拉普拉斯妖落敗

《詩意的宇宙：薔薇、時空與21世紀物理學》

[奧] 斯特凡·克萊因 著

陳軼榮 譯

中信出版集團

2019年10月

我們用智能設備通話，借助導航設備穿越陌生的街區，而且在不久的將來，我們會把自己的生命托付給具有自動駕駛功能的汽車。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，可現在卻與計算機為他選擇的伴侶過上了幸福的生活，這使我感到驚訝。

原則上，我并不反對機器干預我的決定。我的手機上下載了一些天氣預報的APP，它們聲稱能夠預知未來14天的天氣，并精確到每個小時。

如今，氣象學家可以為他們取得的成果感到自豪。在法國近代早期，預測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家氣象服務，理由是普魯士官員自己對天氣的判斷從不出錯。如今，氣象學家們憑借其對未來愈發精準的預測，影響著幾十億人的生活。

世界級妖精

當下，對次日天氣的預測準確率可達70%以上，而對未來三天的天氣預報，比我上大學時對次日天氣的預測還要可靠得多。在這方面，計算機技術當然功不可沒。

1979年，歐洲中期天氣預報中心借助超級計算機“克雷-1”—它是通過液態氟利昂冷卻的—開啟了天氣預報的新紀元。當時，這臺計算機每秒可以進行1億次運算。如今，一塊智能手表Apple Watch的計算速度比它還要快30倍。

而目前用于氣象預報的機器，對德國上空的解析能力已可以精確到方圓3千米—這意味著每個村莊都可以有屬于自己的天氣預報。為此，這些計算機需要吞吐來自上萬座氣象站、成千上萬的飛機與船只、幾十顆衛星的數據流。

這個世界正在被掃描、采集、轉譯成機器可以讀取的信息：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，這位法國天文學家提出了關于完美智慧生物的假說：“它足夠廣博，能夠將一切數據都一并解析。”在這樣的世界級妖精—人稱拉普拉斯妖—的面前，任何事物都無處遁形。

不過，拉普拉斯所指的并非全球性監控。他曾寫道，他提出的這一智慧生物擁有的是預見未來的天賦。因為，一切事物的發生都遵循著自然法則;如果能夠足夠細致地了解今天的世界狀態，那么，明天的形勢就可以被計算出來。

這個幻想已不再是幻想。在發明家康拉德·楚澤啟用世界首臺可編程計算機后，又過了短短70年，我們就已經能夠處理海量的數據，想處理多少就處理多少，前提是得配置足夠多的計算機。而且，處理器的性能每過一年半就會翻倍，仿佛沒有什么能夠再妨礙我們更加精細地預見未來。

愷撒的最后一口氣

計算機發展的早期，信息論之父克勞德·香農嘗試教計算機下棋。

在國際象棋領域，計算機這個拉普拉斯妖，總可以戰無不勝了吧？畢竟它擁有完美的智能，能夠測算出每一種棋局的走向，從而選擇最優的走法。然而，每一步，雙方都有差不多30種走法，而在一場對弈當中，黑白雙方一般都會輪到大概40次。那么，可能的走法將達到10的120次方。這是一個多么巨大的數字：相當于1的后面有120個零。要嘗試所有的走法，即便使用目前的超級計算機，也得算上個1090年，這比大爆炸后整個宇宙經歷的歲月還要長十幾億倍。理論上，超級計算機還需要經歷這么長的光陰，才能落子有聲、無往不利。

相比于國際象棋，天氣的情況要更加混亂。在國際象棋的世界里，只有32個棋子和一塊64格棋盤。即便這樣，也已經存在幾萬億種可能的棋局。大氣內部的活動，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個氧、氮分子，而整個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個零。

據說，關于這組數字，美籍科學家恩里科·費米曾風趣地打過一個比方：我們每吸氣一次，就相當于吸進尤利烏斯·愷撒最后一口氣中的一些氧分子。因為兩千年來，那位獨裁者臨死時吐出的最后一口氣，已然均勻地分布在整個地球上。也就是說，平均每一升空氣里就有一個分子，來自愷撒的最后一息。恩里科·費米于1942年成功完成原子受控核裂變，是該領域第一人。

預言天氣

世上沒有哪一顆頭腦、哪一臺電腦，能夠完全掌握大氣變幻莫測的活動。

于是，人們莫名地陷入了兩難：一方面，天氣不過是氣體和水蒸氣的運動，這在基本法則里都有依憑。有了這些大氣活動，才會形成降雪、風暴、雨水和明媚的藍天。另一方面，雖然一切事物都遵循著這個簡單的基本法則，但我們無法從中得出雷雨天氣的波峰。要想根據基本法則推導出卷積云那人畜無害的形狀，恐怕用最快的數字計算機組，也得花上相當于好幾個宇宙年齡的時間，才可能得出數據，而這么多數據，恐怕用整個宇宙都裝不下。

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

可見，要想憑借幾個基本事實推導出有用的天氣結論，即便是把整個宇宙當作計算機都不可能。還原論也派不上用場，唯一的出路是轉變視角，在云、風、高氣壓區的問題上動動腦筋。

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

因此，想要預言未來并不是件毫無希望的事情。我們可以效仿國際象棋計算機的案例，像農民借鑒農諺，學會拋開細節抓主干。有時，重要的不是細節，在這種情況下，目光別太銳利反而更有優勢。雖然憑借這種方式，我們頂多只能確定可能會發生的事情，但是對于一些簡單的天氣情況而言，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分子是如何運動的，也敢大膽地預言茶水沸騰的溫度一樣。

（本文獲出版社授權，標題為編者所加）