量子力學無疑是科學史上最成功的理論之一。 然而，對于量子力學的解釋，目前還沒有基本共識。 從本質上講，“一元論”與“二元論”之間存在著哲學上的對立。
以玻爾為代表的哥本哈根學派堅持量子力學無法避免二元解釋：量子力學的波函數描述必須依賴經典元素——觀測導致波包不可逆塌縮，相關測量儀器和觀察者只能服從經典物理。 。 具有二元性質的波包塌陷是一個非酉演化過程，與薛定諤方程描述的酉演化過程不一致。
與愛因斯坦質疑量子力學的新角度不同，薛定諤、溫伯格等許多著名理論物理學家一次次批判“二元論哲學”，同時形成了量子力學的“多世界”和量子退相干等方面。 一元解釋：通過在量子力學本身的框架內描述儀器和觀察者來解釋量子力學測量的結果，而不訴諸經典物理學。
然而，僅根據最終觀察結果通常無法確定哪種理論是正確的，并且理論通常不具有解釋的唯一性。 量子力學有一元論和二元論的解釋，但它們對測量結果的理論預測在理想情況下往往是一致的，因此無法區分這些解釋哪種更好。
這和“地心說”與哥白尼的“日心說”之爭是一樣的：前者只要加上一個非常復雜的“本輪均輪”就基本上可以解釋第谷對天象的觀測，而后者則用橢圓代替完美的圓形軌道。 結果（嚴格來說，行星視運動有兩種不規則性：快、慢和逆行，無均差的日心說只能解釋后者）。 也就是說，僅在“單一”實驗的意義上，人們無法區分量子力學解釋中的一元論和二元論哪個更好，因為在這些解釋的框架內，人們只能預測相同的觀察結果。
量子力學的解釋和可證偽性
基于橢圓軌道的“日心說”的簡單性完全戰勝了基于許多“本輪-均輪”和“地心說”的繁瑣。 不僅如此，“日心說”用更少的參數給出了更多的預測，因此給出了更多的驗證機會。 從這個意義上說，這就是哲學上的奧卡姆剃刀效應。
不過，從科學哲學的角度來看，我們仍然可以區分量子力學的解釋中是一元論還是二元論更科學。 我們需要做的就是遵循簡單性原則：如果關于同一問題的兩種理論做出同樣準確的預測，則應該選擇假設最少的一種。
盡管更復雜的方法可以做出更好的預測，但需要在假設數量和預測能力之間取得平衡。 只有當預測結果的數量相對于理論假設的數量呈現非線性增長時，我們才能說這是一個真正好的理論。 這就像基于橢圓軌道的“日心說”簡單地勝利于許多“本輪-均輪”和“地心說”的基礎上。 ”的繁瑣。不僅如此，“日心說”用更少的參數給出了更多的預測，因此也給出了更多驗證的機會。從這個意義上來說，這就是哲學上的奧卡姆剃刀效應。
在關于量子力學解釋的爭論中，基于量子退相干的量子測量理論屬于一元論范疇。 它沒有引入任何額外的假設，而是將測量過程視為一個少自由度的量子系統（待測系統）和一個多自由度的量子系統（儀器或觀察者）之間的相互作用。 整體大系統和兩者都服從薛定諤方程。 這種描述是一元論的。 它可以給出測量結果與交互（測量）的時間依賴性之間的關系。 它比二元論有更多的理論預測可以比較和驗證。 因此，很多人認為量子力學的一元論解釋比哥本哈根學派的解釋“更好”。
需要指出的是，這些對量子力學解釋的具體分析意味著可證偽性，這正是奧卡姆剃刀效應的哲學和邏輯基礎。 可證偽性是指從理論得出的結論——理論預測可能與基于邏輯原理的觀察陳述相矛盾或沖突的可能性。 該理論的創始人哲學家卡爾·波普爾認為“所有的科學命題都必須是可證偽的，不能證偽的理論就不能成為科學理論”。
事實上，這里隱含著偽科學或偽科學（-）的定義：不能被邏輯證偽的“科學理論”就是偽科學。 你可以證偽“是否所有的單身漢都幸福”，但你不能證偽“是否所有的單身漢都幸福”這個語義命題。 以上就是講一個好的理論的“大道理到簡單”的原則。 這里的“簡單”是指推理邏輯“簡單”，這里的“大”是指盡可能多的可預測結果，讓理論有更多的機會被證偽。 因此，從科學哲學的角度來看，可證偽性是奧卡姆剃刀效應的邏輯基礎。
下面我們用一個“模型”來形象地說明可證偽性與奧卡姆剃刀效應之間的關系。 模型如下圖所示：正方形四個角上的A、B、C、D代表四個經驗結果。 連接它們的多邊形代表了一個“理論”，其中的所有點都代表了該理論預測的結果。 然而，這個理論并不是獨一無二的。 根據當前經驗事件構建的“理論”可以包括四個點上的各種平面圖形。
顯然，“平面紡錘體”理論（b）可以用來解釋A、B、C、D的經驗事實，但我們仍然需要繼續做各種實驗來證偽理論（b）：當大多數實驗都是在平面主軸區域內，理論（b）是正確的； 一旦發現了區域外的事件E，理論(b)就被證偽了，接下來就要用“三個三角形”組成新的理論(c)，其中當然包括E； 然而，當域外事件F發生時，理論(c)也被證偽，然后我們建立理論(d)并進行推導量子物理學的開創者，最后得到最簡單的理論——“循環”理論(e)：它只有一個參數——半徑 R。只需更改 R 以包含所有事件。
因此，同樣包括A、B、C、D的“圓”論（e）比“紡錘”論更簡單、更優美，更有“道至簡”的境界。 一般來說，理論（e）比理論（b）更簡潔。 它使用更少的假設和參數，但預測更多的結果，有更多的機會被證偽，并且更容易被證偽。
基于事件 A、B、C 和 D 的四種理論 (b)、(c)、(d)、(e)。
奧卡姆剃刀下的量子解釋
奧卡姆剃刀就是不斷淘汰那些假設較多的復雜理論，保留那些簡潔優美的理論，從而實現科學“最大的簡單”的核心價值。
上面已經指出，當存在兩種相互競爭的理論時，對實驗數據提供更簡單解釋的理論具有優先權。 奧卡姆剃刀原理消除了物理學中那些假設較多、被證偽可能性較小的奇特理論。 事實上，由于事實的無限性，任何理論都不可能是絕對真理。 科學方法就是通過證偽和試錯不斷發現理論的邊界。 理論越簡單，就越接近普遍真理——它從更少的基本假設中得出更多的事實預測。 奧卡姆剃刀就是不斷淘汰那些假設較多的復雜理論，保留那些簡潔優美的理論，從而實現科學“最大的簡單”的核心價值。
就量子力學而言，與多世界、退相干等不需要引入額外二元假設的量子力學一元解釋相比，二元解釋（隱含地）假設非酉波包塌陷在瞬間。 這是一個人類無法借助任何工具觀察到的“瞬間”過程。 在物理學中，任何實驗都不能證偽其相關理論。 因此，比較量子力學的一元論和二元論解釋的假設，并基于奧卡姆剃刀原理，人們會更喜歡對許多世界的一元論解釋。
需要指出的是，無知者常常利用可證偽性來質疑“多世界解釋”，因為觀察者永遠不會“看到”不同的分支世界。 事實上，“多重世界的存在”只是后人的猜想。 “多世界”的創始人、美國量子物理學家休·埃弗雷特從未說過這句話。 他只是嚴格定義了“世界分支”和“觀察”，并在量子力學本身的框架內證明了不同分支之間永遠無法交換信息，因此別人想象的世界劃分是無法觀察到的。
這種證明恰恰體現了量子力學“高度簡單”的邏輯之美。 這就像量子色動力學可以根據夸克假說證明“自由夸克不存在”，“地心說”通過后來的牛頓定律證明無法感受到相對運動一樣。 它們都是基于邏輯能力的奧卡姆剃刀效應：證偽科學方法不僅基于直接實驗，而且往往還基于過去實驗支持的邏輯推理。
目前物理學中正在發展的逆奧卡姆剃刀現象
近年來，科研界出現了一種與奧卡姆剃刀原理相反的傾向——逆奧卡姆剃刀效應：當存在兩種相互競爭的理論時，對實驗數據提供更奇特解釋的理論優先。
上述看似“形而上”、“哲學”的討論，并非沒有現實意義。 眾所周知，物理學是一門實驗科學，但是什么叫用實驗來“證實”一個理論，如何用好實驗的“剃刀”呢？ 很多人都有相關的理解和感興趣的實踐。
近日，美國凝聚態物理學家伊戈爾·馬津在雜志上發表論文《奧卡姆剃刀效應》，尖銳指出當前物理學尤其是凝聚態物理學中的“逆奧卡姆剃刀效應”破壞了科學證偽的基本原理。 。
他說，有些人用新穎、引人注目的理論來解釋實驗數據，以便將結果發表在“高端”雜志上。 這顯然違反了奧卡姆剃刀給出的“最大簡單性”原則：在兩個相互競爭的理論之間進行選擇時，選擇對實驗數據提供更簡單解釋的理論。
事實上，近年來，科研界出現了一種與奧卡姆剃刀原理相反的傾向——逆奧卡姆剃刀效應：當存在兩種相互競爭的理論時，對實驗數據提供更奇特解釋的理論優先。 例如，當您觀察到與反常霍爾電導和線性磁阻相關的一些輸運效應時，原則上它可以歸因于能帶簡并（狄拉克）帶錐，或歸因于一般能帶理論解釋。 不過，為了發表“高端”文章，有些人更愿意用復雜的狄拉克點來解釋，因為這與更復雜的能帶拓撲有關。 有時，人們用一些可能與實際材料無關的分析模型來解釋，導致出現很多花哨的理論術語，沒有實際意義。
Mazin 還討論了為什么不提供任何理論解釋的實驗文章很難通過“高端”期刊的編輯和審稿人的審查。 事實上，提供理論解釋的文章雖然有第一原理計算的支持，但由于使用了大量的可調參數，實際上并沒有支持任何東西。 作者認為，實驗物理學家所看到的“理論”預測可能只是某種“有效近似理論”的結果。 然而，近似的條件有時非常嚴格。 如果不滿足這個條件，實驗對理論的證實就是一句空話。
最近，有關（）零模實驗的文章被大量撤回，主要原因是盲目相信超導-納米線（超導-拓撲絕緣體）相鄰復合系統理論上會被簡化為模型。 然而，在實際條件下，是否可以簡化為理想模型，在一些理論和實驗中還沒有進行深入和詳細的探索。 如果不能簡化為模型，即使觀察到零偏信號，也不能代表零模，不會發生拓撲相變，也不會有激勵。 在這些撤回的手稿中，實驗者相信不符合實驗條件的有效模型的理論預測，對數據進行定向處理，得到看似與理論一致但卻非常錯誤的結論。
上述例子表明，當涉及個人和群體利益時，人們不僅濫用可證偽性，而且還濫用奧卡姆剃刀。 逆奧卡姆剃刀的刀刃向內轉，理論不趨于簡潔直接，留下了錯誤（或不精確），形成了近乎黑色的學術灰色地帶。
理論物理“道至簡”的哲學觀
基于可證偽性的要求，物理學就是“簡單”，簡單就是美，這也導致了“寧拙勿巧”的方法論選擇，從科學哲學的角度回答了為什么物理學是基礎科學的基礎。 最基本的一定是最簡單的。
上述對可證偽性和奧卡姆剃刀原理的分析和討論意味著科學理論應該是“簡單的”。 它不僅與具體科學實踐（如量子力學解釋）中蘊含的科學思想有著驚人的契合，而且極大地加深了人們從新的角度對理論與實驗關系的哲學思考。
1961年，物理學家楊振寧先生在題為《物理學的未來》的演講中，對理論物理學的未來提出了看似悲觀的看法。 從他最近出版的《晨集》和《黎明集》的新后記中可以看出，他的觀點沒有太大變化。
盡管楊振寧一直在大力推動高能物理加速器的研究，鼓勵學生從事加速器物理研究，但他仍然認為高能物理實驗越來越復雜、越來越昂貴、越來越花錢。是發展所需要的。 ，理論與實驗的差距“越來越滿，與物理現象的距離越來越遠”，但“物理現象最終是物理學的源頭”。 因此，楊振寧“感覺當今物理學遇到的困難越來越大”，他擔心“愛因斯坦和我們以前的大統一夢想在下個世紀（21世紀）可能無法實現”。
面對如此巨大的科學挑戰，基礎物理或理論物理未來的出路在哪里？ 楊振寧認為，“愛因斯坦從自己的經歷和本世紀初物理學的幾次偉大革命中認識到，雖然實驗定律一直是物理學的基礎，但數學的簡單和優美在物理學的形成中發揮著越來越重要的作用。的基本物理概念。 大作用”。
他進一步解釋了愛因斯坦的觀點：“如果一種理論的基本概念和假設接近于經驗，那么它具有重要的優勢，人們自然會對這樣的理論產生更大的信心……但是，隨著研究的深入，理解上，我們必須尋求物理理論基礎的邏輯簡單性和一致性，因此我們必須放棄上述優越性。” 這些討論表明，追求簡單和美好可以幫助物理學的發展擺脫困境。
愛因斯坦、狄拉克、楊振寧的具體科學實踐證明了“美”標準的合理性。 雖然“美”看起來是一個主觀的東西，但它可以作為理論物理中的另一個價值標準。
為了解釋什么是物理學中的美，楊振寧重復了奧地利物理學家L.玻爾茲曼的說法：物理理論中存在美，每個物理學家對這種美都有不同的感受，所以他可以發展自己的風格。 物理理論的美在于自然物質的結構美，而描述它的理論框架必須具有數學的美。 數學美對相對主觀的藝術美與（物理）科學美進行了理性區分：數學美不是人造的，它是自然的基本屬性，自古以來就存在，在一定意義上是客觀的。 例如，直線空間中的三角形的內角和等于180度，這不取決于任何人的好惡。
上述討論旨在強調量子物理學的開創者，物理學不僅需要基于實驗的奧卡姆剃刀使其變得“簡單”，還需要有基于數學和邏輯的美學原理，通過審美價值取向來指導物理學的發展。 換言之，基于可證偽性的要求，物理學對簡單性和簡潔性的追求也導致了“寧笨勿技”的方法論選擇，這從科學哲學的角度回答了物理學為何是基礎的問題。 科學的基礎。 最基本的一定是最簡單的。
事實上，在理論的選擇上，我們不僅要遵循基于實驗的奧卡姆剃刀原理，還要致敬科學邏輯的力量。 在追求科學真理的過程中，邏輯證偽與實驗驗證并重。 這是理論本身的選擇，也是優化科學發展路徑選擇的價值指南：沒有必要就不要增加實體。 這個“偉大而簡單”的原理回答了為什么歷史上的人們更喜歡有“耶利米輪”但沒有“本輪”的“日心說”，而不是附有許多“本輪”的“地心說”。 這也從哲學的角度解釋了為什么我們更喜歡對量子力學進行一元解釋而無需額外的假設，而拒絕為了得到結果而做出更多公理化假設的“二元論”。
物理學的發展需要剝去那些“名詞創新”和花哨風格的外衣??，讓科學研究實踐回歸發現真理的科學實踐，防止重大科學活動滑入學術腐敗的灰色地帶。
我們經常看到，當今的科學研究確實存在一些問題：追求無限的經費、不明確的科研目標、百科全書般的漫游和探索，導致更廣泛的逆奧卡姆剃刀效應：增加的大部分是不必要的。 它既不面向科學前沿的基礎創新，也不解決需求應用中的“卡脖子”問題。 今天，我們的科學技術必須自力更生，走向系統的學術原創。 對于這些問題，我們不僅需要深刻的哲學理解，還需要遵循奧卡姆剃刀原理的具體科學研究實踐。
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