物理学中的自然是如何变得不自然的？

自然性是一个古老的概念，它至少可以追溯到16世纪，并以直觉表示一个有用的解释不应该依赖于不大可能的巧合。通常被称为“合谋”的这种巧合的典型例子，是两个看似独立的参数，几乎相互抵消，或者成为一个非常小但非零的数字。物理学家认为，那些不含有这种巧合的理论，在这种特殊的意义上是自然的，比非自然的理论更有前途。

自然性的根源在于人类的经验。如果你散步时遇到一堆精妙平衡的石头，你就会得出结论说是有人建造了它。这一结论是基于你的知识，即通过侵蚀、风化、沉积和其他地质过程后在整个景观中分布的石头不太可能最终被整齐地堆在一起。你很清楚地知道这一点，因为你看到过很多石头，这意味着你有统计数据，你可以从中提取出一个可能性。

正如这个例子所示，自然性在某些情况下是一个很好的标准，也就是当你有统计数据，或者至少是源于统计数据的时候。比如，一个太阳系有10个行星在几乎相同的轨道上是不太可能的。一个太阳系有10个行星在几乎同一平面上是不存在的。我们知道这两者不可能，是因为我们观察了很多太阳系，也因为我们可以利用迄今为止发现的自然法则，以及从其他观察中提取的初始条件推导出它们可能的分布。这是一个可以用源于自然的参数来解决的例子。

但这不是源自自然的参数在当今理论发展中被使用的方式。在高能物理和宇宙学的某些部分中，物理学家利用自然性来选择一个他们没有统计分布（实际上永远不会有）的理论。问题是，他们想要知道一个理论中的哪些参数值是自然的。但是，由于我们只能观察到一组参数，即描述我们宇宙的参数，所以我们没有办法为获得一组特定的参数来收集数据。

不管怎样，物理学家都使用自然的标准。在这种参数情况下，概率分布是不确定的，但通常暗中假设在一个大小的区间内几乎是一致的。然而，没有办法证明这种分布是合理的，因此这是一个不科学的假设。这一问题早在1994年Anderson和Castano的一篇论文中就已经明确了。

粒子物理学的标准模型，或者更具体地说，希格斯玻色子的质量，在上面描述的方式下是不自然的，并且这目前被认为是不美观的。这就是为什么理论家发明了新的理论来扩展标准模型，这样自然性就会重建。最流行的方法是使标准模型超对称，因此增加一堆新粒子。

大型强子对撞机（LHC）没有发现任何超对称粒子的证据，就像之前的几次实验一样。这意味着，根据目前使用的自然标准，粒子物理学的理论实际上是不自然的。这也是为什么我们现在没有理由认为一个更大的粒子对撞机会产生迄今为止未知的粒子。

物理学家Sabine Hossenfelder用自然作为例子来说明科学家坚持的毫无根据的信念。他选择自然是因为它是适时的，正如大型强子对撞机排除了它，他还介绍了其他例子。

例如，许多物理学家认为，实验已经排除了量子力学的隐藏变数解释，而这是错误的（实验仅排除了某些类型的局部隐藏变数模型）。或者他们认为对子弹星系团的观测已经排除了修正的引力，这同样是错误的（子弹星系团是一个统计上的异常，很难解释暗物质和修正的引力）。问题就在细节上。

值得注意的是，这些例子并不是说科学家会犯错误，因为每个人都会犯错，而是他们在很多公开的情况下坚持重复错误的主张，甚至在你解释了他们为什么错了之后依然如此。这些和其他类似的例子让人非常沮丧，因为它们证明了即使是在科学中，一旦错误被足够多的实践者所采用，想要去纠正似乎不可能。这种广泛的使用使得个人可以“安全地”重复他们知道是错误的陈述，或者至少不知道是正确的。

Sabine Hossenfelder认为，这凸显了当前学术研究组织的一个严重问题。这可能会让人很担心，因为没有理由认为它仅局限于这门学科。

自然性是一个值得关注的有趣情况。这是因为大型强子对撞机现在提供的数据表明，这个概念是错误的，没有任何关于超对称粒子，或额外维度，或微小黑洞等等的预测成真。粒子物理学家处理这种情况的一种可能方法是修正自然标准，这样它们就不再与数据冲突了。但这不是一个好方法，更明智的做法是找出到底哪里出了问题。

一个说法是不能在没有概率分布的情况下谈论概率，但这不是一个特别深刻的见解，可是很难让粒子物理学家认识这一点。