2023年9月28日，北京大学科学技术与医学史系开设的本科生课程《当代科技史》第三讲在理教409举行。本期讲座邀请到中国科学院院士、著名理论物理学家孙昌璞担任主讲人，讲座的主题是《从可证伪性到科研中奥卡姆剃刀原则 ——物理学求美至真的方法论思考》，讲座由北京大学科技医史系副教授陈昊主持。孙昌璞院士从物理学的“简洁之美”入手，深入浅出地讲解了奥卡姆剃刀原则等哲学方法论的含义及其在物理学研究中的意义。

01“知识机器”：17世纪科学为什么加速？

孙昌璞院士首先从十七世纪自然科学的腾飞引入本次讲座的内容。在文艺复兴、宗教改革等社会背景以及近代科学家的探索之下，基于实证研究和经验归纳的物理思想逐步形成。然而，这一思想面临着休谟以来的怀疑论哲学对归纳方法可行性的质疑，而康德等哲学家，即预先设定作为“真理”产生知识的“先验知识”，基于“先验知识”的认识论部分程度上缓和了这一矛盾。

二十世纪以来，光谱红移、动量和坐标的不确定关系等一系列发现催生了以量子物理、相对论为代表的现代科学，对传统先验主义的方法论构成了挑战，也催生了波普尔等理论家对科学方法的创造性思考。波普尔主张科学必须可证伪，必须容许逻辑上的反例的存在。时至今日，通过经验性检验解决理论分歧、在不同假设间做出选择等方法已经成为科学界的一般共识。

02物理学的唯美追求是主观的吗？

物理学的大厦虽然根植于对客观知识的探索，许多物理学家却也认为美的体验往往会指明通向真理的道路。然而，由于学科前沿的日益复杂化以及理论和实验的互相隔膜，杨振宁等物理学家不无忧虑地重新强调“寻求物理理论基础的逻辑简单性和一致性”的重要意义。孙昌璞院士从物质结构之美、数学语言之美、科学理论之美三个方面，结合物理学的具体成果，阐述其“大道至简”的自然之美。他认为，不应该将物理学的美仅仅视为一种主观的感受，而应当尊重并利用这种客观的美学价值，提高人类对自然界的理解和认识。

03从奥卡姆剃刀原则看物理学的以简为美

随后，孙昌璞院士介绍了物理学“以简为美”的哲学基础：奥卡姆剃刀原则。若同一个问题有许多种理论解释，每一种都能作出同样的预言，那么应该挑选其中使用假定最少的。奥卡姆剃刀原则不仅解释了在天文学中从地心说到日心说的范式革命，而且同样体现在量子力学的诠释争论中。

孙昌璞院士以量子力学诠释为例，向同学们介绍了奥卡姆剃刀原则在物理学范式革命中的作用。量子力学虽然已在激光半导体、原子纳米技术等方面对人类的日常生活产生了巨大影响，但其基础问题仍然存在着许多争议。由尼尔斯·玻尔等人提出的影响最大的哥本哈根诠释将波函数理解为概率性的表达方式，进行获取有关系统状态或特性的信息的测量，会导致系统的状态塌缩为一个确定的结果。这一问题涉及许多认识论上的争论，例如有的理论物理学家认为哥本哈根诠释意味着“客观实在产生于意识参与的测量”。薛定谔、温伯格、盖尔曼等人对此进行了批评，认为其二元论的视角没有意识到观测者和仪器本身也应当遵循量子力学的规则，坍缩必须作为一个单独的假设人为添加到量子理论之中。与之相对，竞争性的“多世界诠释”为量子力学提供了另一条一元化的解释路径：把仪器(和人)看成是另一个量子体系，它们完全遵循量子力学的方程和原理；最终结果将是各种测量结果的叠加态，该叠加态中的每一个测量结果都像是独立分岔出去的一个分支宇宙。

量子色动力学（QCD）理论同样面临着类似的问题。根据QCD理论，夸克之间通过强相互作用相互束缚在一起，形成了强子。当试图将夸克分离出来时，强相互作用的强度会增加，使得从夸克中分离出一个单独的夸克变得非常困难。这种现象被称为禁闭或自由夸克假设。因此，虽然这一体系增加了额外的假设，但是实验中无法观测到自由夸克的存在。

04如何看待当前物理学的逆奥卡姆剃刀现象

孙昌璞院士提到了当前物理学研究中的“逆奥卡姆剃刀现象”，即当存在两个相互竞争的理论时, 对于实验数据提供更古怪解释的理论反而更受青睐、更容易在知名期刊上发表。

许多期刊已经意识到这一问题，倡导在审稿时使用奥卡姆剃刀原则：关注实验数据是否能用更简单的模型或理论来解释；新模型或新理论不仅要拟合已有的数据，而且必须做出可进行进一步实验检验的预测。孙昌璞院士以Majorana 费米子的量子模拟之路为例，向我们展现了前沿物理研究中可能存在的问题。

当下，科学研究同样存在“灰色地带”，可能被研究者的主观性影响从而走向歧途。在讲座的最后，孙昌璞院士勉励同学们继承老一辈科学家坚持科学理性、勇于纠错的精神，坚守科学道德底线与学术诚信。