這本書是以隨機(jī)性、混沌、統(tǒng)計(jì)學(xué)等為主題的數(shù)學(xué)科普書,全書共有17章。經(jīng)典隨機(jī)指隨機(jī)事件的集合可以形成一個(gè)可預(yù)測(cè)的分布,如我們所熟知的投骰子、扔硬幣、彩票抽獎(jiǎng),但混沌隨機(jī)卻往往會(huì)出乎我們的預(yù)測(cè)和假設(shè)。在混沌中,事件不會(huì)出現(xiàn)有序的分布,混沌隨機(jī)的結(jié)果可能讓人大吃一驚。某種意義上,混沌隨機(jī)比經(jīng)典隨機(jī)更隨機(jī),比如為什么《哈利·波特》會(huì)成為暢銷書?作者認(rèn)為雖然隨機(jī)性難以捉摸,但它并不可怕,數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家們,諸如牛頓、伯努利、貝葉斯、愛因斯坦、馬克思·玻恩、尼爾斯·玻爾等人,對(duì)于尋找并歸納這個(gè)世界的規(guī)律做了大量行之有限的工作。運(yùn)用牛頓定律,我們可以將飛船發(fā)射到月球之上、預(yù)測(cè)遙遠(yuǎn)星星的運(yùn)動(dòng),而量子物理學(xué)更是極速地推進(jìn)了我們對(duì)微觀世界的理解,因?yàn)樯飳W(xué)、化學(xué)研究獲得了爆發(fā)式發(fā)展。從某種意義上可以說(shuō),隨機(jī)性或者說(shuō)混沌是這個(gè)世界的根本動(dòng)力,它的存在為人類的自由意志留下了足夠的空間。
《量子時(shí)代》《量子糾纏》《量子計(jì)算》作者布萊恩·克萊格新書,輕松理解隨機(jī)性、混沌和統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本概念。
- 輕松易懂:布萊恩克萊格文風(fēng)輕盈簡(jiǎn)潔,從大腦習(xí)慣理解圖式開始講述人們是怎樣理解、利用混沌、隨機(jī)和統(tǒng)計(jì)學(xué)。
具有一定的深度和廣度:不同于數(shù)學(xué)教科書,布萊恩·克萊格是善于運(yùn)用小故事表達(dá)科學(xué)道理的大師,從歷史上牛頓、高斯、貝葉斯對(duì)混沌、概率的理解顯現(xiàn)出科學(xué)是如何進(jìn)步的。
前言 木已成舟
撰寫 《骰子世界》 之前,我讀了作家納西姆·尼古拉斯·塔勒布(Nassim Nicholas Taleb) 的 《黑天鵝》(The Black Swan)。它不是我的研究資料,而是減輕工作壓力的睡前讀物。這是一部經(jīng)典的作品,但我鮮有時(shí)間系統(tǒng)化閱讀我甚至未注意到它講的是概率問(wèn)題。當(dāng)時(shí),我正計(jì)劃為自己的書稿取名 《骰子世界》,而塔勒布對(duì)骰子代表隨機(jī)性的文化參照的抨擊令我震驚。他將此稱作戲局謬誤(ludic fallacy) 他認(rèn)為,骰子呈現(xiàn)的是游戲中虛假的、被操控的、可預(yù)測(cè)的隨機(jī)性,而非生活中真實(shí)的、不可控的隨機(jī)性。
為了作進(jìn)一步的闡述,塔勒布為讀者講述了兩個(gè)人參與一個(gè)經(jīng)典游戲的故事,它通常能直觀地反映人們?cè)诶斫飧怕蕟?wèn)題時(shí)表現(xiàn)出的困惑。我們想象一下,拋擲一枚公平硬幣,正反面朝上的概率均是 50%。通常,我們會(huì)期望硬幣落地時(shí),一半次數(shù)為正面朝上,一半次數(shù)為反面朝上。如果我們連續(xù)拋擲硬幣99次,每次都是正面朝上,那么下一次拋擲依然正面朝上的概率是多少?
在塔勒布的故事中,第一個(gè)人是會(huì)計(jì)師,他想到了標(biāo)準(zhǔn)的正確答案任何了解概率基礎(chǔ)的人都能給出這樣的答案。在第 100次拋擲硬幣時(shí),正面朝上的概率依然是50%,因?yàn)橛矌艣]有記憶。而因?yàn)榇饲耙讯啻纬霈F(xiàn)正面朝上的結(jié)果,故此次出現(xiàn)反面朝上的概率更大,這樣的觀點(diǎn)則是賭徒謬誤(the gamblers fallacy)。事實(shí)上,第100次拋擲與之前的拋擲沒有任何聯(lián)系,正面朝上的概率依然是50%。故事中的第二個(gè)人是城市商人,他認(rèn)為這樣的統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)在生活中毫無(wú)意義。他并未選擇賭徒謬誤第 100 次出現(xiàn)反向朝上的概率更大。他不愿落入陷阱。事實(shí)上,這個(gè)商人會(huì)告訴你,硬幣有較大概率再次正面朝上,并且他很可能是正確的。為什么?因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)世界,如果連續(xù)拋擲99次硬幣都得到正面朝上的結(jié)果,操作者很可能有說(shuō)謊的行為,F(xiàn)實(shí)世界并非一場(chǎng)公平、容易計(jì)算、沒有外界干擾的游戲,F(xiàn)實(shí)世界存在作弊現(xiàn)象。
這是我們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)觀察,但我認(rèn)為塔勒布就骰子的隨機(jī)性的研究有一些疏忽骰子僅具有象征意義,它并非現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)模型。愛因斯坦早在20世紀(jì)就以骰子作過(guò)比喻,來(lái)說(shuō)明大自然不屑于理會(huì)人類的事務(wù)和欲望。愛因斯坦用上帝不擲骰子表達(dá)了他對(duì)量子理論的憤懣,因?yàn)榱孔永碚撜J(rèn)為表面上可以預(yù)測(cè)的現(xiàn)實(shí)世界,事實(shí)上建立在不可預(yù)測(cè)的概率之上。量子理論從未打算對(duì)不同類型的概率和隨機(jī)性作詳細(xì)分析,而僅是大致說(shuō)明了有些事情是我們無(wú)法控制的。事實(shí)也的確如此。
本章標(biāo)題木已成舟 (alea jacta est) ①是尤里烏斯·凱撒在渡過(guò)盧比孔河時(shí)所說(shuō)的,意為此時(shí)已無(wú)回頭路。這句話表達(dá)了拋擲骰子的強(qiáng)大圖景,深入人心,因此否認(rèn)骰子的象征意義似乎是不合理的。象征并不旨在成為現(xiàn)實(shí),但骰子所扮演之角色及其游戲機(jī)制確能幫助我們理解概率的含義,并進(jìn)一步了解現(xiàn)實(shí)世界的全貌。否認(rèn)這些機(jī)制的象征意義就像對(duì)注意落石交通標(biāo)志上只有寥寥無(wú)幾的石頭提出抱怨,現(xiàn)實(shí)情況中也許有很多石頭落下。象征不代表現(xiàn)實(shí),因此本書自豪地保留了《骰子世界》這一書名。
倘若你與我年紀(jì)相仿,《骰子世界》 也許能讓你想起另一本我讀大學(xué)時(shí)的暢銷書盧克·萊恩哈特 (Luke Rhinehart) 的 《骰子人生》(The Dice Man)。該書講述了一位不如意的心理學(xué)家欲以擲骰子來(lái)決定自己的人生,把每個(gè)決定都交給骰子來(lái)選擇。這令我感到悲傷與壓抑:
我們應(yīng)該重視生活中的隨機(jī)性,這非常重要,卻并不意味著要將所有的理性選擇寄托于一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器。
《骰子世界》 并不為骰子人生提供庇護(hù)。我們大多數(shù)人不會(huì)通過(guò)骰子決定人生。不過(guò),無(wú)論你是否喜歡,擲骰子是隨機(jī)性的有效象征。我們會(huì)發(fā)現(xiàn),隨機(jī)性正是宇宙最根本的生命力。
歡迎來(lái)到《骰子世界》。
布萊恩·克萊格,英國(guó)理論物理學(xué)家,科普作家?巳R格曾在牛津大學(xué)研習(xí)物理,一生致力于將宇宙中最奇特領(lǐng)域的研究介紹給大眾讀者。他是英國(guó)大眾科學(xué)網(wǎng)站的編輯和英國(guó)皇家藝術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)員。出版科普書有 《量子時(shí)代》《量子糾纏》《科學(xué)大浩劫》《超感官》《十大物理學(xué)家》《麥克斯韋妖》《人類極簡(jiǎn)史》等。他和妻子及兩個(gè)孩子現(xiàn)居英格蘭的威爾特郡。
本書譯者一楊桓,男,1981年出生,四川武勝人,教授,現(xiàn)就職于陸軍軍醫(yī)大學(xué),從事毒理學(xué)相關(guān)研究與教學(xué)工作,在國(guó)內(nèi)外專業(yè)期刊雜志上發(fā)表論文50余篇。擔(dān)任中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)自由基預(yù)防專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)毒理學(xué)會(huì)免疫毒理專委會(huì)委員等職務(wù)。譯者二孫敬柏,男,27歲,四川武勝人,現(xiàn)就讀于深圳大學(xué),主要從事語(yǔ)言學(xué)、語(yǔ)音學(xué)研究。