波普爾的證偽說——科學與偽科學的量尺。
波普爾是一個著名的科學哲學家，他闡明了一個被科學界廣為接受的道理：所有的物理規律（或者說科學定律）都是無法真正完全「證實」的，通俗來講就是科學規律永遠不可能用擺事實講道理的方法來給你證明，尤其是證明給那些偽哲學家們。乍一聽這個說法，似乎很難理解，其實很好理解。比如說我現在發現了一個科學規律：天下烏鴉一般黑。那我怎麼證明這個規律呢？我只能到全世界去抓烏鴉的樣本，每抓到一隻都發現是黑的，然後我就跟你說：「你看，我從全世界抓了那麼多的烏鴉，無一不是黑的，這下你總該相信我關於天下烏鴉一般黑的理論了吧？」你說：「不，你又沒有把地球上的所有烏鴉都抓來給我看，你怎麼就知道沒有一隻白色的烏鴉呢？就算你把地球上所有的烏鴉都抓來了，你怎麼知道宋朝的烏鴉也都是黑的呢？你怎麼知道以後不會生出白色的烏鴉呢？總之你跟我說什麼都不能讓我相信天下烏鴉一般黑這個理論。」波普爾認為確實無法證明這個規律是正確的，因為只要舉出一個反例就可以將它推翻，這便是「證偽」。但是我可以根據這個規律大膽地做出一種預言，哪一天你跟我說你又在非洲的某個叢林裡面抓到了一隻烏鴉，我不用去看，我就敢說那只烏鴉是黑的。你每抓到一隻黑色的烏鴉，我只能說給「天下烏鴉一般黑」這個理論增加了一分可信度，直到我們有一天發現了一隻白色的烏鴉，這個理論就不攻自破了。因而科學理論之所以能稱之為科學，首先他要能做出一些預言，而這些預言恰恰是要能夠被「證偽」的，也就是說這個科學理論做出的預言是有可能被實驗推翻的。只有滿足了「預言」和「證偽」這兩個條件，我們才能為其冠以科學之名。反過來說，如果你提出的一個理論並且做出的預言是永遠不可能被實驗推翻的，那麼就不能稱之為科學理論。比如說，你給出了一個理論：有一種屁放出來是香的。於是我們把全天下的人放的屁都收集過來聞一下，發現都是臭的，但是這也沒法推翻你的理論，因為我們並不能證明你說的那種香屁從來就沒有存在過。另外，你的這個偉大理論也不能做出一個準確的預言：在何年何月何地何人會放出一個香屁來。因此，當一個理論只能「證實」而不能「證偽」，並且也無法做出可靠的預言時，我們暫不能承認他是科學的，而只能當作一種「見解」來對待，比如「某些人能與死者的靈魂對話」之類的說法。波普爾認為所有的物理規律都只能算作一種「假說」，他可以做出大量的預測，指導我們的發明創造，但總有一天會找到一個不符合理論的反例來要求我們修正理論，不過在沒有找到反例之前，我們仍然認為該理論是正確的、科學的，相對論也不例外。
奧卡姆剃刀原理——科學需要什麼樣的假設？
大概是八百多年前吧，英格蘭有一個叫奧卡姆的地方，那裡出了一個叫威廉（這在英國是一個超級大眾化的名字，就跟中國有很多人叫王剛一樣）的哲學家，他說了一句話至今影響著科學界，甚至開始輻射到管理學界、經濟學界等，這句話的原文是「Entities should not be multiplied unnecessarily」，譯成中文意思是「如無必要，勿增實體」，這就是「奧卡姆剃刀原理」。為啥不叫威廉原理呢？你想啊，如果中國有一個住在桃花島的王剛講了一個流傳後世的著名道理，叫「王剛原理」就會顯得有點平淡無奇，但如果叫「桃花島原理」，給人的感覺就完全不一樣了，而且從此桃花島也就出名了，還可以大力開發旅遊資源。不過你看不出奧卡姆剃刀原理有啥深奧對吧？是的，要是不解釋，我也跟你一樣糊塗。但是一經解釋，就發現那是大大地有道理。
奧卡姆剃刀原理說的首先是這樣一個道理：如果你發現了一個很奇怪的現象，要對它進行解釋就不得不做很多假設，可能不同的解釋需要不同的假設，而根據奧卡姆剃刀原理，那個需要假設最少的解釋往往是最接近真相的解釋。童話《皇帝的新衣》大家都應該耳熟能詳吧？看到皇帝在大街上光著屁股走路這個奇怪的現象時，總理大臣和鄰居家流著鼻涕的小毛都各自有一番解釋。先看總理大臣的解釋：（1）假設皇帝身上穿著一件世界上最華美的衣服；（2）假設只有聰明人才能看見這件衣服；（3）假設我是蠢人，所以我看到的是光著屁股的皇帝。小毛的解釋：假設皇帝根本沒有穿衣服，所以我看到的是光著身子的皇帝。根據奧卡姆剃刀原理，小毛的解釋最有可能接近真相！因為他的假設最少。奧卡姆剃刀原理還說明了另外一個道理：如果有某個條件是不能被我們感知和檢測到的，那麼和沒有這個條件根本就是等價的。比如說，天上發生閃電的時候，某大師告訴我們，這是我發功召喚來的一條天龍正在吐火，但是這條天龍你們凡人是永遠不可能看見的，也永遠別想用任何科學手段檢測到，只有我能看見。根據奧卡姆剃刀原理，某大師的說法和沒有這條龍的存在是等價的。換句話說，我們應當把所有一切不能被我們所感知和檢測的條件都毫不留情地像剃刀刮肉一樣從我們的理論中刮去，毫不猶豫。奧卡姆剃刀原理從提出到現在已經有八百多年了，這個原理是人類智慧的精華，也是幫助我們看清這個紛繁迷亂世界的「第三隻眼」。我們將會在本書中看到愛因斯坦如何靈光閃動地運用奧卡姆剃刀原理，他就像說破皇帝根本沒有穿衣服的那個小孩（那一年他26歲，在物理界確實可以算是小孩），一語點醒整個物理界對於光速的普遍看法。如果用我的話說，奧卡姆剃刀原理說的就是——「上帝喜歡簡單」。
思維實驗——在大腦中運行的實驗。
說到實驗，你首先想到的是什麼？是跟我一樣永遠不能忘記第一次物理實驗課，看到老師用火柴點燃倒扣在塑料杯下面的氫氣時，發出的那一聲巨大的爆炸聲和自己的驚呼聲嗎？還是傳說中伽利略在比薩斜塔上扔下一大一小兩隻鐵球（當然，這只是個傳說而已）？你的腦海中一定翻騰起許多你曾經看到過或者親自做過的實驗。但是你有沒有想過，有一種實驗叫作「思維實驗」，而正是這種思維實驗極大地推動了科學的發展。可能你已經在心裡嘀咕了：「真的假的」？我這就給你一個例子。關於思維實驗，科學史上最著名的例子就是伽利略以此推翻了亞里士多德重物下落更快的論斷。
（以下對話為虛構）
伽利略：「親愛的亞里士多德先生，您不是說重的東西比輕的東西下落得更快嗎？那麼如果我們把一個鐵塊和一個木塊用繩子拴在一起，從高處扔下來會發生什麼？按照您的說法，較輕的木塊下落得慢，因此它會拖累鐵塊的下落，所以它們會比單扔一個鐵塊下落得慢一點，是不是這樣？」
亞里士多德：「沒錯，邏輯正確。」
伽利略：「但是，鐵塊和木塊拴在一起以後，總重量卻要比一個鐵塊更加重了啊，那麼豈不是它們又應該比單個鐵塊下落得更快？」
亞里士多德：「呃……」
伽利略：「這個實驗不用實際去做了吧，單單就在我們腦子裡面做一下就可以發現您的理論是自相矛盾的。」
亞里士多德：「你讓我想想，你讓我想想……」
上面就是一個思維實驗的生動例子，在頭腦中運行的實驗有時候往往比真正的實驗更具有說服力。愛因斯坦就是一個思維實驗的大師，相對論的誕生和思維實驗密不可分，甚至可以說，沒有愛因斯坦在大腦中運行的那些實驗，相對論就不可能誕生。在本書中，我將帶你一起領略很多充滿奇思妙想的思維實驗，感受頭腦風暴所帶來的快樂。
佯謬——乍一看肯定是不對的，但沒想到卻是真的。
在物理學中，經常會遇到一些很有趣的事情，這些事情一開始讓你覺得不可能發生，但恰恰最後又被實驗證明是千真萬確的。像這樣的事情，中文裡有一個詞就叫作「佯謬」。佯，是佯裝、偽裝的意思，謬，是謬誤、錯誤的意思；佯謬就是佯裝是錯誤的，其實是正確的。在我們這本書中，會出現很多有趣的佯謬。我們先舉一個統計學中著名的例子給大家看（本例子來源於「果殼網」）：
我高考終於考完了，考得相當不錯呢，終於到了填寫志願的時候，東方大學（簡稱東大）和神州大學（簡稱神大）都是我嚮往的學校，錄取分數都差不多，到底第一志願要填報哪所大學呢？想來想去，為了終身大事我決定報考女生更多的大學，於是我從網上搜索這兩個大學的數據進行研究。物理系，東大男女比例高於神大（東大是5：1，神大是 2 ：1，兩所學校都是男生多）；外語系，東大男女比例又高於神大（東大是0.5：1，神大是0.2：1，兩所學校都是女生多，但東大的男女比例更高一點）……哇，怎麼所有專業東大的男女比例都高於神大啊？那還猶豫什麼呢，我肯定報神大了！兩個月後我順利地進入了神州大學。正當我得意於自己的選擇時，無比悲憤地看到一份資料，上面寫得清清楚楚：東大的男女整體比例小於神大。我靠，有沒有搞錯？！怎麼可能東大的所有專業男女比例都高於神大，但是整體男女比例卻低於神大了呢？！不帶這樣玩我的！！肯定是哪裡算錯了吧？於是我拿出計算器狂敲，卻發現網上的數據沒錯，我也沒有算錯數據，結果卻是千真萬確的。這種情況真的可能發生嗎？是的，這就是統計學上著名的「辛普森佯謬」，看起來不可能的事情真的發生了。
你可能還是不相信，那麼我們來編造兩份數據，你可以親自動手演算一下。
物理系數據：
男生人數 女生人數 男女比例 東方大學 35 7 5︰1（大） 神州大學 100 50 2︰1外語系數據：
男生人數 女生人數 男女比例 東方大學 50 100 0.5︰1（大） 神州大學 10 50 0.2︰1學校整體數據（兩個專業之和）：
男生人數 女生人數 男女比例 東方大學 85 107 0.8︰1（小） 神州大學 110 100 1.1︰1所以說，這個世界的奇妙往往遠大於你的想像，還有無數更加不可思議的佯謬在前面等著我們。在本書中你會看到，發生在一對雙胞胎兄弟身上的佯謬推動了愛因斯坦的深度思考，讓相對論發生了質的飛躍。