锻炼你的麦克斯韦妖
2020 年 7 月 28 日
19 世紀(jì)后期,著名的英國物理學(xué)家麥克斯韋提出了一個讓當(dāng)時科學(xué)家都頭痛的思想實驗:
假設(shè)有個箱子,里面充滿了氣體,有一些氣體分子運動速度有快有慢,對應(yīng)的溫度也有高有低。按照熱力學(xué)第二定律,隨著時間的流逝,結(jié)果必然是熵增。簡單說就是“有序性”下降,最終運動快和運動慢的氣體分子混合均勻,整個箱子里的氣體保持同樣的溫度。到現(xiàn)在為止,都很好理解。但是,麥克斯韋實驗的關(guān)鍵點就在于他設(shè)置了一個機關(guān)。如果箱子里有一塊隔板,上面開有一個小孔,每次只容許一個氣體分子通過。小孔以活門封閉,活門沒有質(zhì)量也沒有摩擦,所以開閉不需要浪費能量。活門由一個小生物“麥克斯韋妖”看守,每次有氣體分子接近活門,“麥克斯韋妖”就檢查它的運動速度,只容許速度快的分子通過。如此持續(xù)一段時間,隔板兩邊的氣體分子運動速度就有了明顯區(qū)別,運動快的分子密集分布在一邊,留下運動慢的分子在另一邊。對應(yīng)的,兩邊的溫度也就有了明顯區(qū)別。一邊越來越冷,一邊越來越熱。
這樣一來,“熵增”的定律就被打破了,但活門是沒有摩擦的,所以開閉并不需要耗費能量。那么,邏輯的結(jié)論就是——熱力學(xué)第二定律不是客觀規(guī)律。
在后面的幾十年里,無數(shù)偉大的科學(xué)家窮盡腦力,想要解決這個問題:熱力學(xué)第二定律明明是定律,怎么可能不是客觀規(guī)律呢 ?但如果熱力學(xué)第二定律成立,“麥克斯韋妖”的問題又如何解釋呢?
這個問題一直要等到 1929 年,才由匈牙利物理學(xué)家西拉德解決:麥克斯韋妖要完成它的使命,必須具有智慧,在判斷氣體分子是否通過時,麥克斯韋妖需要動用智慧來判斷氣體分子的運動速度是快還是慢,而通過測量獲取信息,這是要消耗能量的。換句話說,這不是一個封閉系統(tǒng),表面上看熵減少了,其實需要源源不斷輸入能量才能做到。
信息這種看不見摸不著的東西,它的測量和處理也需要消耗能量,這是之前大家從來沒想過的事情。不過一旦想通了,許多思路也就順利打開了,“信息技術(shù)”的發(fā)展才成為可能。
比如,如果不理解“處理信息需要能量”,我們就無法理解,“高負(fù)荷運行”的計算機所消耗的能量到底到哪里去了。從機械層面來說,計算機幾乎沒有做任何功,可是它分明消耗了大量的電力,這些電力顯然不是全都用來發(fā)熱了。看過上面的介紹你就知道能量用到哪里去了,信息處理本身就需要能量。
用紅綠燈做例子,可以看的更清楚。
紅綠燈作為路口交通指揮設(shè)施,已經(jīng)有很長的歷史了。它的邏輯很簡單:紅燈停,綠燈行。依靠這樣的邏輯,既可以保證交通安全,也可以提升通行效率。
在最原始的階段,紅綠燈一點不復(fù)雜,定時,比如每兩分鐘切換一次,放行對應(yīng)方向即可。這樣當(dāng)然可以保證安全,只是效率不夠高。東西向車流密度可能比南北向車流密度更高,如果無差別對待,一方面會造成閑置,另一方面也會增加擁堵。不過,這樣的控制邏輯最簡單。
如果控制邏輯復(fù)雜一點,大概可以這樣:東西向車流密度高,所以每次放行時間是兩分鐘,南北向車流密度低,所以每次放行時間是一分鐘。這樣,通行效率就提高了。
如果控制邏輯再復(fù)雜一點,又可以根據(jù)不同時段進行來控制,比如東西向車流早晚高峰時可能每次放行三分鐘,平時兩分鐘,南北向車流早晚高峰時每次放行兩分鐘,平時每次放行一分鐘…
沿著這個思路繼續(xù)下去,紅綠燈的規(guī)則還可以更復(fù)雜,比如分車道控制,比如根據(jù)天氣自動調(diào)整,甚至考慮氣候因素。再往下,把車型、車速納入考慮范圍,根據(jù)消防車、警車、救護車的出動情況動態(tài)調(diào)整,也是可能的。
我們當(dāng)然知道,這樣紅綠燈系統(tǒng)可以越做越“高級”,越做越“先進”。對應(yīng)的,它們需要能處理更多的因素,比如車道、天氣、氣候、車型、車速等等,對應(yīng)的,也需要更復(fù)雜的算法,更強大的計算性能,消耗更多的能量。
從本質(zhì)上說,紅綠燈控制和麥克斯韋實驗一樣,仍然是個“開閉活板”的問題,重點不是去點亮紅綠燈,而是判斷什么時候亮紅燈,什么時候亮綠燈。與麥克斯韋實驗不同的是,紅綠燈控制要解決的問題復(fù)雜很多,所以它的麥克斯韋妖也必須強大很多,供應(yīng)的能量也必須多很多。換句話說,要解決復(fù)雜問題,就必須能考慮足夠多的因素,擁有足夠強的處理能力,供應(yīng)足夠多的能量。
實際上,日常生活中需要面對的大部分問題都是這種類型——重點不是我們需要動用肌肉去做推、拉、扛、搬、抬的動作,重點是形成判斷,作出決策。
那么,如何應(yīng)對更復(fù)雜的局面,得到更準(zhǔn)確的判斷,作出更好的決策呢?簡單說,還是需要輸入足夠多的信息,需要具有足夠強的處理能力。
舉個最簡單的例子,某家 IT 企業(yè)到底應(yīng)該采用哪種編程語言,.NET 還是 Java?這種問題每每在網(wǎng)上引起無窮無盡的爭吵。但是其中許多論點往往沒有任何意義,甚至干脆就是昏招。我見過死守 Java 導(dǎo)致舉步維艱的,也見過盲目切換 Java 導(dǎo)致千瘡百孔的。其實這是個典型的決策問題,關(guān)鍵不在于 Java 和 .NET 誰“本身更好”,而在于你能掌握多少信息,會如何運用這些信息。
要想做出更好的決策,首先應(yīng)當(dāng)找到一系列問題的答案:這家企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)架構(gòu)是什么樣的,有多少技術(shù)債務(wù),技術(shù)團隊是如何構(gòu)成的,當(dāng)?shù)氐娜瞬耪衅甘袌鋈绾危磥砉敬蛩阍?IT 方面持續(xù)投入多少資源,Java 和 .NET 對公司業(yè)務(wù)領(lǐng)域的生態(tài)支持如何…
得到這些答案之后,我們還必須知道,這些答案很可能不會朝向一個答案,很大可能是存在矛盾和沖突的。所以需要有一套信息處理的辦法,才能有效利用所有信息,比如區(qū)分輕重,做出取舍,得到一個最終的判斷。
如果不了解這些具體實際的情況,或者了解了之后無法有效利用,都無法得到一個靠譜的結(jié)論。這時候得出的結(jié)論,往往是空洞蒼白的,是爭論一萬年也得不到結(jié)果的。
偏生,網(wǎng)上的眾多爭論就是這樣的空洞。在知乎常見這一類問題,比如男生被女朋友指責(zé)了一句,然后問大家“現(xiàn)在女生都這樣嗎?” ,既不介紹兩人的情況,也不說事情的來龍去脈,更不考慮在這點上“女生”是否有共性。以如此稀少的信息爭論如此宏大的話題,還往往引發(fā)大把人唇槍舌劍、唾沫橫飛,實在是讓人匪夷所思。
老實說,我以前也喜歡參與這種爭論。但是了解到麥克斯韋妖之后我的觀點就變了,因為這種爭論毫無意義,純屬無聊。麥克斯韋妖的故事告訴我們:不只是“干活”需要出能量,思考也需要能量。如果我們真的想探尋某些問題的答案,首先必須告訴自己“它不是閑庭信步就能了解”,其次需要掌握足夠多的信息,在這之外還需要能有效處理和利用這些信息。
最常見的問題,比如“這家公司為什么要這樣決策”?
大家都知道,公司里決策的出臺往往需要經(jīng)過多方博弈。我們看商業(yè)報道經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn),無論騰訊還是阿里,無論 OFO 還是摩拜,決策過程中都有各種人表達(dá)各種意見,最終的決策反而很可能充滿了個人色彩,甚至是意外因素。只有還原出決策的情境,識別出各種因素,才有可能知道“為什么這樣決策”。我們很難把公司比喻成一個自然人,輕描淡寫地對每項決策說:“公司基因就是如此”,或者“公司的性格就是這樣”。——這不只是偷懶,簡直就是在進行文藝創(chuàng)作。
公司是如此,國家也是如此。
再舉個簡單的例子,1945 年初羅斯福的病情發(fā)展迅速,二戰(zhàn)尚未結(jié)束就匆匆去世了。按規(guī)矩此時由副總統(tǒng)杜魯門接任,許多人都不知道杜魯門是誰,甚至羅斯福當(dāng)年選杜魯門也有“挑一個擺設(shè)”的考慮。雖然杜魯門迅速穩(wěn)定了局勢,但他的價值取向和思路在許多方面與羅斯福截然不同,所以二戰(zhàn)后的國際形勢很大程度上不同于羅斯福之前的設(shè)想,造成了一系列的后果。如今回顧起來,我們也很難把美國比成“穩(wěn)定不變”的人,認(rèn)為它不管做什么都是“性格使然”,或者從一開始就“深謀遠(yuǎn)慮”。
當(dāng)然,國家的情況往往比公司的情況要復(fù)雜很多,所以要搞清楚國家決策的邏輯,也需要掌握更多的信息,有更復(fù)雜的認(rèn)識模型,花費更多的心思——這往往會讓普通人感到“思維過載”。
所以,如今流行的眾多關(guān)于“國際政治經(jīng)濟”的分析,恰恰就是販賣極度簡單的簡單模型,撫平普通人“思維過載”的焦慮:你不用掌握那么多信息,也不用考慮它們之間的聯(lián)系,只需要簡單聽我說個簡單結(jié)論就足夠了。
表面上看起來,這些文章高深莫測,可以揭露出花里胡哨的“真正原因”,仔細(xì)讀,才發(fā)現(xiàn)它們沒有提供足夠豐富足夠具體的信息,甚至諸多基本信息的列舉就是錯的,同時也沒有足夠復(fù)雜的分析模型,今天仍然用三國演義里的“天下”模型去理解兩千年后的國際關(guān)系。
正因為如此,專攻國際關(guān)系的閻學(xué)通教授前一段才在訪談中直斥,現(xiàn)在許多所謂國際關(guān)系分析者“什么都懂”,但是其實“和什么都不懂沒區(qū)別”。他們的分析模型也極簡單粗陋,完全不知道“國家做事不是全為了錢考慮的,很大一部分都不是為了錢”。
閻教授沒有說的那部分其實也很清楚:國家行為自有其行動的框架和考量,哪怕是同一個國家,在不同時間、不同問題上,行動框架和考量也是可能變化的。所以要想知道“真正的原因”,不搞清楚參與各方的考量和收到的信息,以及各方的行動邏輯、取舍依據(jù)、約束條件,是不可能有答案的。“(否則)只能說像下棋,人家下的那棋你看不懂,水平不到,下不了”。
對,有些文章的“段位”稍微高一點,會夾雜一些材料來“佐證”。不過仔細(xì)看,這些邊角料許多都是“大而化之”的故事,比如某人歷史上說過一句什么話,或者刊登某人言論的雜志之前發(fā)過一篇什么文章,其實與真正討論的核心對象沒有直接的聯(lián)系。
這種做法頗能迷惑一部分人,但認(rèn)真想想就覺得好笑:你家里空調(diào)比之前費電了,于是這些作者舉了一大堆例子和數(shù)據(jù),告訴你全球變暖是歷史趨勢,然后就一口咬定“全球變暖就是你家空調(diào)更費電的真正原因”。這種套路看似提供了更多信息,其實是摻沙子的伎倆而已。它們欺負(fù)的是讀者信息處理能力不夠,多混雜一些信息就暈頭轉(zhuǎn)向,只能乖乖跟著作者走。
所以話說回來,不管是“國際政經(jīng)”還是別的問題,如果你真的想解決它們,真的想探究背后的真相,都應(yīng)當(dāng)做到:第一要掌握足夠多足夠確切的信息,許多時候這離不開平時的積累,第二要有足夠強的辨別能力,確保不相關(guān)的信息沒有造成干擾,密切相關(guān)的信息沒有被忽略,還要有足夠強的分析能力,能分清楚各種因素的重要性和影響力。
在此之外,也別忘了處理信息絕對離不開輸入能量——有質(zhì)量的思考一定是累人的,要想在閑庭信步之間“洞悉世界大勢”,這是癡人說夢。
那么,這不會讓人累死嗎?放心,它不會的。
簡單說,每個人的大腦里都住著自己的麥克斯韋妖,經(jīng)常鍛煉它,它的行動就更敏捷,肢體也更強壯。一旦你的麥克斯韋妖足夠敏捷,足夠強壯,就有能力解決復(fù)雜得多的問題。對羸弱的麥克斯韋妖而言,把氣體分子分為快慢兩類可能就手忙腳亂、左支右絀了;而對強壯的麥克斯韋妖來說,按速度劃分成幾十個甚至幾百個檔次,把各檔氣體分子分到不同的區(qū)域,也絲毫不在話下。
這些年我逐漸覺察到,自己可以接受世界上同時存在著許多不同甚至彼此沖突的現(xiàn)象,明白世界遠(yuǎn)遠(yuǎn)比想象的要大要復(fù)雜,也放棄了拿著少數(shù)幾條“根本規(guī)律”來評判一切、殺伐四方的做法。
于是,“萬事萬物無不為自己利益考慮”之類“通行的道理”,在我看來已經(jīng)毫無意義。確實有一些人做一些事就不是為了自己利益,而且即便為了自己利益,不同人在不同階段、不同情勢下認(rèn)定的“利益”也不相同。當(dāng)舌燦蓮花的事后諸葛亮固然輕松,花心思去探明真相也并非毫無樂趣。而且探究得越多,再遇到同類問題也就會越快、越準(zhǔn)確得到答案。
這,大概就是鍛煉麥克斯韋妖的收獲吧。
總結(jié)
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