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费曼讲演录

 读书作乐 2018-10-11

费曼讲演录 来自古哥古点 19:54

理查德·费曼大概是整个二十世纪中最出名的物理布道者。他的智商达到125,老实说,这份天资在人精儿云集的物理圈子里不算什么,但拥有联觉感官的费曼却有另外一种独特的才能。这位充满喜感和韵事传闻的费曼先生不仅仅是量子电动力学的奠基人,更是一位了不起的演说者。他讲演的魅力主要不是来自其谈话的技巧,而是讲稿中那些新鲜的故事。费曼敏锐而长于察觉,许多不经他的提起也许就要被人们遗忘的边缘人物和实验,在他的演讲中却每每焕发光彩,把他的讲解渲染的明晰有趣。这些讲演尽管已经过去了半个多世纪,但其中的许多想法对于今天的人们仍然有启发的意义。

费曼认为科学包含着三项内容:找到规律的理性化过程,也就是方法;暂时性建构出来的解释现象的说辞,也就是知识;还有最重要的,基于现有认知的应用及引发的后果,也就是技术。费曼为什么如此看待科学,这其实反映出他对科学精神深刻而独特的理解。我对他的这种理解非常欣赏,而产生这一印象正是从他的三段论开始的。很多人会说,今天的人类正处在全面的科学时代,看着身边无处不在的高科技产品,这样的讲法似乎是毋庸置疑的。然而费曼的观察总是独到犀利,在古希腊古罗马的年代里,神话史诗占据着地中海诸城邦的文艺世界,故而这可以被称为神话时代;在中世纪悠长的黑暗岁月中,文学卷本里充满了赞圣祈祷的回声,因而这是名副其实的宗教时代;而在如今的21世纪,在我们当前的文学叙事中,科学的比例能有多少呢?看到世界各地在复兴或民粹包装下的保守传统的汹涌回潮,人类根本称不上进入了所谓科学时代,最多,用我增加的一句话来附注,人们只是进入了科技产品的时代。

费曼正在向一些物理系学生讲解他的理想模型。

[Source: James Clear]

科技产品为什么不能带来科学时代,解释这一点并不容易,但从费曼先生的角度来看,科学的质疑精神最终放任了对科学自身的不科学质疑。在“牧民如牺牲”的钝化集权社会,人们更愿意放大这一特点,尖利的奥卡姆剃刀在带来变革力量的同时,也容易被这尖锐刺伤自己。保持开放性和减法性本是科学相较于任何其他加法性的神秘主义学说,包括那些不容挑战的宗教和放之四海而皆准的人类真理,的最为雄厚的理性力量。但当这样的力量被人类残留的极其原始的种族概念肆意利用时,特别是在缺乏制衡的那些长老式种族中被利用时,它就又回到了低级而庸俗的“敌我丛林”当中。改变社会最真实的角色某过于给襁褓中的婴儿哼唱童谣的母亲,没有妇孺皆知的科学故事,人类就不会正式进入到科学时代。或许有一部穿越小说讲述了一段志在改变大唐历史的经历,长生殿里安装了空调的唐玄宗能感觉到酷夏里的凉爽,但他依然只是一个蒙昧的君主,因为他会简单的认为这份不可思议的凉爽是开元盛世带来的,尤其当他看到不断点头赞同的高力士。

不要轻易嘲笑别人,我们每个人都可能是这样的李隆基和高力士,科学精神不像我们所认为的那样简单。费曼是一个会讲科学故事的人,我们就从他讲的两个小例子来说起。

弗吉尼亚州的一位教授曾经进行了一项关于心灵感应能力的实验,具体内容也许不是本文后面描述的样子,但实质是完全类似的。拿出一副完整的扑克牌,去掉大小毛后,我们都知道剩下的牌里每种花色将会有13张。接下里的实验测试非常简单,请来的志愿者分为两个角色:读牌者和读心者。读牌的人从52张扑克牌中依次先后抽出20张牌,他可以看到每一张的牌面,而另外一位读心者在一旁只能看到读牌人的表情却看不到牌。如果人和人之间真的有所谓心灵感应的能力,那么拥有这样潜能的读心者就可能凭借对另一端看牌志愿者的表情观察感应到他的牌面是什么。于是,实验开始,20张牌面依次被掀开,读心者经过观察依次报出他所感应到的二十张牌的花色。我想,任何一个不相信超能力存在的人一定都预测的到,在这个实验中,最后猜对颜色的扑克牌应该平均在5张左右,这是极其简单的概率计算。20乘以25%的正确预测几率就等于5,费曼和教授也是这样想的。

然而,实际情况却并非如此,有些志愿者明显表现出了令人吃惊的读心能力,他们不仅超过了5张命中的概率期望,有些居然能够猜对十三四张之多,甚至还有几乎全部猜对的。这该怎么解释呢?这是不是意味着心灵感应真的存在呢?很快,就有人对实验统计的方式提出了意见。从概率上来说,命中率超过25%,甚至达到几乎全对也不是不可能,只是概率极其的小。为了衡量这种高度正确的结果是巧合还是超能力使然,必须把全部受测试者的样本放在一起计算,也就是不仅要关注这些预测极度正确的人,也要同时考虑那些预测极度错误的人,比如一张都没有猜对的人。他们之间的互相抵偿会消除所谓的神奇,只有基于完整样本给出的统计结果才有真正的意义。这点也是很多日常大师们经常用的花招。当他们的超能力无效时,总会轻描淡写的说一句,“你与我无缘”或者“今天的气场不对”之类的托词,从概率上来说,这就是要抹掉重要的失效样本,而只去吹嘘那些有效样本,从而造成超能力存在的错觉。“气场不对状态不好”不是不可以说,但一定要在表演之前说,而不是在表演完成且表现不佳后再去说。除了关注样本完整性,还有人提出是不是一起来参与实验的志愿者因为彼此早就认识,本就有一定隐性的信息传递机制,或者有些人可能会有某些下意识的表情反应,这也可能造成某种非心灵感应的信息泄露途径。听到这些意见后,教授改进了测试条件,把彼此不认识的志愿者进行配对,同时注意剔除有明显下意识动作的人。这下再也没有出现那种能猜对十三四张的情况了,改进的确取得了效果。人们也许会想,此时再进行完整统计,实验中平均预测正确的扑克牌张数应该是5了吧?不!结果很奇怪,正确的张数大约是6.5。

这总该没有话说了吧!6.5虽然只超过了5一点点,但它至少说明人是有一点点心灵感应力的。如果这个实验真的完全消除了系统性偏差,那该结论就是对的,但严谨的科学质疑仍然要求研究者不断检验实验的合理性。这不是在较真儿,而是对一个结论来说,它难以置信的程度必须匹配其证据力的稳固程度。很快,更为细致的分析发现,当一个读心者进行了较多轮次的测试后,疲劳会让他的预测命中率降低,这点可以用另外专门设计的测试来加以证明。如果这个现象是普遍存在的,那么在整个实验中就必须加以考虑。所有的志愿者必须大致处于相同的精力集中度的条件下受试,否则就有可能因为分布的不平均拉高平均统计值。经过这样的改进和其他一些细节的调整,扑克牌花色命中率不断的下降,最终达到了平均数值5左右。

[Source: Harrington Casino & Raceway]

到此问题解决了吗?没有。我们很难相信经过一番大量统计的实验,最后给出的命中率刚好就是整数5,一点都不多一点都不少,也许它的统计值是5.01。不少人会认为这已经足够,它足以证明超能力的不存在。可是等等,你怎么能确认这所谓0.01的偏差仅仅是统计样本的波动性而非系统性的必然。把结果做到了5的附近又怎样,真的可以就此认为找到答案了吗?严谨的说,不能下这个断语。抱持科学态度的人只能得出阶段性的结论:在目前的分析条件下,得出的统计数据是如此的,它使我们有理由推测超能力的存在并未得到统计结果的支持,如此而已。极端细小的误差曾在历史上带来放射性元素的发现和相对论的诞生,它并不总是如我们想的那样无足轻重。

然而接下来,我们就不得不说到费曼先生的方法、知识、技术的科学三段论中,方法无疑才是最重要的。刚才说讲的例子中,人们不断排除细节化的偏差当然是一种方法科学的表现,可这样的穷究下去如果处理不慎往往会陷入另一种的方法误区,即事后思维。关于这点,费曼所讲的另一个实验案例可以很好的说明。

生物学的实验离不开小白鼠,已经没有人说的清截止到目前人类已经进行了多少次的白鼠实验。但是有一个问题仍然可以问,那就是在这些白鼠实验中哪一次才是最有价值的。或许不同的研究者心目中有不同的答案,但是费曼的答案最为奇怪,因为他记忆中的这次最重要的实验几乎没有人记得,甚至连关于它的记录都不是很清晰。这个实验大概是指鲍·托马斯·杨(Paul Thomas Young)进行的白鼠走廊实验。

实验的内容很简单。一条狭长的走廊可以让白鼠穿行,走廊的一侧有许多扇小门,白鼠每次从其中的一间被放出。走廊的另一侧也有许多扇小门,其中的一间里面放有食物。很明显,老鼠一定会钻进藏有食物的门后。杨想测试一下,当把食物拿走后,老鼠有没有可能走到别的小门里。结果很奇怪,老鼠并不会这么做,它仍然固执的进入曾经放食物的地方。但问题是他是怎么做到的呢?整个走廊设计的非常复杂,仅凭记忆找到固定的门是不可能的。会不会是放食物的门有一些特殊的视觉特征,帮助老鼠进行搜索识别呢?于是杨把所有的小门全部涂抹成一模一样,甚至连纹理都相同,连人都区分不出来外形差异,可是老鼠还是会钻进老地方。再下来,和大家一样,杨开始怀疑是不是某种特殊的气味起到了导航作用,他用新的气味填充了整个空间,可是依然无效。那么,会是灯光的作用吗?老鼠通过感光建立了路径。杨遮盖了整个实验空间,但黑暗中的老鼠还是使命必达。最后,在穷尽了许多可能性后,一次意外的噪声让杨终于明白,老鼠是通过脚踏地板的声音认路的。所以在给整个的实验地板撒上沙子制造噪声后,老鼠终于走进了另外一扇门。这个实验和上面的案例一样,其实都是在说明排除干扰因素的方法。然而费曼更在意的是这个实验所衍生出的另外一项测试。

[Source: mindspark]

设计这个测试的目的已经记不清楚了,但主要的内容是让老鼠在布满了T字形路口的迷宫里随机行走,记录下来它面对每一个路口时是向左还是向右。杨根据记录数据想了解老鼠选择方向时的规律性,结果是看起来没有任何规律。重复了若干次之后,他惊喜的发现,有些老鼠好像具有向左向右交替转向的选择律,也就是上一次向左,下一次向右,然后继续左右左右的前进。杨找到费曼寻求数学上的帮助,请他计算一下,按照自己的迷宫布局,这样的情形出现的概率是否小于1/20。为什么要算1/20呢?因为当时的行为心理学认为,当一件事情发生的概率小于1/20而在实验中出现时,就可以认为排出了偶然性而有研究的意义。费曼大概看了一眼,马上对杨说:“这个概率很小,一定小于1/20,但是你别高兴,因为它没有任何意义!”“为什么?”杨非常不满,这是实验做出来的结果而且拥有极小的概率,它的出现当然意味着客观的规律。费曼摇摇头指出,如果你猜测这个规律成立,那要做的是针对它设计专门的测试科目,而不是利用一个有着其他目标的已经发生的测试结果做出解释。偏离目标的分析都只能是解释而不是证据。后来,杨按照费曼的建议重新设计了实验,检验小鼠是否交替选择方向,结果果然是否定的。到此,大家或许能够明白为什么费曼会把这么一次不起眼的老鼠迷宫试验定义为他心目中所有白鼠实验的基础,因为它说明了方法的科学性才是一切结论科学性的前提。这类似于程序正义是实质正义的前提。

费曼真的很会勾人,他演讲时曾经讲述了一段自己的亲身经历。那时候,他正在麻省理工工学院读书。有一次他正在学生会的楼上撰写一篇哲学方面的论文。当时他全神贯注,心无旁骛。突然,也不知道为什么,他的脑海中莫名的闪过一丝不祥的预感:“我的祖母去世了!”这个念头若有若无的持续了近一分钟,不强烈但却很明显,就在此刻,楼下的电话铃声急促的响起。所有的听众都以为,费曼大概真的也经历了心灵感应的神奇时刻。可费曼先生话锋一转接着说,楼下有人接听了电话,然后大喊道:“彼得,电话!”费曼没有一个叫彼得的名字,他的祖母活的好好的,没有任何事情发生。所以,当你下次再听到任何人向你诉说某种穿越时空的心灵预感时,只需要问他一个问题,你只感应过这一次吗?有意的丢弃或封闭信息,是科学走不出迷宫的真正原因。

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