物理因何而完美？
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photo By Yuen Xiang Hao
物理因何而完美？
编译: 唧唧堂研究人 Ge Shi
剑桥 - 十九世纪的物理学家海因里希.赫兹曾经这样描述他对于詹姆斯.克拉克.马克斯韦尔的电与磁基本原理等式的感受，“是独立的个体，拥有自己的智慧，甚至比他们的发现者更加智慧，我们可从中获取的比原先投入的更多。”
不久之后，艾伯特.爱因斯坦将聂耳.波尔的原子模型称为“思想领域中最高的音乐神韵”。最近，已故的诺贝尔奖得主理查德.费曼，描述他新发现的物理定律时宣称，“你可以通过它的美丽和朴素来认知真理”。现代物理学家们普遍有类似的观点。
波尔 原子模型
主观臆断永远不能制造出工作的iPhone手机，冥王星照片或者原子弹。物理，由少数数学上的经确定义总结，是毋庸置疑的成果。然而，很多事情“成果”并不能激发对自然基本法则的仰慕。
他们的完美是根深蒂固的，首先是对称性规律，这就意味着变化中的不变性，是一个精确而神秘的概念。就如一个圆可以在任何一个角度围绕中心旋转，改变每一个点的位置而形状不变。对称性规律也适用于改变其位置而不变或者缺失其性质。举一个例子，狭义相对论认为当我们处于一个匀速运动的平台观察世界，物理的基本规则保持不变。类似的，所谓时间平移对称性编码了时间的物理规律：甚至放眼宇宙时空，规律都是一样的。
物理规律完美的第二要素是他们的生产力，我称之为丰富性。仅仅是少数的基本原理就可以在物理世界中推出惊人而丰富的结论！你可以在一件T恤上随意的写一个物理核心理论的方程，称之为标准模型，可以推导出赫兹，他们给予的远比我们投入的多。
需要注意的是，物理定律并不必须有奇妙的特性。假想以下情形：计算机、虚拟现实、人工智能的发展创造了意识“世界”，其实从我们的角度看是一个模拟程序。如果一个有自我意识的超级马里奥开始分析他自己的世界规则，他几乎不能发现对称性和丰富性。相反的，会发现很多不相关的奇怪的规则，这些都取决于创造它的程序员。
物理规律的完美实在是太令人印象深刻。它引导人们认为是有更高品位的造物主创造了我们，并且我们生活在有意识设计好的世界里，就像我们认为的超级马里奥一样。这个假设过于疯狂远超出事实了，就是用于解释而已。接受它之前，我们应当研究更多的可能性。
答案可能就在我们之间，完美的事物就是那些我们发现快乐而寻找的东西。从神经生物学的角度来讲，就是那些刺激我们奖励系统的事物。这就解释了为什么父母总能发现他们孩子的美丽，成年人能被性感的模特和他们的海报所吸引，这种感受具有重要意义。
物理规律的完美在进化作用上就不那么明显了，但是依旧存在。从准确评估我们行动结果的有效性看来，奖励机制已经形成，并且我们总是会为了成功的预测喜悦。理解这种定义这个世界的模式，特别是适用于多种情形的原理可以帮助我们提高假设正确性。事实是，通常我们从一个事物或者系统的一小部分开始做假设推断，从而进一步论证假设。这也表明了我们得到的比付出的更多。
当他们不是完美时，就不会被发现
总之，由于进化论帮助我们找到那些完美的事物，并且正确的理解这个世界，毫无疑问我们也会发现自然之美的正确法则。从这个观点来看，我们对于物理对称性和丰富性的关注所表现的物理的完美就不足为奇了。
仍旧玄妙的是为何他们是可以理解的。完美和可理解性之间的深刻联系是如今科学发展的一个重要环节。如今基础物理的界定远不止日常的实验，更难且花费更大，我们不能依靠主观臆断来解释。像之前弗朗西斯.培根，艾萨克.牛顿，和夏洛克.霍姆斯这类的长期观察经验积累就不再有效了。
取而代之的是我们逆转了流程，用猜想去促进试验。我们首先推断一个完美的等式，然后推论出结果，最后再用试验去检验证明。进来，这种方法被证实是成功有效的，帮助我们发现了量子动力学，解决了核物理的核心问题，预测希格斯玻色子以及很多其他问题。
我们是用完美的原则（广泛对称性和高产出投入比）来促成发现，而不是去认知已发现的规律。当这些奏效时，我们对于规律的完美就有了一个人类学的解释：当他们不是完美时，就不会被发现。
原文参考：
Why is phusics beatuiful?
Frank Wilczek
OCT 14, 2015
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唧唧堂研究人简介：Ge Shi
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