《时间的形状》你必须了解的四个概念

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，他阐明了一个被科学界广为接受的道理：所有的物理规律（或者说科学定律）都是无法真正完全“证实”的，通俗来讲就是科学规律永远不可能用摆事实讲道理的方法来给你证明，尤其是证明给那些伪哲学家们。乍一听这个说法，似乎很难理解，其实很好理解。比如说我现在发现了一个科学规律：天下乌鸦一般黑。那我怎么证明这个规律呢？我只能到全世界去抓乌鸦的样本，每抓到一只都发现是黑的，然后我就跟你说：“你看，我从全世界抓了那么多的乌鸦，无一不是黑的，这下你总该相信我关于天下乌鸦一般黑的理论了吧？”你说：“不，你又没有把地球上的所有乌鸦都抓来给我看，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，你怎么知道宋朝的乌鸦也都是黑的呢？你怎么知道以后不会生出白色的乌鸦呢？总之你跟我说什么都不能让我相信天下乌鸦一般黑这个理论。”波普尔认为确实无法证明这个规律是正确的，因为只要举出一个反例就可以将它推翻，这便是“证伪”。但是我可以根据这个规律大胆地做出一种预言，哪一天你跟我说你又在非洲的某个丛林里面抓到了一只乌鸦，我不用去看，我就敢说那只乌鸦是黑的。你每抓到一只黑色的乌鸦，我只能说给“天下乌鸦一般黑”这个理论增加了一分可信度，直到我们有一天发现了一只白色的乌鸦，这个理论就不攻自破了。因而科学理论之所以能称之为科学，首先他要能做出一些预言，而这些预言恰恰是要能够被“证伪”的，也就是说这个科学理论做出的预言是有可能被实验推翻的。只有满足了“预言”和“证伪”这两个条件，我们才能为其冠以科学之名。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推翻的，那么就不能称之为科学理论。比如说，你给出了一个理论：有一种屁放出来是香的。于是我们把全天下的人放的屁都收集过来闻一下，发现都是臭的，但是这也没法推翻你的理论，因为我们并不能证明你说的那种香屁从来就没有存在过。另外，你的这个伟大理论也不能做出一个准确的预言：在何年何月何地何人会放出一个香屁来。因此，当一个理论只能“证实”而不能“证伪”，并且也无法做出可靠的预言时，我们暂不能承认他是科学的，而只能当作一种“见解”来对待，比如“某些人能与死者的灵魂对话”之类的说法。波普尔认为所有的物理规律都只能算作一种“假说”，他可以做出大量的预测，指导我们的发明创造，但总有一天会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，我们仍然认为该理论是正确的、科学的，相对论也不例外。

奥卡姆剃刀原理——科学需要什么样的假设？

大概是八百多年前吧，英格兰有一个叫奥卡姆的地方，那里出了一个叫威廉（这在英国是一个超级大众化的名字，就跟中国有很多人叫王刚一样）的哲学家，他说了一句话至今影响着科学界，甚至开始辐射到管理学界、经济学界等，这句话的原文是“Entities should not be multiplied unnecessarily”，译成中文意思是“如无必要，勿增实体”，这就是“奥卡姆剃刀原理”。为啥不叫威廉原理呢？你想啊，如果中国有一个住在桃花岛的王刚讲了一个流传后世的著名道理，叫“王刚原理”就会显得有点平淡无奇，但如果叫“桃花岛原理”，给人的感觉就完全不一样了，而且从此桃花岛也就出名了，还可以大力开发旅游资源。不过你看不出奥卡姆剃刀原理有啥深奥对吧？是的，要是不解释，我也跟你一样糊涂。但是一经解释，就发现那是大大地有道理。

奥卡姆剃刀原理说的首先是这样一个道理：如果你发现了一个很奇怪的现象，要对它进行解释就不得不做很多假设，可能不同的解释需要不同的假设，而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》大家都应该耳熟能详吧？看到皇帝在大街上光着屁股走路这个奇怪的现象时，总理大臣和邻居家流着鼻涕的小毛都各自有一番解释。先看总理大臣的解释：（1）假设皇帝身上穿着一件世界上最华美的衣服；（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：假设皇帝根本没有穿衣服，所以我看到的是光着身子的皇帝。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我们感知和检测到的，那么和没有这个条件根本就是等价的。比如说，天上发生闪电的时候，某大师告诉我们，这是我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，只有我能看见。根据奥卡姆剃刀原理，某大师的说法和没有这条龙的存在是等价的。换句话说，我们应当把所有一切不能被我们所感知和检测的条件都毫不留情地像剃刀刮肉一样从我们的理论中刮去，毫不犹豫。奥卡姆剃刀原理从提出到现在已经有八百多年了，这个原理是人类智慧的精华，也是帮助我们看清这个纷繁迷乱世界的“第三只眼”。我们将会在本书中看到爱因斯坦如何灵光闪动地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（那一年他26岁，在物理界确实可以算是小孩），一语点醒整个物理界对于光速的普遍看法。如果用我的话说，奥卡姆剃刀原理说的就是——“上帝喜欢简单”。

思维实验——在大脑中运行的实验。

说到实验，你首先想到的是什么？是跟我一样永远不能忘记第一次物理实验课，看到老师用火柴点燃倒扣在塑料杯下面的氢气时，发出的那一声巨大的爆炸声和自己的惊呼声吗？还是传说中伽利略在比萨斜塔上扔下一大一小两只铁球（当然，这只是个传说而已）？你的脑海中一定翻腾起许多你曾经看到过或者亲自做过的实验。但是你有没有想过，有一种实验叫作“思维实验”，而正是这种思维实验极大地推动了科学的发展。可能你已经在心里嘀咕了：“真的假的”？我这就给你一个例子。关于思维实验，科学史上最著名的例子就是伽利略以此推翻了亚里士多德重物下落更快的论断。

（以下对话为虚构）

伽利略：“亲爱的亚里士多德先生，您不是说重的东西比轻的东西下落得更快吗？那么如果我们把一个铁块和一个木块用绳子拴在一起，从高处扔下来会发生什么？按照您的说法，较轻的木块下落得慢，因此它会拖累铁块的下落，所以它们会比单扔一个铁块下落得慢一点，是不是这样？”

亚里士多德：“没错，逻辑正确。”

伽利略：“但是，铁块和木块拴在一起以后，总重量却要比一个铁块更加重了啊，那么岂不是它们又应该比单个铁块下落得更快？”

亚里士多德：“呃……”

伽利略：“这个实验不用实际去做了吧，单单就在我们脑子里面做一下就可以发现您的理论是自相矛盾的。”

亚里士多德：“你让我想想，你让我想想……”

上面就是一个思维实验的生动例子，在头脑中运行的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，没有爱因斯坦在大脑中运行的那些实验，相对论就不可能诞生。在本书中，我将带你一起领略很多充满奇思妙想的思维实验，感受头脑风暴所带来的快乐。

佯谬——乍一看肯定是不对的，但没想到却是真的。

在物理学中，经常会遇到一些很有趣的事情，这些事情一开始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。像这样的事情，中文里有一个词就叫作“佯谬”。佯，是佯装、伪装的意思，谬，是谬误、错误的意思；佯谬就是佯装是错误的，其实是正确的。在我们这本书中，会出现很多有趣的佯谬。我们先举一个统计学中著名的例子给大家看（本例子来源于“果壳网”）：

我高考终于考完了，考得相当不错呢，终于到了填写志愿的时候，东方大学（简称东大）和神州大学（简称神大）都是我向往的学校，录取分数都差不多，到底第一志愿要填报哪所大学呢？想来想去，为了终身大事我决定报考女生更多的大学，于是我从网上搜索这两个大学的数据进行研究。物理系，东大男女比例高于神大（东大是5：1，神大是　2　：1，两所学校都是男生多）；外语系，东大男女比例又高于神大（东大是0.5：1，神大是0.2：1，两所学校都是女生多，但东大的男女比例更高一点）……哇，怎么所有专业东大的男女比例都高于神大啊？那还犹豫什么呢，我肯定报神大了！两个月后我顺利地进入了神州大学。正当我得意于自己的选择时，无比悲愤地看到一份资料，上面写得清清楚楚：东大的男女整体比例小于神大。我靠，有没有搞错？！怎么可能东大的所有专业男女比例都高于神大，但是整体男女比例却低于神大了呢？！不带这样玩我的！！肯定是哪里算错了吧？于是我拿出计算器狂敲，却发现网上的数据没错，我也没有算错数据，结果却是千真万确的。这种情况真的可能发生吗？是的，这就是统计学上著名的“辛普森佯谬”，看起来不可能的事情真的发生了。

你可能还是不相信，那么我们来编造两份数据，你可以亲自动手演算一下。

物理系数据：

外语系数据：

学校整体数据（两个专业之和）：

所以说，这个世界的奇妙往往远大于你的想象，还有无数更加不可思议的佯谬在前面等着我们。在本书中你会看到，发生在一对双胞胎兄弟身上的佯谬推动了爱因斯坦的深度思考，让相对论发生了质的飞跃。