6.5 規(guī)律的演進(jìn)

秦始皇的生父究竟是呂不韋還是公子異人？趙匡胤究竟是病死的，還是燭光斧影下遇害身亡？作為現(xiàn)代人，這些宮闈秘事當(dāng)然無法盡知，然而，幾乎所有人都深信不疑的是，事實(shí)只有一個，真相只有一個：秦始皇的父親無論是誰，都只可能是一個人，不可能是幾個人合作的結(jié)果；趙匡胤也只有一種死法，不可能先后以不同方式死兩到三次。然而，由于“真相”只是一個為了解釋所有“現(xiàn)象”而構(gòu)建的理論模型，因此，在同一個現(xiàn)象的背后，很可能同時隱藏著兩組以上的“事實(shí)真相”，在同一組事實(shí)的背后，也很可能同時隱藏著兩組以上的規(guī)律，如果遇到這樣的問題，我們又該何去何從呢？

其實(shí)早在孔子周游列國的途中，就曾經(jīng)遇到過這樣的問題：有一天，孔子看到兩個小孩在路旁爭論，一個孩子說，早晨的太陽距離我們更近一些；另一個孩子說，中午的太陽距離我們更近。孔子不解，便忙追問其中的緣由。第一個孩子說，早晨太陽看起來像車輪那么大，中午看起來只有盤子那么小，而太陽本身的大小不變，根據(jù)常識，距離我們更近的物體看起來更大，所以當(dāng)然是早晨的太陽離我們近了。但另一個孩子接著說，早晨的太陽很冷，中午的太陽很熱，而太陽本身的溫度不變，根據(jù)常識，當(dāng)然是太陽距離我們更近時更熱了。所以，自然是中午的太陽距離我們更近。面對這樣的一對矛盾，孔子也不知所措。

現(xiàn)在，在面對太陽的同一組現(xiàn)象時，出現(xiàn)了兩組相互矛盾的理論模型：一個是近大遠(yuǎn)小，另一個是近熱遠(yuǎn)冷。顯然，太陽只有一個，不可能即大又小，即熱又冷；距離的變化也只有一種可能，不可能即遠(yuǎn)又近；因此真理也只能有一個，不可能兩個理論都正確？遇到這類問題時，我們應(yīng)該如何處理呢？盡管根據(jù)常識，這兩個理論模型似乎都沒有錯誤，但既然兩個理論模型得出了截然相反的結(jié)論，我們就應(yīng)該在它們之間進(jìn)行取舍，對已有的理論模型加以修改完善。

今天的我們已經(jīng)知道，上述推理過程不僅存在著理論錯誤，而且存在著因果倒置的邏輯錯誤，雖然近大遠(yuǎn)小是正確的，但這并不意味著大近小遠(yuǎn)；雖然近熱遠(yuǎn)冷是正確的，但這并也不意味著熱近冷遠(yuǎn)。因?yàn)閷?dǎo)致物體看起來更大或者感覺更熱的還有其他原因，比如視覺對比錯誤或陽光入射角度。因此修正現(xiàn)有的理論模型，就是我們處理多種理論模型相沖突的第一類解決辦法。

接下來，我們看看第二類處理方法：假設(shè)我們正在實(shí)驗(yàn)室中對一根木棍的長度進(jìn)行測量，結(jié)果顯示，木棍的長度是30厘米，接下來又經(jīng)過很多人利用各種測量工具反復(fù)測量，木棍的長度始終保持30厘米不變，于是大家得出結(jié)論，該木棍是一個固體，它的長度是30厘米，并且保持不變。但此時，有人卻說：其實(shí)世界上所有物體的長度都會隨著時間的自動變長，只不過，由于木棍和測量工具增長的速度和比例是一樣的，當(dāng)我們用變長了的尺子測量變長的木棍時，發(fā)現(xiàn)刻度保持不變，因此，我們無法通過測量發(fā)現(xiàn)木棍長度的變化。

首先我們必須承認(rèn)，如果按照這個人的理論，我們同樣可以解釋一切，甚至我們無法找出任何證據(jù)證明他的理論一定是錯誤的。現(xiàn)在解釋木棍的長度不變的模型有兩個：一是固體長度保持不變；二是木棍、尺子和以及空間的長度會按同樣的比例自動變大。二者相互矛盾，但又沒有其他證據(jù)證明哪一個是錯的，在這種情況下我們應(yīng)該如何取舍呢？舍煩就簡！我們會自動舍去復(fù)雜的理論模型，而采用理解起來更簡單的那一個。為什么要這么做？沒有任何理由！按照奧卡姆剃刀原則，選擇簡單的目的只是為了簡單。既然二者相互矛盾，而且較復(fù)雜的一個理論也拿不出更多證據(jù)支撐，我們何必不選擇更簡單的那一個呢？

簡單性原則告訴我們：理論越簡單、越容易理解也就越接近真實(shí)。然而既然如此，我們現(xiàn)代人為什么普遍相信地球繞著太陽轉(zhuǎn)，而不是太陽東升西落呢？難道太陽東升西落不是更簡單、更符合我們的直觀感受嗎？這就涉及到了我們對理論模型的第三個選擇標(biāo)準(zhǔn)：普適性原則。

普適性原則實(shí)際上是簡單性原則的一個擴(kuò)展版本。為了從根本上實(shí)現(xiàn)簡單的目的，我們總是期望用盡可能少的理論模型去解釋盡可能多的現(xiàn)象。如果我們在選擇理論模型的時候只依賴簡單原則，就會導(dǎo)致這樣一個復(fù)雜的結(jié)果：世界上發(fā)生多少個事件就存在多少個理論模型去解釋它們。畢竟，最簡單的解釋方法就是用自己解釋自己，或者說，最簡單的解釋方法就是不用解釋，但這顯然不是我們期望的結(jié)果。普適性原則告訴我們：一個理論能夠解釋的現(xiàn)象越多，適用的范圍越廣，也就越接近真理。因此，當(dāng)兩個模型發(fā)生沖突的時候，我們就會選擇使用范圍更廣、或者說普適性更強(qiáng)的那一個。

當(dāng)然，所謂普適性更強(qiáng)是相對于人類的視野而言的，如果我們觀察到的現(xiàn)象本來就有限，那么按照簡單原則，我們?nèi)匀粫x擇更容易理解的那個理論。比如：在古代的時候，人類認(rèn)識世界的能力不強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象也有限，用太陽東升西落的理論模型本就具有很高的普適性。因此古代的人們普遍認(rèn)為大地巋然不動，是整個宇宙的中心，日月星辰都在圍著地球轉(zhuǎn)。如果在這種情況下有人強(qiáng)調(diào)地球上的物體都在和地球一起勻速轉(zhuǎn)動，反倒會把理論模型復(fù)雜化。因此，地心說的宇宙模型是符合當(dāng)時的觀測事實(shí)的。只有人類的腳步進(jìn)入太空，人類的視野拓展到整個宇宙時，地球圍著太陽轉(zhuǎn)才成為了更具普適性的理論模型。然而，如果人類一直認(rèn)為地球是宇宙的中心，就不會有進(jìn)入太空的可能；同時，如果人類的視野無法拓展到整個宇宙，我們也無法發(fā)現(xiàn)地球圍繞太陽轉(zhuǎn)的秘密。那么，這一切又是如何發(fā)生的呢？

在人類文明的進(jìn)程中，追求更簡單更具普適性的理論模型就是在求真求美。也正是在這種力量的驅(qū)使下，我們才能夠開啟對宇宙空間的探索之旅。隨著時間的演進(jìn)，我們一方面拓展自己的視野，發(fā)現(xiàn)更多奇妙的自然現(xiàn)象；一方面修正自己的理論模型，使其更具普適性。

對于哥白尼而言，盡管地心說已經(jīng)相當(dāng)完備了，但是它似乎還不夠精簡，不夠完美。為了求美，哥白尼把太陽放在了宇宙的中心，于是行星的軌道就可以接近正圓了；雖然哥白尼的理論夠美，然而還不具備更高的普適性，太陽與其他的恒星有什么不同，為什么其他恒星一定要圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)呢？于是為了追求更大的普適性，伽利略取消了太陽在宇宙中心的地位，把太陽降級為一顆普通的恒星；在地心說和日心說兩種模型爭執(zhí)不下時，第谷為了尋求真相，進(jìn)行了數(shù)十年的觀察積累；而為了完美的符合第谷的觀測數(shù)據(jù)，開普勒又把行星的軌道修正為橢圓，并以著名的行星三定律為天空立法；本來，以天文觀測而言，開普勒的三定律已經(jīng)足夠精簡，足夠美觀了，但為了追求更大的普適性，進(jìn)一步把天空的運(yùn)動和地面的運(yùn)動統(tǒng)一起來，牛頓又建立了萬有引力定律和牛頓三定律；同樣，當(dāng)麥克斯韋理論的出現(xiàn)時，電磁學(xué)理論看似與經(jīng)典力學(xué)無法完美兼容；于是，同樣源于對普適性的追求，愛因斯坦通過狹義相對論把經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋電磁理論統(tǒng)一了起來。隨著時代的進(jìn)步，人類求真求美的科學(xué)精神卻始終未變，在一代代科學(xué)家手中薪火相傳……

目前，相對論早已成為解釋一切宏觀運(yùn)動的最具普適性的理論模型。然而，簡單性和普適性二者似乎不可兼得：在哥白尼和開普勒的時代，利用初等數(shù)學(xué)就可以解決問題，而在伽利略和牛頓的時代，微積分是必須掌握的基本知識，到了廣義相對論的時代，黎曼幾何又成為了我們認(rèn)識世界的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。這也就意味著，當(dāng)普適性和簡單性發(fā)生沖突的時候，我們選擇普適性而放棄簡單性原則。

欲窮千里目，更上一層樓，我們要想開拓自己的視野，從一個更加宏觀的角度窺見宇宙的奧秘，就必須要與時俱進(jìn)，努力提升自己的修養(yǎng)。接下來，就讓我們進(jìn)入物理學(xué)的領(lǐng)域，通過最普遍的科學(xué)規(guī)律，從時間、空間和運(yùn)動的基本關(guān)系開始，一起探究那個更具普適性的運(yùn)動理論：狹義相對論。