拉普拉斯妖落敗

《詩(shī)意的宇宙：薔薇、時(shí)空與21世紀(jì)物理學(xué)》

[奧] 斯特凡·克萊因 著

陳軼榮 譯

中信出版集團(tuán)

2019年10月

我們用智能設(shè)備通話，借助導(dǎo)航設(shè)備穿越陌生的街區(qū)，而且在不久的將來(lái)，我們會(huì)把自己的生命托付給具有自動(dòng)駕駛功能的汽車。我的朋友與自己選擇的配偶，第一次步入婚姻殿堂后以失敗告終，可現(xiàn)在卻與計(jì)算機(jī)為他選擇的伴侶過(guò)上了幸福的生活，這使我感到驚訝。

原則上，我并不反對(duì)機(jī)器干預(yù)我的決定。我的手機(jī)上下載了一些天氣預(yù)報(bào)的APP，它們聲稱能夠預(yù)知未來(lái)14天的天氣，并精確到每個(gè)小時(shí)。

如今，氣象學(xué)家可以為他們?nèi)〉玫某晒械阶院?。在法?guó)近代早期，預(yù)測(cè)天氣的人還被視為騙子，被綁到輪子上遭受輪刑之苦。俾斯麥也曾禁止引入國(guó)家氣象服務(wù)，理由是普魯士官員自己對(duì)天氣的判斷從不出錯(cuò)。如今，氣象學(xué)家們憑借其對(duì)未來(lái)愈發(fā)精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)，影響著幾十億人的生活。

世界級(jí)妖精

當(dāng)下，對(duì)次日天氣的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率可達(dá)70%以上，而對(duì)未來(lái)三天的天氣預(yù)報(bào)，比我上大學(xué)時(shí)對(duì)次日天氣的預(yù)測(cè)還要可靠得多。在這方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)當(dāng)然功不可沒(méi)。

1979年，歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心借助超級(jí)計(jì)算機(jī)“克雷-1”—它是通過(guò)液態(tài)氟利昂冷卻的—開(kāi)啟了天氣預(yù)報(bào)的新紀(jì)元。當(dāng)時(shí)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒可以進(jìn)行1億次運(yùn)算。如今，一塊智能手表Apple Watch的計(jì)算速度比它還要快30倍。

而目前用于氣象預(yù)報(bào)的機(jī)器，對(duì)德國(guó)上空的解析能力已可以精確到方圓3千米—這意味著每個(gè)村莊都可以有屬于自己的天氣預(yù)報(bào)。為此，這些計(jì)算機(jī)需要吞吐來(lái)自上萬(wàn)座氣象站、成千上萬(wàn)的飛機(jī)與船只、幾十顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)流。

這個(gè)世界正在被掃描、采集、轉(zhuǎn)譯成機(jī)器可以讀取的信息：我們以令人驚異的方式，接近了皮埃爾·西蒙·拉普拉斯侯爵的幻想。1814年，這位法國(guó)天文學(xué)家提出了關(guān)于完美智慧生物的假說(shuō)：“它足夠廣博，能夠?qū)⒁磺袛?shù)據(jù)都一并解析?！痹谶@樣的世界級(jí)妖精—人稱拉普拉斯妖—的面前，任何事物都無(wú)處遁形。

不過(guò)，拉普拉斯所指的并非全球性監(jiān)控。他曾寫(xiě)道，他提出的這一智慧生物擁有的是預(yù)見(jiàn)未來(lái)的天賦。因?yàn)椋磺惺挛锏陌l(fā)生都遵循著自然法則;如果能夠足夠細(xì)致地了解今天的世界狀態(tài)，那么，明天的形勢(shì)就可以被計(jì)算出來(lái)。

這個(gè)幻想已不再是幻想。在發(fā)明家康拉德·楚澤啟用世界首臺(tái)可編程計(jì)算機(jī)后，又過(guò)了短短70年，我們就已經(jīng)能夠處理海量的數(shù)據(jù)，想處理多少就處理多少，前提是得配置足夠多的計(jì)算機(jī)。而且，處理器的性能每過(guò)一年半就會(huì)翻倍，仿佛沒(méi)有什么能夠再妨礙我們更加精細(xì)地預(yù)見(jiàn)未來(lái)。

愷撒的最后一口氣

計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，信息論之父克勞德·香農(nóng)嘗試教計(jì)算機(jī)下棋。

在國(guó)際象棋領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)這個(gè)拉普拉斯妖，總可以戰(zhàn)無(wú)不勝了吧？畢竟它擁有完美的智能，能夠測(cè)算出每一種棋局的走向，從而選擇最優(yōu)的走法。然而，每一步，雙方都有差不多30種走法，而在一場(chǎng)對(duì)弈當(dāng)中，黑白雙方一般都會(huì)輪到大概40次。那么，可能的走法將達(dá)到10的120次方。這是一個(gè)多么巨大的數(shù)字：相當(dāng)于1的后面有120個(gè)零。要嘗試所有的走法，即便使用目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也得算上個(gè)1090年，這比大爆炸后整個(gè)宇宙經(jīng)歷的歲月還要長(zhǎng)十幾億倍。理論上，超級(jí)計(jì)算機(jī)還需要經(jīng)歷這么長(zhǎng)的光陰，才能落子有聲、無(wú)往不利。

相比于國(guó)際象棋，天氣的情況要更加混亂。在國(guó)際象棋的世界里，只有32個(gè)棋子和一塊64格棋盤。即便這樣，也已經(jīng)存在幾萬(wàn)億種可能的棋局。大氣內(nèi)部的活動(dòng)，就更加難以估量了。僅僅一口氣，約250毫升的氣體，里面就包含著1022個(gè)氧、氮分子，而整個(gè)大氣所含氣體的總量約為10的22次方升，也就是1的后面跟著22個(gè)零。

據(jù)說(shuō)，關(guān)于這組數(shù)字，美籍科學(xué)家恩里科·費(fèi)米曾風(fēng)趣地打過(guò)一個(gè)比方：我們每吸氣一次，就相當(dāng)于吸進(jìn)尤利烏斯·愷撒最后一口氣中的一些氧分子。因?yàn)閮汕陙?lái)，那位獨(dú)裁者臨死時(shí)吐出的最后一口氣，已然均勻地分布在整個(gè)地球上。也就是說(shuō)，平均每一升空氣里就有一個(gè)分子，來(lái)自愷撒的最后一息。恩里科·費(fèi)米于1942年成功完成原子受控核裂變，是該領(lǐng)域第一人。

預(yù)言天氣

世上沒(méi)有哪一顆頭腦、哪一臺(tái)電腦，能夠完全掌握大氣變幻莫測(cè)的活動(dòng)。

于是，人們莫名地陷入了兩難：一方面，天氣不過(guò)是氣體和水蒸氣的運(yùn)動(dòng)，這在基本法則里都有依憑。有了這些大氣活動(dòng)，才會(huì)形成降雪、風(fēng)暴、雨水和明媚的藍(lán)天。另一方面，雖然一切事物都遵循著這個(gè)簡(jiǎn)單的基本法則，但我們無(wú)法從中得出雷雨天氣的波峰。要想根據(jù)基本法則推導(dǎo)出卷積云那人畜無(wú)害的形狀，恐怕用最快的數(shù)字計(jì)算機(jī)組，也得花上相當(dāng)于好幾個(gè)宇宙年齡的時(shí)間，才可能得出數(shù)據(jù)，而這么多數(shù)據(jù)，恐怕用整個(gè)宇宙都裝不下。

所以單單研究基本的自然法則，是無(wú)法了解什么是冰雹、季風(fēng)、龍卷風(fēng)、凍雨，什么是晴好天氣的。要想發(fā)掘自然世界的豐富多彩，必須親眼去看。

可見(jiàn)，要想憑借幾個(gè)基本事實(shí)推導(dǎo)出有用的天氣結(jié)論，即便是把整個(gè)宇宙當(dāng)作計(jì)算機(jī)都不可能。還原論也派不上用場(chǎng)，唯一的出路是轉(zhuǎn)變視角，在云、風(fēng)、高氣壓區(qū)的問(wèn)題上動(dòng)動(dòng)腦筋。

那么，整個(gè)世界就會(huì)變得冗雜很多。不過(guò)，不再執(zhí)著于拉普拉斯妖的想法后，我們是可以在周遭世界中識(shí)別出一些基本模式的。畢竟，物質(zhì)喜歡排兵列陣，分子會(huì)相互靠攏，天空中會(huì)形成片片云朵。

因此，想要預(yù)言未來(lái)并不是件毫無(wú)希望的事情。我們可以效仿國(guó)際象棋計(jì)算機(jī)的案例，像農(nóng)民借鑒農(nóng)諺，學(xué)會(huì)拋開(kāi)細(xì)節(jié)抓主干。有時(shí)，重要的不是細(xì)節(jié)，在這種情況下，目光別太銳利反而更有優(yōu)勢(shì)。雖然憑借這種方式，我們頂多只能確定可能會(huì)發(fā)生的事情，但是對(duì)于一些簡(jiǎn)單的天氣情況而言，這種方法的命中率是很高的。就像我們即便不知道水壺里面的每個(gè)分子是如何運(yùn)動(dòng)的，也敢大膽地預(yù)言茶水沸騰的溫度一樣。

（本文獲出版社授權(quán)，標(biāo)題為編者所加）