這本書是以隨機性、混沌、統(tǒng)計學(xué)等為主題的數(shù)學(xué)科普書,全書共有17章。經(jīng)典隨機指隨機事件的集合可以形成一個可預(yù)測的分布,如我們所熟知的投骰子、扔硬幣、彩票抽獎,但混沌隨機卻往往會出乎我們的預(yù)測和假設(shè)。在混沌中,事件不會出現(xiàn)有序的分布,混沌隨機的結(jié)果可能讓人大吃一驚。某種意義上,混沌隨機比經(jīng)典隨機更隨機,比如為什么《哈利·波特》會成為暢銷書?作者認為雖然隨機性難以捉摸,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,對于尋找并歸納這個世界的規(guī)律做了大量行之有限的工作。運用牛頓定律,我們可以將飛船發(fā)射到月球之上、預(yù)測遙遠星星的運動,而量子物理學(xué)更是極速地推進了我們對微觀世界的理解,因為生物學(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,隨機性或者說混沌是這個世界的根本動力,它的存在為人類的自由意志留下了足夠的空間。
《量子時代》《量子糾纏》《量子計算》作者布萊恩·克萊格新書,輕松理解隨機性、混沌和統(tǒng)計學(xué)的基本概念。
- 輕松易懂:布萊恩克萊格文風(fēng)輕盈簡潔,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、隨機和統(tǒng)計學(xué)。
具有一定的深度和廣度:不同于數(shù)學(xué)教科書,布萊恩·克萊格是善于運用小故事表達科學(xué)道理的大師,從歷史上牛頓、高斯、貝葉斯對混沌、概率的理解顯現(xiàn)出科學(xué)是如何進步的。
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,但我鮮有時間系統(tǒng)化閱讀我甚至未注意到它講的是概率問題。當(dāng)時,我正計劃為自己的書稿取名 《骰子世界》,而塔勒布對骰子代表隨機性的文化參照的抨擊令我震驚。他將此稱作戲局謬誤(ludic fallacy) 他認為,骰子呈現(xiàn)的是游戲中虛假的、被操控的、可預(yù)測的隨機性,而非生活中真實的、不可控的隨機性。
為了作進一步的闡述,塔勒布為讀者講述了兩個人參與一個經(jīng)典游戲的故事,它通常能直觀地反映人們在理解概率問題時表現(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,我們會期望硬幣落地時,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,第一個人是會計師,他想到了標準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,正面朝上的概率依然是50%,因為硬幣沒有記憶。而因為此前已多次出現(xiàn)正面朝上的結(jié)果,故此次出現(xiàn)反面朝上的概率更大,這樣的觀點則是賭徒謬誤(the gamblers fallacy)。事實上,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%。故事中的第二個人是城市商人,他認為這樣的統(tǒng)計觀點在生活中毫無意義。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。事實上,這個商人會告訴你,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?因為在現(xiàn)實世界,如果連續(xù)拋擲99次硬幣都得到正面朝上的結(jié)果,操作者很可能有說謊的行為。現(xiàn)實世界并非一場公平、容易計算、沒有外界干擾的游戲,F(xiàn)實世界存在作弊現(xiàn)象。
這是我們對現(xiàn)實世界的真實觀察,但我認為塔勒布就骰子的隨機性的研究有一些疏忽骰子僅具有象征意義,它并非現(xiàn)實世界經(jīng)驗的計算機模型。愛因斯坦早在20世紀就以骰子作過比喻,來說明大自然不屑于理會人類的事務(wù)和欲望。愛因斯坦用上帝不擲骰子表達了他對量子理論的憤懣,因為量子理論認為表面上可以預(yù)測的現(xiàn)實世界,事實上建立在不可預(yù)測的概率之上。量子理論從未打算對不同類型的概率和隨機性作詳細分析,而僅是大致說明了有些事情是我們無法控制的。事實也的確如此。
本章標題木已成舟 (alea jacta est) ①是尤里烏斯·凱撒在渡過盧比孔河時所說的,意為此時已無回頭路。這句話表達了拋擲骰子的強大圖景,深入人心,因此否認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,但骰子所扮演之角色及其游戲機制確能幫助我們理解概率的含義,并進一步了解現(xiàn)實世界的全貌。否認這些機制的象征意義就像對注意落石交通標志上只有寥寥無幾的石頭提出抱怨,現(xiàn)實情況中也許有很多石頭落下。象征不代表現(xiàn)實,因此本書自豪地保留了《骰子世界》這一書名。
倘若你與我年紀相仿,《骰子世界》 也許能讓你想起另一本我讀大學(xué)時的暢銷書盧克·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)家欲以擲骰子來決定自己的人生,把每個決定都交給骰子來選擇。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隨機數(shù)生成器。
《骰子世界》 并不為骰子人生提供庇護。我們大多數(shù)人不會通過骰子決定人生。不過,無論你是否喜歡,擲骰子是隨機性的有效象征。我們會發(fā)現(xiàn),隨機性正是宇宙最根本的生命力。
歡迎來到《骰子世界》。
布萊恩·克萊格,英國理論物理學(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。他是英國大眾科學(xué)網(wǎng)站的編輯和英國皇家藝術(shù)學(xué)會會員。出版科普書有 《量子時代》《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》《人類極簡史》等。他和妻子及兩個孩子現(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)會自由基預(yù)防專業(yè)委員會委員、中國毒理學(xué)會免疫毒理專委會委員等職務(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),主要從事語言學(xué)、語音學(xué)研究。