《信息簡(jiǎn)史》導(dǎo)讀(第6期)

我還活著!
哈哈,大家是不是以為這個(gè)導(dǎo)讀已經(jīng)半途而廢了?不,我一直在想著,只是一直沒(méi)有時(shí)間去寫(xiě)。這讓我的心情很沉重,聯(lián)想到我太多太多一開(kāi)始雄心勃勃到后來(lái)無(wú)果而終的事情,愈加羨慕那些能夠堅(jiān)持做一件事情的人們。不論如何,這個(gè)導(dǎo)讀我會(huì)寫(xiě)完!即使可能拖得長(zhǎng)一些。
我曾經(jīng)寫(xiě)過(guò)2016年的讀書(shū)總結(jié),眼看2017就要過(guò)半了,估計(jì)今年的讀書(shū)量肯定低于去年了,回歸工作和家庭之后,讀書(shū)的時(shí)間少了很多。搞個(gè)讀書(shū)會(huì)的初衷,也是逼著自己多讀書(shū),但現(xiàn)實(shí)有些差強(qiáng)人意,咋辦?其實(shí)也虧了這個(gè)讀書(shū)會(huì),只我自己的話,肯定又不了了之了。

言歸正傳吧。

第12章 認(rèn)識(shí)隨機(jī)性(僭越之罪)

這一章讀起來(lái)挺痛苦的。但是我前面說(shuō)過(guò),過(guò)了第9章,就一路歡歌了,是不是打臉了?

不要被這一章所嚇倒。文字難讀,道理其實(shí)不難理解,關(guān)鍵是跟第9章建立聯(lián)系。第9章解釋“熵”,其實(shí)就涉及了隨機(jī)性,隨機(jī)狀態(tài)其實(shí)就是最混亂的狀態(tài),也就是信息量最大的狀態(tài)。

這一章之所以命名為認(rèn)識(shí)隨機(jī)性,其實(shí)就是在第9章的基礎(chǔ)上,讓我們對(duì)隨機(jī)性有一個(gè)更深刻的認(rèn)識(shí)。我們往往認(rèn)為隨機(jī)就是亂七八糟,是最沒(méi)有價(jià)值的東西,是最不值得一提的東西,第9章讓我們認(rèn)識(shí)到了隨機(jī)性與信息的重要聯(lián)系(也就是這一章326頁(yè)黑體的“隨機(jī)程度如何與含有多少信息其實(shí)是同一個(gè)問(wèn)題”),這一章則讓我們對(duì)隨機(jī)性心生敬畏。括號(hào)里的“僭越之罪”點(diǎn)破了這一目的,從這個(gè)意義上講,隨機(jī)性是人類思維難以企及的——先不說(shuō)認(rèn)識(shí)和揭示隨機(jī)性的本質(zhì),單就制造真正的隨機(jī)數(shù)而言就是難以做到的——這能不讓人對(duì)隨機(jī)性心生敬畏么?

P323頁(yè)講到一本書(shū)的名字叫《一百萬(wàn)個(gè)隨機(jī)數(shù)字》,這也許是人類迄今為止制造的最大規(guī)模的隨機(jī)數(shù)序列,盡管人類為此費(fèi)盡心機(jī),它依然不符合理論意義上嚴(yán)格的隨機(jī)數(shù)!這的確算得上一本奇書(shū),最奇的是,它可能是“越校對(duì)越不好”的唯一的一本書(shū),因?yàn)榫庉嬤^(guò)程中的錯(cuò)誤,相比這些隨機(jī)數(shù)的制造過(guò)程而言,更接近嚴(yán)格意義上的隨機(jī)!

《一百萬(wàn)個(gè)隨機(jī)數(shù)字》封面

我懷著好奇加崇敬的心情,在亞馬遜上搜了一下,發(fā)現(xiàn)這本書(shū)現(xiàn)在依然在售。看了幾條評(píng)論,也非常有意思,摘錄如下:

A very engrossing book with historical importance, it keeps you guessing until the end.

還有更好玩的:

I can't understand all the negative reviews! This book literally contains everything I could ever ask for in a book. Recipe for spanokopita? Check! Name of every person ever born? Check! Next week's powerball, bingo, MLB, and NASCAR results? Check! By randomly combining and recombining the contents at random, I have read the works of Shakespeare, Harry Potter 8: the Tomb of Crying Stilton (to be released in 2014), the Bible AND the REAL Bible. I threw out my other books when I realized I could just jump around in this book and derive any other book I wanted. I think Borges wrote a story about this, but it's taking me a while to find that story in my book. I did find some steamy erotica this morning, though, so who's complaining?

這其實(shí)說(shuō)出了跟第9章類似的意思:隨手扔一支粉筆在黑板上,完全有可能寫(xiě)出一句莎士比亞的十四行詩(shī),只不過(guò)概率極低,但你不能否認(rèn)它不存在。

馮·諾伊曼承認(rèn):“當(dāng)然,任何考慮用算術(shù)方法來(lái)生成隨機(jī)數(shù)的人都犯下了僭越之罪。因?yàn)椋缫呀?jīng)被多次指出的,不存在一個(gè)隨機(jī)數(shù)這樣的東西——有的只是生成隨機(jī)數(shù)的方法,而一種嚴(yán)格的算術(shù)方法顯然不屬于其中之一。”(P324)

其實(shí)這就是這一章的核心思想。我們可以不用深究關(guān)于隨機(jī)性的高深理論,但也許思考這樣一個(gè)問(wèn)題更有趣:

這一章和《信息簡(jiǎn)史》這本書(shū)的主線“編碼”是什么關(guān)系?

我的理解是:對(duì)隨機(jī)性的深刻認(rèn)識(shí),讓人類意識(shí)到“編碼”對(duì)于信息處理的局限性。

古希臘的畢達(dá)哥拉斯學(xué)派認(rèn)為“萬(wàn)物皆數(shù)”,香農(nóng)的信息論則建立了數(shù)學(xué)這一“形而上”的學(xué)科與物理這一關(guān)于物質(zhì)世界的學(xué)科之間的一致性聯(lián)系,可謂是把畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的理想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí),由此開(kāi)啟了信息社會(huì)的新紀(jì)元。更有道金斯等人,將生命也與信息建立了聯(lián)系,似乎不僅是整個(gè)物質(zhì)世界,連生命世界也全部被統(tǒng)一到“信息”——實(shí)質(zhì)即編碼——的完美世界之中。這場(chǎng)景,簡(jiǎn)直就是《圣經(jīng)》中描繪的通天塔——巴別塔——即將建成的feel!

此時(shí),只聽(tīng)上帝一聲冷笑,小樣兒!

其實(shí),是哥德?tīng)柼嫔系郯l(fā)出了這樣一聲冷笑。

庫(kù)爾特·弗雷德里希·哥德?tīng)枺↘urt Friedrich G?del,1906年4月28日-1978年1月14日),該照片攝于1925年。

這個(gè)長(zhǎng)得有點(diǎn)像哈利波特的奧地利裔數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家和哲學(xué)家,用他的“哥德?tīng)柌煌陚湫远ɡ怼苯o了人類自信心一個(gè)極大的打擊。

對(duì)哥德?tīng)柌煌陚湫远ɡ淼囊粋€(gè)人話解釋是:

一個(gè)包含自然數(shù)的體系下,存在著一個(gè)問(wèn)題,在該體系的基礎(chǔ)公理下永遠(yuǎn)也不能證明該問(wèn)題是對(duì)的,同時(shí)也永遠(yuǎn)無(wú)法證明該問(wèn)題是錯(cuò)的。

這個(gè)可能很容易讓人聯(lián)想到量子力學(xué)中的“不確定性原理”,過(guò)去國(guó)人有一個(gè)很萌的翻譯叫“測(cè)不準(zhǔn)”原理,人話版本就是“不可能同時(shí)知道一個(gè)粒子的位置和它的速度”。

如果說(shuō)量子力學(xué)的“不確定性原理”讓人類意識(shí)到也許我們無(wú)法準(zhǔn)確認(rèn)知物理世界,哥德?tīng)柕牟煌陚湫远ɡ韯t讓人類即使是在完全由自己的心智建構(gòu)的數(shù)理邏輯世界中也喪失了確定性,這對(duì)人類自信心的打擊可想而知!

量子力學(xué)的“測(cè)不準(zhǔn)”是理論的,而非是由當(dāng)前技術(shù)的局限造成的,這就好比說(shuō),一個(gè)人先天沒(méi)有腿,跑步的夢(mèng)想對(duì)他來(lái)說(shuō)永將是夢(mèng)想,這是極其殘酷的。同樣道理,借助于計(jì)算機(jī),人類成功征服了諸如“四色地圖”這樣的曾經(jīng)的數(shù)學(xué)難題,于是乎不免雄心勃勃地設(shè)想在計(jì)算機(jī)的幫助下去征服所有數(shù)學(xué)難題,哥德?tīng)柖殿^一盆冷水,證明了存在一些無(wú)法證實(shí)亦無(wú)法證偽的數(shù)學(xué)命題,那么,像哥德巴赫猜想這樣的“數(shù)學(xué)王冠上的明珠”,對(duì)人類來(lái)說(shuō),是否永遠(yuǎn)都是夢(mèng)想呢?

不僅是數(shù)學(xué)定理,有些數(shù)本身就是“不可描述”的,更準(zhǔn)確的說(shuō)法叫“不可計(jì)算數(shù)”。

本章反復(fù)提到了π,到目前為止并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)構(gòu)成它的數(shù)字呈現(xiàn)出任何模式或規(guī)律,這看起來(lái)已經(jīng)是非常“隨機(jī)”的了,既然這樣,那本《一百萬(wàn)個(gè)隨機(jī)數(shù)字》干嘛不改成《一百萬(wàn)位圓周率》呢?

這正是因?yàn)椋惺强捎?jì)算的,從這種意義上來(lái)說(shuō),只要有足夠的時(shí)間,任何位數(shù)的圓周率都是確定的,所以這種意義上來(lái)看,π一點(diǎn)都不隨機(jī)!

難道還有不可計(jì)算的數(shù)?

本章開(kāi)頭的那個(gè)孩子——格雷戈里·蔡廷,就是不可計(jì)算數(shù)的提出者。

格雷戈里·蔡廷Gregory Chaitin (1947-)算法信息論創(chuàng)始人

就在1975年,蔡廷研究了一個(gè)很有趣的問(wèn)題:任意指定一種編程語(yǔ)言中,隨機(jī)輸入一段代碼,這段代碼能成功運(yùn)行并且會(huì)在有限時(shí)間里終止(不會(huì)無(wú)限運(yùn)行下去)的概率是多大?

他把這個(gè)概率值命名為了“蔡廷常數(shù)”(Chaitin's constant)。這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)不可思議,但事實(shí)上確實(shí)如此——蔡廷常數(shù)是一個(gè)不可計(jì)算數(shù)(uncomputable number)。也就是說(shuō),雖然蔡廷常數(shù)是一個(gè)確定的數(shù)字,但現(xiàn)已在理論上證明了,它是永遠(yuǎn)無(wú)法被求出來(lái)的……

不要以為到此就為止了,蔡廷常數(shù)雖是不可計(jì)算的,但它仍然是可定義的

那么,誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)“不可定義數(shù)”(undefinable number)呢?答案是,從沒(méi)有人發(fā)現(xiàn)過(guò)不可定義的數(shù),以后也不會(huì)有人找到不可定義的數(shù)。因?yàn)椴豢啥x數(shù)是無(wú)法用語(yǔ)言描述的,我們只能用非構(gòu)造的方式證明不可定義數(shù)的存在性,但卻永遠(yuǎn)沒(méi)法找出一個(gè)具體例子來(lái)。

這一章是很“毀三觀”的,當(dāng)然,如果你的三觀已經(jīng)被量子力學(xué)毀過(guò)(我是在讀《上帝擲骰子嗎?》這本書(shū)時(shí)被毀的),那么再毀一次也就無(wú)妨了。從小接受的唯物主義可知論的教育,也曾天真地認(rèn)為世界是可以被認(rèn)識(shí)的,現(xiàn)在,我越來(lái)越傾向于不可知論了。

科學(xué)總是不斷發(fā)展的,科學(xué)理論也是被不斷推翻和修正的,這是科學(xué)的本質(zhì),也許隨著科學(xué)的發(fā)展,現(xiàn)在的未知會(huì)變成已知,現(xiàn)在的已知也會(huì)變成新的未知,但不論如何,人類在宇宙面前永遠(yuǎn)應(yīng)該保持謙卑和敬畏的姿態(tài),畢竟我們太渺小啦!

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