙不仅在膨胀，而且是在加速膨胀。有什么东西在抵消物质之间的引力，导致宇宙膨胀得更快。由于没有更好的名字，我们把这种东西称作“暗能量”。这个例子很好地说明了随着新证据和新知识的积累，我们对一些现象的科学理解会发生变化。

事实是，基于一个世纪前能获得的证据，爱因斯坦选择了最简单的修正方案。但他选择这个方案的理由是错的，他假设宇宙是静态的，既没有膨胀也没有坍缩。如今，宇宙常数似乎已成为我们对宇宙的描述中一个不可或缺的要素，但其原因比爱因斯坦当年所能认知到的更为复杂，而这个故事还没有进入尾声，因为直到现在我们依然不理解暗能量。

因此，科学家们会努力使自己不被奥卡姆剃刀原则引诱。最简单的解释不一定是正确的，我们可以很好地将这一经验延伸到日常生活中。如今是一个充斥着各种言论、口号、即时资讯以及新闻信息的时代，正因如此，人们很容易为自己的观点找到依据，所以越发固执己见，不愿妥协。社会意识形态正变得越来越两极分化，那些需要公开辩论和深思熟虑分析的复杂问题被简化为非黑即白。所有模糊地带都消失了，只留下两种彼此对立的观点，每一边的支持者都坚信自己才是对的。

事实上，任何人如果敢强调该问题远比二选一要复杂得多，就会发现自己受到了对立双方的同时攻击——如果你不是百分之百支持我，那么你就是反对我。

如果我们把科学方法的特点——谨慎审查和交叉检验——应用到我们非常关注的政治和社会问题上，会怎么样呢？当爱因斯坦发现宇宙的运行并不像他想象的那样简单时，他承认了自己的错误。就像科学一样，日常生活并不总是简单的，也正如科普作家本·高达克尔的畅销书的书名所说：我想你会发现事情比那要复杂一些。我们想用简单方法解决问题，可这并不意味着它们就是最好的方法，甚至不意味着存在什么所谓的简单方法，简单的论证并不总是理解复杂问题的正确方式。

我们常听人说，某某事一定是真的，因为它显而易见，它理所当然，或者是常识。但科学家们受到的训练是：对自然现象最简单易懂，甚至最显而易见的解释，并不一定是正确的。这里再次引用爱因斯坦的名言，我们所谓的常识不过是早年积累的偏见。我们对某事有一个简单的解释，于是认为它是真的，这可不是可靠的做事方式。在对一个问题做出决定之前，我们最好从爱因斯坦那里吸取教训。为了避免严重的错误，先暂时将你的假设丢在一旁，多投入一点精力进行探索。

好吧，爱因斯坦不可能预测到暗能量的存在，因为对暗能量的探测必须依赖功能足够强大的天文望远镜，这种仪器能捕捉到宇宙边缘的图景。但通常情况下，世界的真相就在那里等着我们去发现——在这一过程中我们所需要付出的努力比寻找暗能量要少得多。如果你准备深入探索，就会得到回报。不仅你对世界的认知会变得更加丰富，你的人生观也会更加充实。

《科学思维的八堂课》

作者：【英】吉姆·艾尔-哈利利

译者：殷融

出版社：中信出版集团

本文摘编自：《科学思维的八堂课》，作者：【英】吉姆·艾尔-哈利利，译者：殷融，出版社：中信出版集团