09-证伪、奥卡姆剃刀、思维实验和佯谬

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，如果我把“可证伪性”改为“可验证性”，你就会容易理解的多了。

比如说，有人提出：天下乌鸦一般黑。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？你怎么知道以后会不会生出白色的乌鸦呢？”

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”这个规律增加了一分可信度，直到我们有一天发现了一只白色的乌鸦，则这个规律就不攻自破了。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所推翻的。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，那么这个就不能称为科学理论。比如说，你给出了一个理论：有一种汗是香的。哪怕我们把全天下的人的汗液都收集过来闻一下，发现都是臭的，但也没法推翻该理论，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：在何年何月何地会诞生一个香汗的人。因此，当一个理论只能“证实”而不能“证伪”，并且当他无法做出可靠的预言时，我们暂不能承认他是科学理论，而只能当作一种“见解”来对待，又比如“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能只能算作一种“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，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？

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，这句话是：如无必要，勿增实体。这就是奥卡姆剃刀原理。

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，要对它进行解释而不得不做很多各种各样的假设，可能不同的解释需要不同的假设，但是记住，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，李大师告诉我们，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，李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。

你将会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，一语点醒整个物理界对于光速的普遍看法。

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？还是传说中的伽利略在比萨斜塔上面扔下一大一小两只铁球？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，有一种实验叫做“思维实验”，而正是这种思维实验极大地推动了科学的发展。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。

伽利略这是这样想的：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，假如较轻的木块下落的慢，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。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，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。我将带你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 —— 直觉上是不对的，没想到却是真的

在物理学里面，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，中文里面有一个词就叫做“佯谬”。我举一个统计学中著名的例子：

东方大学的所有专业的男女比例都比神州大学更大。例如，物理系，东大男女比例是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大一点。但是，如果统计整体的男女比例，就会发现反而是东大小于神大。这种情况真的可能发生吗？是的，这就是著名的统计学上的“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，你自己可以亲自动手演算一下。

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。