上大学时我想知道，到底怎么能声称大自然“遵守”我们在课本上写的“法则”呢?
原来，由于自己的无知，我得到了一个类似于点的东西。当物理学家忙于想出表达自然规律的方程式时，哲学家们正在思考自然规律到底是什么。并不是所有人都同意。
神圣法则?
“自然法则”这一术语所表达的东西似乎是千真万确的。与限制停车或毒品立法相反，这些法则不属于我们人类，它们属于大自然。事实上，它们是完全独立于我们的。即使我们不在，苹果还是会像万有引力定律预测的那样掉到地上。
这些法则不仅独立于我们，而且似乎凌驾于它们所适用的所有其他事物之上。“在某种意义上[自然规律]不是宇宙的一部分，”开普敦大学的数学家和宇宙学家乔治•埃利斯说。“它们是宇宙的基础，因为它们控制物质的行为，但它们本身并不是由物质构成的。物理定律不是由铅或铀或其他东西构成的" 因此，自然法则似乎存在于它们自己的某个抽象领域中。通过某种神秘的机制，我们可以进入这个柏拉图式的领域，并将这些法则拼凑在一起。
到目前为止，我们使用的词语——“控制”和“应该”——也暗示了其他一些东西:法则实际上支配或支配着自然的行为。新泽西州罗格斯大学的哲学家Barry Loewer解释说: “在这种观点下，法则是积极的。”“它们获取宇宙在某一时刻的状态，并产生随后的状态。”
概括地说，这就是Loewer所称的自然规律的支配观。这些法则是我们现实世界的基本要素，与外面所有的物质“东西”分离，它们支配着自然过程。这就产生了一个直接的问题。这些法则从何而来?谁让他们?“当这种适用法则的概念最初在17、18世纪被引入时，它是伴随着上帝的法则存在的理念的，”Loewer说。“上帝创造了法则，法则是上帝创造或控制宇宙物质运动的方式。通过设想宇宙是由上帝的法则统治的，物理学家可以看到他们自己参与了发现上帝选择的法则的任务。
今天，我们许多人对上帝的概念感到不安，这使得对律法的统治观点需要一些解释。“一旦上帝从画面中消失，这就变得非常令人困惑，”Loewer说。“谈论支配宇宙状态演化的法则，究竟意味着什么?”但这种语言仍然是物理学的一部分。你甚至可以在普通的物理教科书中找到它，比如物理学家会谈论薛定谔方程‘控制波函数的演化’。”
在某种意义上，对自然规律的主导观点是许多物理学家在工作中做出的工作假设。当你在研究一个特定的物理问题时，你会表现得好像是定律在支配着事物，因为毕竟它们支配着你的计算。但还有另一种可能性，从哲学上讲，会产生很大的不同。也许这些法则并没有积极地控制自然过程，而仅仅是描述它们。这是一个很难理解的问题。“我们不知道法则是描述性的还是规范性的，这是一大难题，”埃利斯说。“我们不能告诉。”
或模式识别?
然而，如果你对现实采取更基本的方法，事情就会改变。也许现实只是“物质”的一种分布，被赋予某些属性，穿越时间和空间。我们所谓的自然法则只是这个休谟马赛克(以哲学家大卫•休谟的名字命名)中的模式。这就是“最佳系统分析”背后的理念，这种方法主要是由美国哲学家大卫•刘易斯在20世纪下半叶发展起来的。Loewer喜欢这个想法。他认为，对于那些被宇宙之外的抽象事物如何控制宇宙内部物体运动的问题所困扰的物理学家来说，这一理论很有吸引力。
最佳系统分析似乎是一种非常实用的自然法则。科学家们研究他们掌握的关于宇宙(或宇宙的某些方面)的所有信息，并试图提出一个系统、一个理论来描述这些信息。当他们这样做的时候，他们通常会发现做出一些基本的假设可以让他们获得很多关于他们观察到的事实的信息。例如，如果你一直在实验掉落的物体，你会注意到它们似乎总是掉到地上。所以一个很好的基本假设可以作为你理论的基础，比如"地面吸引物体"。如果你假设这是一个基本事实，那么你观察到的许多现象突然变得有意义了。这样一个基本的假设是我们可以称之为定律的候选者。
当然，问题是可能有许多不同的理论描述同一件事。牛顿的万有引力理论并不是基于“地面吸引物体”的理念，而是基于万有引力的平方反比定律，它描述了任何两个物体之间的引力。重点是牛顿的理论更好，因为它更普遍。我们决定成为法则的，是我们观察的最佳系统化的基本真理。
这一想法立即引发了一个问题:什么才是“最好的”。Loewer说:“我认为这是一种理想，但并不是所有人都知道最好的系统化是什么。”但其理念是，有一种系统化，能将物理学家希望该理论拥有的优点完美地结合起来。这些包括信息，适用性，简单性，展示对称性，拥有守恒原则等等。并不是每一个真理都包含在“最佳系统”中，或者隐含在“最佳系统”中，因为暗示更多可能意味着使理论更加复杂，过度复杂化，或者放弃对称原理，等等。然而，该理论试图优化这些不同的约束条件:信息丰富、简单等等。”
优化使自然法则具有明显的人性色彩。是物理学家决定什么是最好的，他们可能不同意彼此。但正如Loewer所指出的，这个理论的核心是客观的，因为它必须准确地描述自然界的行为。当你看到一架钢琴从十楼飞向你时，任何理论如果没有告诉你赶紧跑，那么它将立即被抛弃。
我们在乎吗?
这些真的重要吗?为什么我们要关心自然法则是规则、描述还是模式? 重要的是，我们提出的方程式(通常这些定律是用数学表达的)能给出可靠的预测，这样我们就能制造汽车和治疗疾病。
但Loewer相信我们思考法则的方式可以影响我们对世界提出的问题。物理学家认为，宇宙始于138亿年前的大爆炸。在试图解释我们在宇宙中看到的一些特征时，比如热量从热的物体流向冷的物体，以及时间是有方向的，他们得出结论，它一定是以一种非常特殊的状态开始的。它的熵一定很低，也就是说它是高度有序的。
这似乎需要解释。为什么宇宙一开始就处于如此高度有序的状态，而不是更有可能的混乱状态? 我们所知道的物理定律无法解释这一点，所以它们一定是不完整的。这个问题被认为是宇宙学中最大的谜团之一。整个宇宙学理论被发展来解释它。
Loewer认为，最好的系统方法能够阐明这个问题，因为它对我们所说的自然法则更加宽容。支配法则的观点要求它们是动态的:它们支配着宇宙如何从一个时间点进化到另一个时间点。宇宙的初始状态没有那种动力的味道。这只是一个事实，因此需要用法则来解释。
然而，最好的系统方法允许所有的假设都被视为定律，只要它们能使一个理论在我们上面看到的意义上“更好”。宇宙以一个非常低的熵开始的假设确实使我们的宇宙理论更好:我们可以从世界中推导出其他情况下无法推导的特征，比如热量流动或时间流动。因此，洛伊沃主张，我们拒绝接受不能解释宇宙低熵起源的理论是有缺陷的观点。让我们接受低熵作为自然法则开始。没有必要去解释它，物理学最大的谜团之一就像一缕烟雾一样消失了。
这听起来像是一种逃避，但洛伊尔指出，我们并没有把自然的动力法则置于与宇宙低熵起始假设一样的审视之下。没有人问为什么万有引力的平方反比定律不是立方反比定律，也不是四次幂反比定律。我们就接受它。他说:“对我来说，不解释边界条件的系统是有缺陷的这一观点，就像抱怨说在我们解释动力学定律之前系统是不完整的一样，都没有说服力。” “路德维希•维特根斯坦(Ludwig Wittgenstein)曾经说过，‘解释总会在某个地方结束。’”
它能解释什么吗?
就我个人而言，我觉得用最好的系统方法来研究自然法则是很舒服的。它似乎并不像Loewer所说的那样涉及“幽灵般的形而上学”。但这也让我有点难过。这似乎表明，我们只能通过观察世界内部的模式来描述世界，但永远无法真正理解它。然而，Loewer指出，一些理解存在于法则的统一之中。牛顿的伟大见解是，用同一套方程描述所有物体的行为，无论是地球上的摆锤或足球，还是太空中的行星和彗星。有了这样一个统一的描述，就好像我们理解了世界是如何运作的一些重要的东西。
但这是一项微妙的业务。如果我们真的想要解释我们周围看到的现象，我们需要找出因果链，这是一个著名的棘手问题。当两件事同时出现时，我们怀疑是一件事引起了另一件事。但相关性并不是因果关系:它可能纯粹是巧合，或归因于我们尚未发现的隐藏因素。如果休谟浩瀚的拼图中真的存在因果关系的话，人们如何才能分辨出这种关联是否是因果关系呢?这是哲学家们激烈争论的另一个问题。
本书通过数学与物理、生物、计算机、宇宙万物与生活等的联系，结合近年来的前沿科学发现，塑造与时俱进的世界认知。人类对客观规律的认识是不断发展的，从哥白尼的日心说到量子力学对经典理论的颠覆，都告诉我们不过是处于认识自身所处世界的发展历程中罢了。希望本书能为您的认知增长带来益处。