拉普拉斯妖落败

《诗意的宇宙：蔷薇、时空与21世纪物理学》

[奥] 斯特凡·克莱因 著

陈轶荣 译

中信出版集团

2019年10月

我们用智能设备通话，借助导航设备穿越陌生的街区，而且在不久的将来，我们会把自己的生命托付给具有自动驾驶功能的汽车。我的朋友与自己选择的配偶，第一次步入婚姻殿堂后以失败告终，可现在却与计算机为他选择的伴侣过上了幸福的生活，这使我感到惊讶。

原则上，我并不反对机器干预我的决定。我的手机上下载了一些天气预报的APP，它们声称能够预知未来14天的天气，并精确到每个小时。

如今，气象学家可以为他们取得的成果感到自豪。在法国近代早期，预测天气的人还被视为骗子，被绑到轮子上遭受轮刑之苦。俾斯麦也曾禁止引入国家气象服务，理由是普鲁士官员自己对天气的判断从不出错。如今，气象学家们凭借其对未来愈发精准的预测，影响着几十亿人的生活。

世界级妖精

当下，对次日天气的预测准确率可达70%以上，而对未来三天的天气预报，比我上大学时对次日天气的预测还要可靠得多。在这方面，计算机技术当然功不可没。

1979年，欧洲中期天气预报中心借助超级计算机“克雷-1”—它是通过液态氟利昂冷却的—开启了天气预报的新纪元。当时，这台计算机每秒可以进行1亿次运算。如今，一块智能手表Apple Watch的计算速度比它还要快30倍。

而目前用于气象预报的机器，对德国上空的解析能力已可以精确到方圆3千米—这意味着每个村庄都可以有属于自己的天气预报。为此，这些计算机需要吞吐来自上万座气象站、成千上万的飞机与船只、几十颗卫星的数据流。

这个世界正在被扫描、采集、转译成机器可以读取的信息：我们以令人惊异的方式，接近了皮埃尔·西蒙·拉普拉斯侯爵的幻想。1814年，这位法国天文学家提出了关于完美智慧生物的假说：“它足够广博，能够将一切数据都一并解析。”在这样的世界级妖精—人称拉普拉斯妖—的面前，任何事物都无处遁形。

不过，拉普拉斯所指的并非全球性监控。他曾写道，他提出的这一智慧生物拥有的是预见未来的天赋。因为，一切事物的发生都遵循着自然法则;如果能够足够细致地了解今天的世界状态，那么，明天的形势就可以被计算出来。

这个幻想已不再是幻想。在发明家康拉德·楚泽启用世界首台可编程计算机后，又过了短短70年，我们就已经能够处理海量的数据，想处理多少就处理多少，前提是得配置足够多的计算机。而且，处理器的性能每过一年半就会翻倍，仿佛没有什么能够再妨碍我们更加精细地预见未来。

恺撒的最后一口气

计算机发展的早期，信息论之父克劳德·香农尝试教计算机下棋。

在国际象棋领域，计算机这个拉普拉斯妖，总可以战无不胜了吧？毕竟它拥有完美的智能，能够测算出每一种棋局的走向，从而选择最优的走法。然而，每一步，双方都有差不多30种走法，而在一场对弈当中，黑白双方一般都会轮到大概40次。那么，可能的走法将达到10的120次方。这是一个多么巨大的数字：相当于1的后面有120个零。要尝试所有的走法，即便使用目前的超级计算机，也得算上个1090年，这比大爆炸后整个宇宙经历的岁月还要长十几亿倍。理论上，超级计算机还需要经历这么长的光阴，才能落子有声、无往不利。

相比于国际象棋，天气的情况要更加混乱。在国际象棋的世界里，只有32个棋子和一块64格棋盘。即便这样，也已经存在几万亿种可能的棋局。大气内部的活动，就更加难以估量了。仅仅一口气，约250毫升的气体，里面就包含着1022个氧、氮分子，而整个大气所含气体的总量约为10的22次方升，也就是1的后面跟着22个零。

据说，关于这组数字，美籍科学家恩里科·费米曾风趣地打过一个比方：我们每吸气一次，就相当于吸进尤利乌斯·恺撒最后一口气中的一些氧分子。因为两千年来，那位独裁者临死时吐出的最后一口气，已然均匀地分布在整个地球上。也就是说，平均每一升空气里就有一个分子，来自恺撒的最后一息。恩里科·费米于1942年成功完成原子受控核裂变，是该领域第一人。

预言天气

世上没有哪一颗头脑、哪一台电脑，能够完全掌握大气变幻莫测的活动。

于是，人们莫名地陷入了两难：一方面，天气不过是气体和水蒸气的运动，这在基本法则里都有依凭。有了这些大气活动，才会形成降雪、风暴、雨水和明媚的蓝天。另一方面，虽然一切事物都遵循着这个简單的基本法则，但我们无法从中得出雷雨天气的波峰。要想根据基本法则推导出卷积云那人畜无害的形状，恐怕用最快的数字计算机组，也得花上相当于好几个宇宙年龄的时间，才可能得出数据，而这么多数据，恐怕用整个宇宙都装不下。

所以单单研究基本的自然法则，是无法了解什么是冰雹、季风、龙卷风、冻雨，什么是晴好天气的。要想发掘自然世界的丰富多彩，必须亲眼去看。

可见，要想凭借几个基本事实推导出有用的天气结论，即便是把整个宇宙当作计算机都不可能。还原论也派不上用场，唯一的出路是转变视角，在云、风、高气压区的问题上动动脑筋。

那么，整个世界就会变得冗杂很多。不过，不再执着于拉普拉斯妖的想法后，我们是可以在周遭世界中识别出一些基本模式的。毕竟，物质喜欢排兵列阵，分子会相互靠拢，天空中会形成片片云朵。

因此，想要预言未来并不是件毫无希望的事情。我们可以效仿国际象棋计算机的案例，像农民借鉴农谚，学会抛开细节抓主干。有时，重要的不是细节，在这种情况下，目光别太锐利反而更有优势。虽然凭借这种方式，我们顶多只能确定可能会发生的事情，但是对于一些简单的天气情况而言，这种方法的命中率是很高的。就像我们即便不知道水壶里面的每个分子是如何运动的，也敢大胆地预言茶水沸腾的温度一样。

（本文获出版社授权，标题为编者所加）