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科学是探索,知识是模型|思维模型No.38(更新版)

 进步黑客 2021-05-24

我们的心智喜欢确定性而讨厌不确定性。刚出生的婴儿,就知道哭声会引起妈妈的注意,所以他们会用不同的哭声传递不同的信号,比如音调比较高,哭的很急,就是饿了,而无泪轻柔的啼哭,就是尿湿了,宝宝的每次哭声如果能被准确识别,会带来确定性的结果,确定性带来安全感。

不确定性既缺乏安全感,还意味着不可预知,无法控制。为了减少不确定性,人类做了很多努力。但事实上,不确定性才是世界的普遍规律,科学的核心是不确定性,而确定性是人类用理性思维抽象出来的模型,比如无论天气预报多么准确,我们对于明天的天气仍然是不确定的,而1+1=2,就是确定的。科学之所以可定量,就是因为将不确定性通过抽象的量化,嵌入模型帮助我们认识世界,因此科学技术就是人们发明出来减少不确性的工具。

科学就是假设

虽然我们有很多测量方法,测量工具,但真实的状态是,没有任何科学测量和观察都是精确的。举个例子,我说我的身高是178厘米,即使精确到毫米,比如178.3厘米,这也不是我实际身高数据,我可能是179厘米或177厘米。

那多次重复测量能让结果更准确吗?

重复测量取平均确实有用,这也是我们认知世界的主要方法——归纳法。但再更进一步,想一下长度和重量的国际度量衡,就有点尴尬了。国际单位制「千克」是以巴黎赛弗尔玻璃盒子中的一块金属为度量衡。它的重量应该是最标准的1千克对不。但奇怪的是,这块金属从来没有出现两次测量结果相同的情况。这就像我们用不同的标准衡量同一个事物,结果肯定是有误差的。

我们的测量结果具有不确定性,无论多么精确,但终归是有误差的。

测量不但有误差,还有一些甚至是无法测量的,因为它们太小了。即使用光学显微镜也不能观察。透过光学显微镜,我们的双眼只能看到大于可见光的最短波长的物体。

那么,既然世界是不确定的,科学也不是真理,就要听天由命吗?

科学家说,具体数值是否「精确」取决于我们所构建的模型,我们使用数值的目的。测量身高,精确到厘米就足够了,再精确也没有实际意义。但如果要制造发动机气缸活塞,显然需要更高的精度,更精确的数值。

使用数据的用途决定了我们的测量工具和测量方法。

人类的智慧也在与此,用恰当的工具和模型,在不确定的世界中构建一个确定的世界。

随机性三法则:

科学不是真理,科学的目的是追求真理,逼近真理。不可预测性,随机性才是科学的正确观念。认识到不确定性,理解随机性的三条法则,才能打破我们对可预测性的迷信,真正去探索宇宙的真相而非想象。

随机性第一法则:随机性是真实存在的

人类为了让自己获得想象中的掌控感,会对随机性做简单归因,比如「恶有恶报,善有善报」。科学研究已经证实并预测,抽烟喝酒对身体有各种危害,但如果用随机性事件举例,就很轻易的击溃这个笃定的预测。

比如隔壁老王每天抽两盒烟,现在80多岁了,精神仍然很好,而邻村的老李,不抽烟不喝酒,没到60岁就去世了。

但凡有点科学素养的人,看到这个例子只会笑笑,这种随机性现象没什么值得惊讶的,也绝不能成为行事的依据。

随机性第二法则:有些事情不能预测

如果去赌桌前观察,会发现几乎每个人都相信,自己下一把好运气就会来。那些刚赢了几局的人,想着今天手气真好,自己会一直赢下去,于是就持续下注,增加筹码。

而那些输家呢,也会疯狂下注,他们认为已经输的这么惨,下一把会时来运转 。因此,他们也不会离开赌桌,害怕失去下一把的好运。

与我们认为的恰恰相反,不是什么神奇的力量成就了赢家,宇宙中也不存在否极泰来的公平,赌场输赢只是随机性结果。

如果赌场中的骰子没有做过手脚,无论你观察的多么细致,下一次还是不知道它的点数。因为每一轮掷骰子结果和以前的结果毫无关联。

如果这次掷出6个点,无论你用什么理论,用什么逻辑都不能预测下次那个点数出现的概率大,下一次你掷出6个点的概率还是1/6。我们不能给这类完全独立且随机的事件建立模型来预测结果。

随机性第三法则:单个随机事件无法预测,但整体却可预测。

单个随机事件确实无法预测,但如果把一系列独立随机事件看做一个整体,那么它就是可以预测的。这些随机事件越多,整体就越能被预测,这就是大数定律。

大数定律是一个独立的随机事件在大量重复后,它发生的概率就会趋于一个稳定的算术平均值。就像抛硬币一样,当我们不断地抛,抛上千次,甚至上万次,我们会发现,正面或者反面向上的次数都趋近于50%。

还有一个让我们理解随机性的重要数学工具是中心极限定理,即在大样本条件下,不论总体的分布如何,样本的均值总是近似的服从正态分布。

在这些工具的帮助下,当我们面对看似杂乱的随机事件时,也可以做出稳定准确的预测。

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科学就是探索,知识就是模型

在明白不确定性和随机性法则后,我们知道科学并不是真理,它就是科学自身的产物,和人类构造的艺术、宗教这些没有任何差别,它肤浅,无知且幼稚。

爱因斯坦说「目前为止,我们对真实世界的所有测量都是小儿科的」,但这个小儿科也是我们花了几千年获得的最宝贵的财富。

这个财富就是科学,科学是在探索真理,寻求知识,但它从不可能被精确地获得。我们现在认为的知识,其实都只是一个模型,科学只是在创造和检验这个模型。

同样,建模也不是宣布真理,这是一个永无止境的探索和改进的过程。想要弄明白任何事情,都意味着要建构模型,这个模型还要可以预测结果并验证观察结果,因此知识即模型。

模型虽然不是真理,但它是可依赖的无限接近真理的好工具,用更多的模型来理解和预测不确定性的世界,可能也是我们唯一的选择。

最后请让我用一句很流行的英语结尾:

All models are wrong, but some are useful.

(所有模型都是错的,但有些是有用的)

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