物理學中的自然是如何變得不自然的？

自然性是一個古老的概念，它至少可以追溯到16世紀，並以直覺表示一個有用的解釋不應該依賴於不大可能的巧合。通常被稱為「合謀」的這種巧合的典型例子，是兩個看似獨立的參數，幾乎相互抵消，或者成為一個非常小但非零的數字。物理學家認為，那些不含有這種巧合的理論，在這種特殊的意義上是自然的，比非自然的理論更有前途。

自然性的根源在於人類的經驗。如果你散步時遇到一堆精妙平衡的石頭，你就會得出結論說是有人建造了它。這一結論是基於你的知識，即通過侵蝕、風化、沉積和其他地質過程後在整個景觀中分布的石頭不太可能最終被整齊地堆在一起。你很清楚地知道這一點，因為你看到過很多石頭，這意味著你有統計數據，你可以從中提取出一個可能性。

正如這個例子所示，自然性在某些情況下是一個很好的標準，也就是當你有統計數據，或者至少是源於統計數據的時候。比如，一個太陽系有10個行星在幾乎相同的軌道上是不太可能的。一個太陽系有10個行星在幾乎同一平面上是不存在的。我們知道這兩者不可能，是因為我們觀察了很多太陽系，也因為我們可以利用迄今為止發現的自然法則，以及從其他觀察中提取的初始條件推導出它們可能的分布。這是一個可以用源於自然的參數來解決的例子。

但這不是源自自然的參數在當今理論發展中被使用的方式。在高能物理和宇宙學的某些部分中，物理學家利用自然性來選擇一個他們沒有統計分布（實際上永遠不會有）的理論。問題是，他們想要知道一個理論中的哪些參數值是自然的。但是，由於我們只能觀察到一組參數，即描述我們宇宙的參數，所以我們沒有辦法為獲得一組特定的參數來收集數據。

不管怎樣，物理學家都使用自然的標準。在這種參數情況下，概率分布是不確定的，但通常暗中假設在一個大小的區間內幾乎是一致的。然而，沒有辦法證明這種分布是合理的，因此這是一個不科學的假設。這一問題早在1994年Anderson和Castano的一篇論文中就已經明確了。

粒子物理學的標準模型，或者更具體地說，希格斯玻色子的質量，在上面描述的方式下是不自然的，並且這目前被認為是不美觀的。這就是為什麼理論家發明了新的理論來擴展標準模型，這樣自然性就會重建。最流行的方法是使標準模型超對稱，因此增加一堆新粒子。

大型強子對撞機（LHC）沒有發現任何超對稱粒子的證據，就像之前的幾次實驗一樣。這意味著，根據目前使用的自然標準，粒子物理學的理論實際上是不自然的。這也是為什麼我們現在沒有理由認為一個更大的粒子對撞機會產生迄今為止未知的粒子。

物理學家Sabine Hossenfelder用自然作為例子來說明科學家堅持的毫無根據的信念。他選擇自然是因為它是適時的，正如大型強子對撞機排除了它，他還介紹了其他例子。

例如，許多物理學家認為，實驗已經排除了量子力學的隱藏變數解釋，而這是錯誤的（實驗僅排除了某些類型的局部隱藏變數模型）。或者他們認為對子彈星系團的觀測已經排除了修正的引力，這同樣是錯誤的（子彈星系團是一個統計上的異常，很難解釋暗物質和修正的引力）。問題就在細節上。

值得注意的是，這些例子並不是說科學家會犯錯誤，因為每個人都會犯錯，而是他們在很多公開的情況下堅持重複錯誤的主張，甚至在你解釋了他們為什麼錯了之後依然如此。這些和其他類似的例子讓人非常沮喪，因為它們證明了即使是在科學中，一旦錯誤被足夠多的實踐者所採用，想要去糾正似乎不可能。這種廣泛的使用使得個人可以「安全地」重複他們知道是錯誤的陳述，或者至少不知道是正確的。

Sabine Hossenfelder認為，這凸顯了當前學術研究組織的一個嚴重問題。這可能會讓人很擔心，因為沒有理由認為它僅局限於這門學科。

自然性是一個值得關注的有趣情況。這是因為大型強子對撞機現在提供的數據表明，這個概念是錯誤的，沒有任何關於超對稱粒子，或額外維度，或微小黑洞等等的預測成真。粒子物理學家處理這種情況的一種可能方法是修正自然標準，這樣它們就不再與數據衝突了。但這不是一個好方法，更明智的做法是找出到底哪裡出了問題。

一個說法是不能在沒有概率分布的情況下談論概率，但這不是一個特別深刻的見解，可是很難讓粒子物理學家認識這一點。

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