初值敏感性 读大卫·吕埃勒《机遇与混沌》

2013/04/21 评书论影

混沌和复杂性理论是一个引人入胜但又很不可琢磨的科学领域–我从未理解它们的本质。这本科普书给我最大的触动倒不是混沌和复杂性本身,而是对机遇–“chance”翻译成机遇总觉得怪怪的,我还是用概率来说吧–的解释。

从一开始接触概率论到现在,我一直为抛硬币的那个经典例子耿耿于怀。为什么他们一再说抛硬币的结果是不可预测随机的呢?从经典力学的角度看,假若严格确定了抛硬币时候的初态(包括用力大小方向等等)和硬币在空中时候所有受影响的力学因素(重力和风的影响等等),那么硬币落下时候的朝向就是个确定的事情,根本没有什么随机性可言。要精确测的所有的这些影响因素当然并不容易,但这并不是我们将抛硬币的结果视作神秘的随机的充分理由–这并不像在微观情况下必须要考虑更为讨厌的量子效应所导致的无可辩驳的随机。大卫·吕埃勒所引用的庞加来的一句话解答了我的困惑:“被我们忽略了的非常微小的原因决定着我们不可忽略的可观的结果,而事后我们说这个结果源于机遇”。抛硬币确实是个确定性事件,并不是与数学上的概率直接相连接的绝好物理现象。但是,硬币运行这个动态系统非常复杂,更重要的是这个系统对于微小的影响因素非常敏感,这导致我们几乎不可能精确预测抛硬币的结果–因为在物理上我们对各种影响条件的量测总有误差,而只要这个动态系统对量测的敏感依赖达到一定程度,就会在事实上造成抛硬币的结果在物理上是绝不可预测的。从这个意义上说,看作是随机的并没有太大的问题。

作为一个严肃的科学家,作者居然对星相学做了一番解释,而且这个解释妙趣横生。星相学要说,如果你出生在某个日子,那就跟一个特别的星座联系起来,而你后来每天有什么样的运气,也跟这个星座有扯不清道不明的关系。吕埃勒不否认你的出生受到远在亿万里之外的某个星座影响(毕竟还有引力和各种粒子的影响呢),而且人的发展是个复杂的混沌系统,初值的微小改变是可能影响一个人的生活轨迹的–然而问题可能在于,就像抛硬币一样,这个影响根本无从了解,因而作任何实际的归因都是缺乏说服力的。

将初值的敏感依赖推广到经济系统上,表明经济系统的不可预测和不可控;推广到历史上,也表明”历史决定论“值得商榷。其他的复杂社会系统莫不如此。

吕埃勒说,音乐的存在是一个永恒的智力耻辱,但它还只是许多耻辱中的一个。我想他的意思是说,所有的艺术都是永恒的智力耻辱—因为它们的复杂性,包括难以量化的艺术的技巧,但更重要的是我们的大脑感知它们的神秘而复杂的方式–使得我们永远没法用科学的方法定量去计算它们的美和讨论它们的意义。对于这些神秘的、可爱又可恨的精灵们,我只能像个初见到这个世界的婴儿一样,张大了嘴,想要(还不能)发出一声惊叹;科学再怎么发展,可能也无法把艺术收归旗下–希望还是不要,否则,这个世界该是多么无趣。

吕埃勒语带嘲弄的说,“无论如何,物理学家的科学生涯都开始于某种迷恋–那种着魔般的迷恋,也许是对有趣的化学;更合逻辑的是对电学-力学装置和计算机。我不考虑那些不相关的人们,他们靠“做研究”谋生,但如果可以选择的话,他们情愿看电视上的棒球比赛”。这确实是事实。常规的科研工作者并没有多少神秘,不过是做了件跟科学沾边的事情,并不一定有如何深刻的科学认识–大约只有能够将复杂的科学简单明了的说出来的人才算的上是科学大师。特别是如果这个深刻睿智中还带着少许的调皮作点缀,那就更值得读一下了。

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