这本书是以随机性、混沌、统计学等为主题的数学科普书,全书共有17章。经典随机指随机事件的集合可以形成一个可预测的分布,如我们所熟知的投骰子、扔硬币、彩票抽奖,但混沌随机却往往会出乎我们的预测和假设。在混沌中,事件不会出现有序的分布,混沌随机的结果可能让人大吃一惊。某种意义上,混沌随机比经典随机更随机,比如为什么《哈利·波特》会成为畅销书?作者认为虽然随机性难以捉摸,但它并不可怕,数学家、物理学家们,诸如牛顿、伯努利、贝叶斯、爱因斯坦、马克思·玻恩、尼尔斯·玻尔等人,对于寻找并归纳这个世界的规律做了大量行之有限的工作。运用牛顿定律,我们可以将飞船发射到月球之上、预测遥远星星的运动,而量子物理学更是极速地推进了我们对微观世界的理解,因为生物学、化学研究获得了爆发式发展。从某种意义上可以说,随机性或者说混沌是这个世界的根本动力,它的存在为人类的自由意志留下了足够的空间。
《量子时代》《量子纠缠》《量子计算》作者布莱恩·克莱格新书,轻松理解随机性、混沌和统计学的基本概念。
- 轻松易懂:布莱恩克莱格文风轻盈简洁,从大脑习惯理解图式开始讲述人们是怎样理解、利用混沌、随机和统计学。
具有一定的深度和广度:不同于数学教科书,布莱恩·克莱格是善于运用小故事表达科学道理的大师,从历史上牛顿、高斯、贝叶斯对混沌、概率的理解显现出科学是如何进步的。
前言 木已成舟
撰写 《骰子世界》 之前,我读了作家纳西姆·尼古拉斯·塔勒布(Nassim Nicholas Taleb) 的 《黑天鹅》(The Black Swan)。它不是我的研究资料,而是减轻工作压力的睡前读物。这是一部经典的作品,但我鲜有时间系统化阅读我甚至未注意到它讲的是概率问题。当时,我正计划为自己的书稿取名 《骰子世界》,而塔勒布对骰子代表随机性的文化参照的抨击令我震惊。他将此称作戏局谬误(ludic fallacy) 他认为,骰子呈现的是游戏中虚假的、被操控的、可预测的随机性,而非生活中真实的、不可控的随机性。
为了作进一步的阐述,塔勒布为读者讲述了两个人参与一个经典游戏的故事,它通常能直观地反映人们在理解概率问题时表现出的困惑。我们想象一下,抛掷一枚公平硬币,正反面朝上的概率均是 50%。通常,我们会期望硬币落地时,一半次数为正面朝上,一半次数为反面朝上。如果我们连续抛掷硬币99次,每次都是正面朝上,那么下一次抛掷依然正面朝上的概率是多少?
在塔勒布的故事中,第一个人是会计师,他想到了标准的正确答案任何了解概率基础的人都能给出这样的答案。在第 100次抛掷硬币时,正面朝上的概率依然是50%,因为硬币没有记忆。而因为此前已多次出现正面朝上的结果,故此次出现反面朝上的概率更大,这样的观点则是赌徒谬误(the gamblers fallacy)。事实上,第100次抛掷与之前的抛掷没有任何联系,正面朝上的概率依然是50%。故事中的第二个人是城市商人,他认为这样的统计观点在生活中毫无意义。他并未选择赌徒谬误第 100 次出现反向朝上的概率更大。他不愿落入陷阱。事实上,这个商人会告诉你,硬币有较大概率再次正面朝上,并且他很可能是正确的。为什么?因为在现实世界,如果连续抛掷99次硬币都得到正面朝上的结果,操作者很可能有说谎的行为。现实世界并非一场公平、容易计算、没有外界干扰的游戏。现实世界存在作弊现象。
这是我们对现实世界的真实观察,但我认为塔勒布就骰子的随机性的研究有一些疏忽骰子仅具有象征意义,它并非现实世界经验的计算机模型。爱因斯坦早在20世纪就以骰子作过比喻,来说明大自然不屑于理会人类的事务和欲望。爱因斯坦用上帝不掷骰子表达了他对量子理论的愤懑,因为量子理论认为表面上可以预测的现实世界,事实上建立在不可预测的概率之上。量子理论从未打算对不同类型的概率和随机性作详细分析,而仅是大致说明了有些事情是我们无法控制的。事实也的确如此。
本章标题木已成舟 (alea jacta est) ①是尤里乌斯·凯撒在渡过卢比孔河时所说的,意为此时已无回头路。这句话表达了抛掷骰子的强大图景,深入人心,因此否认骰子的象征意义似乎是不合理的。象征并不旨在成为现实,但骰子所扮演之角色及其游戏机制确能帮助我们理解概率的含义,并进一步了解现实世界的全貌。否认这些机制的象征意义就像对注意落石交通标志上只有寥寥无几的石头提出抱怨,现实情况中也许有很多石头落下。象征不代表现实,因此本书自豪地保留了《骰子世界》这一书名。
倘若你与我年纪相仿,《骰子世界》 也许能让你想起另一本我读大学时的畅销书卢克·莱恩哈特 (Luke Rhinehart) 的 《骰子人生》(The Dice Man)。该书讲述了一位不如意的心理学家欲以掷骰子来决定自己的人生,把每个决定都交给骰子来选择。这令我感到悲伤与压抑:
我们应该重视生活中的随机性,这非常重要,却并不意味着要将所有的理性选择寄托于一个随机数生成器。
《骰子世界》 并不为骰子人生提供庇护。我们大多数人不会通过骰子决定人生。不过,无论你是否喜欢,掷骰子是随机性的有效象征。我们会发现,随机性正是宇宙最根本的生命力。
欢迎来到《骰子世界》。
布莱恩·克莱格,英国理论物理学家,科普作家。克莱格曾在牛津大学研习物理,一生致力于将宇宙中最奇特领域的研究介绍给大众读者。他是英国大众科学网站的编辑和英国皇家艺术学会会员。出版科普书有 《量子时代》《量子纠缠》《科学大浩劫》《超感官》《十大物理学家》《麦克斯韦妖》《人类极简史》等。他和妻子及两个孩子现居英格兰的威尔特郡。
本书译者一杨桓,男,1981年出生,四川武胜人,教授,现就职于陆军军医大学,从事毒理学相关研究与教学工作,在国内外专业期刊杂志上发表论文50余篇。担任中华预防医学会自由基预防专业委员会委员、中国毒理学会免疫毒理专委会委员等职务。译者二孙敬柏,男,27岁,四川武胜人,现就读于深圳大学,主要从事语言学、语音学研究。