1. 波普尔的证伪说——科学与伪科学的量尺

波普尔是一个著名的科学哲学家,他提出了一个被现在科学界广为接受的原理“科学理论必须具备可证伪性”。对于普通人来说,这似乎有点儿难以理解,在我们的心目中科学往往代表着正确,怎么反而说科学理论需要具备可证伪性呢?实际上“可证伪性”和“可证伪”是有一些区别的, 如果把“可证伪性”改为“可验证性”,那就容易理解多了。

比如有人提出:天下乌鸦一般黑,那怎么证明这个规律呢?只能到全世界去抓乌鸦的样本,每抓到一只都发现是黑的,然后就可以说,我从全世界抓了那么多的乌鸦无一不是黑的,这下你总该相信‘天下乌鸦一般黑’的理论了吧。但是又会有人说,你又没有把地球上的所有乌鸦都抓来看,你怎么就知道没有一只白色的乌鸦呢,就算你把地球上所有的乌鸦都抓来了,你怎么知道唐朝的乌鸦也都是黑的呢?你怎么知道以后会不会出生白色的乌鸦呢?

如果举出一个反例就可以将某个理论推翻,我们便说该理论具备“可证伪性”,也就是可以被验证的意思。我可以根据“天下乌鸦一般黑”的规律,大胆的做出一种预言:哪一天有人又在非洲的丛林里抓到了一只乌鸦,那我不用去看,我就敢说那只乌鸦是黑色的。

每抓到一只乌鸦,就给“天下乌鸦一般黑”这个规律增加了一分可信度,直到有一天发现了一只白色的乌鸦,那么这个规律就不攻自破了,因而科学理论之所以能成为科学,首先它要能做出一些预言,而这些预言恰恰是能够被“证伪”的,也就是说这个科学理论能够被实验或者观测所推翻的,只有具备了“证伪”和“可预言性”,我们才能冠以“科学”之名,反过来说如果你提出的一个理论并且做出的预言是永远不可能被实验或者观测推翻的,那么这个就不能称为科学理论。

比如说给出了一个理论“有一种汗是香的”,哪怕把全天下所有人的汗液都收集过来闻一下,发现都是臭的,但也没有办法推翻该理论,因为不能证明那种香汗从来就没有存在过,另外这个伟大的理论也不能做出一个准确的预言,在何年何月会诞生一个香汗的人呢,因此当一个理论只能“证实”而不能“证伪”并且当它无法做出可靠的预言时,就不能承认它是科学理论,而只能当做一种“见解”来对待

波普尔就认为所有的物理规律都只能算作一种“假说”,它可以做出大量的预测,指导我们的发明创造,但总有一天会因为找到一个不符合理论的反例,来要求我们修正理论,不过在没有找到反例之前,仍然认为该理论是正确的、科学的,相对论也不例外

2. 奥卡姆剃刀原理——科学需要什么样的假设

八百多年前,英格兰有一个叫奥卡姆的地方,那里出了一个叫威廉的哲学家,他说了一句话一直影响着科学界直到今天,甚至开始辐射到管理学界,经济学界等等。这句话是:如无必要,勿增实体。这就是著名的奥卡姆剃刀原理。

奥卡姆剃刀原理首先说的是这样一个道理,如果你发现了一个很奇怪的现象,要对他进行解释而不得不做出很多各种各样的假设,可能不同的解释需要不同的假设,但是根据奥卡姆剃刀原理,那个需要假设最少的解释往往是最接近真相的解释。

童话《皇帝的新衣》中,看到皇帝在大街上光着屁股走路这个奇怪的现象时,总理大臣和邻家留着鼻涕的小毛都各自有一番解释。

总理大臣的解释:

  1. 假设皇帝穿着一件世界上最美的衣服
  2. 假设只有聪明人才能看见这件衣服
  3. 假设我是蠢人,所以我看到的是光着屁股的皇帝

小毛的解释:

  1. 假设皇帝根本没有穿衣服,所以我看到的是光着腚的皇帝

根据奥卡姆剃刀原理,小毛的解释最有可能接近真相,因为他的假设最少

奥卡姆剃刀原理还说明了另外一个道理,如果有某个条件是不能被感知和检测到的,那么和没有这个条件基本上就是等价的

比如说,天上发生闪电的时候,李大师告诉我们说这是他发功召唤来的一条天龙正在吐火,但是这条天龙你们凡人是永远不可能看见的,也永远别想用任何科学手段检测到,只有我才能看见。根据奥卡姆剃刀原理,李大师的说法和没有这条龙的存在也是等价,换句话说,应当把所以一切不能被感知和检测的条件,都毫不留情的像剃刀刮肉一样从理论中刮去。

爱因斯坦如何灵光闪动的运用奥卡姆剃刀原理,他就像说破皇帝根本没有穿衣服的那个小孩,一语点醒了物理界对于光速的普遍看法、

3. 思维实验——在大脑中运行的实验

说到实验,首先想到的是什么?第一次看到老师点燃倒扣在塑料杯下面的氢气时,发出那一声巨大爆炸声和自己的惊呼声吗,还是传说中的伽利略在比萨斜塔上扔下一大一小的两只铁球,你的脑海里一定翻腾起许多你曾经看到过或者亲自做过的实验。但是有没有想过,有一种实验叫做“思维实验”,而正是这种思维实验极大的推动了科学的发展。

关于思维实验,科学史上最著名的例子之一就是伽利略以此推翻了亚里士多德重物下落更快的论断,伽利略是这样想的。

如果我们把一个铁块和一个木块用绳子拴在一起从高处扔下,假如较轻的木块下楼的慢,因此它就会拖累铁块的下落,所以他们会比单独扔一个铁块下落的慢一点,但是铁块和木块拴在一起以后,总重量却比一个铁块更重了,那么岂不是它们又应该比单个铁块下落的更快吗?显然这是互相矛盾的。

这就是一个思维实验的生动例子,在头脑中运行实验有时候往往比真正的实验更具有说服力。爱因斯坦就是一个思维实验的大师,相对论的诞生和思维实验密不可分,甚至可以说没有爱因斯塔在大脑中运行的那些实验,相对论就不可能诞生

4. 洋缪——直觉上是不对的,没想到却是真的

在物理学里,经常会遇到一些很有趣的事情,这些事情一开始会让你觉得不可能发生,但恰恰最后又被实验证明是千真万确的,在中文里有一个词叫做“洋缪”。

统计学中有一个著名的洋缪的例子,A大学的所有专业的男女比例比B大学更大,例如物理系A大学男女比例是5:1,B大学是2:1,两所学校都是男生多,而外语系A大学的男女比例是0.5:1,B大学是0.2:1,两所学校都是女生多,但A大学的比例更大一些,但是如果统计整体的男女比例,就会发现反而是A大学小于B大学。那这种情况真的可能发生吗?是的,这就是著名统计学上的“辛普森洋缪”,看起来不可能的事情真的发生了。

你可能还是不太相信,那么我们来编造两份数据,你自己可以亲自动手演算一下,

物理系 男生人数 女生人数 男女比例
A大学 35 7 5:1(更大)
B大学 100 50 2:1
外语系 男生人数 女生人数 男女比例
A大学 50 100 0.5:1(更大)
B大学 10 50 0.2:1
物理系+外语系 男生人数 女生人数 男女比例
A大学 85 107 0.8:1(更小)
B大学 110 100 1.1:1

所以说这个世界的奇妙远大于你的想象,还有无数更加不可思议的洋缪在前面等着我们。