從「隨機」的概念看科學對人認知的局限

尋泉


【正見網2026年08月28日】

引言

人類在文明的發展中奠定了認知世界的方法和觀念,從而在遇到各種事物時能夠有相應的理解和對待方式,造就了人這種生命形式。

宇宙極盡複雜玄妙,人所能感知的只是淺淺的一點;但人的思維是一套完整而自洽的系統,在觀察到從無盡的迷與繁雜中表現出來的些許現象後,也必須構建起來清楚的認識,能夠感覺上合理,說服自己。尤其隨著近代學術文化的繁榮和自信,人們已經把這套認知體系充實到了很豐滿的程度,複雜而權威;然而,畢竟人類處在迷中,上天也不允許人知道更多,所以這套認知體系在構建中產生了自我封閉的作用,主動地抑制超出這個迷的範圍的思想認識,並使人形成一種不自知的認知邊界,把自己固定在現有思想中且感覺上已經完滿。

筆者發現,人對於「隨機」這個概念的認識是這種模式的一個很有代表性的例子。人的理性思維是確定性的邏輯過程,一步推出一步,是必然的,想多少遍都是在加深同一個結論;而人認為隨機的事情,必然是包含了人認知之外的因素。比如說數學,這是人理性思維所造就的方法,都是絕對的、單一的邏輯結構,就像有句話說「真相只有一個」。問手頭的一個數學命題為何成立,通過推導能一路回溯到早就知道的基本公理,整個數學體系之樹從根到葉都是這種形式。筆者從小學習數學,早已習慣於此;然而卻在學習「機率論」這門課的時候遭遇了認知的衝擊——「機率」這個概念如同無根之木、無源之水,插進了本來早已熟悉的知識系統中。這種隨機和機率的概念來由不是數學所及,但整個機率論的學科又都是基於此而構成。

一般而言,人理解的隨機是指在已知的條件下無法推測事情的確切結果,而只知道可能得到哪些結果,以及一定的規律。不確定的事情和確定的人類思維,正好通過「隨機」的概念連接起來。雖然無法推測結果,但類似的事情發生多了可以找到一定的規律,從而納入「機率」的認知範疇,繼續用邏輯來分析,比如可以知道出現各種結果的機率。就這樣,許許多多人無法預測的事情,都被稱作隨機事件,在人認知世界的知識庫中放好了位置,得到理解和利用。這樣的位置,正好處在了人類的認知邊界,但又因為有機率的表現,不算完全的「未知」,讓人在思考時拐了回去,逐漸忘記了自己未能突破的邊界,形成的思維習慣正好產生了自我封閉的作用。

生活中的認知

舉一個最經典的例子,人們常用拋硬幣的方式來創造一種「公平」的安排。比如體育比賽時哪方在哪邊場地、有一個機會讓兩人中的哪個得到,人們選擇拋一次硬幣,以得到的隨機結果來決定事情的安排。因為硬幣對稱的形態,拋出正面和反面的可能性相同,也就是正好各一半的機率,人的觀念認為這樣兩方的條件是對等的,是公平的。從數學的角度來說,其表現是在拋硬幣的事件發生次數趨於無窮多時,總共得到正面和得到反面的數量比例趨於一比一。人所知道的只是這個統計的特性,因而用於規則中,這樣統計上會得到趨於均勻的分配,符合了對公平的要求。

但是人們並不滿足於僅僅認識到這種安排是公平的,對最後的結果還想去思考認識。比如有一個人代表隊伍拋硬幣或者抽籤,結果是沒抽中好機會,損失很大,其他隊員自然想埋怨、責怪他。但是大家也知道,他自己根本上也無能為力,也控制不了結果,那責怪他也不合理;可大家確實損失了,責任應該在誰呢?不知道。當然理性成熟的人不會執著於這個問題,而把這種情況理解為「運氣差」,看成是一種偶然因素、自然結果。也就是說人的認知在「運氣」的概念上止住了,很少再深究。因為人認為這類事無法推測結果,也無法理解原因,所以也就習慣於到此為止了。

這樣的理解方式,正好就在前文所說的認知邊界之處。而「運氣」「偶然」等概念正如一個牌子擋在出去的路上,寫著「此路不通」。如果想要認識宇宙的真相,那我們就不能再習慣性地忽略這個牌子後面的廣闊天地了。當然,在豐富的人類文明中不乏各種對真理的探索與追求,其認識方式也相去甚遠。

科學中運用「隨機」

以現代人類在科學的基礎上建立的世界觀探究,如何認識「隨機」概念背後的實質?如前文所述,之所以稱為隨機是因為事情的結果無法被推測。自然科學的理論追求找到物質運作的普遍、底層規律,從而把整個世界納入人的認知模型中,這種模型自然是確定性的邏輯,一般不存在隨機的因素(這裡從經典物理的角度討論,不考慮量子力學等)。所以通常在科學上討論隨機的概念,相當於是使用一個唯象的工具,或者說相當於近似的方法,對於相對困難、不方便從根本機制入手分析的問題,尋找其統計上的規律,用機率的方法得到一些夠用的結果。

舉一個簡單的例子:平衡態理想氣體的壓強問題。處於靜止穩定狀態的氣體對其中的物體施加著恆定均勻的壓強,現實中顯然如此,就比如地球表面一切物體都處在很大的大氣壓強之中,但因為是全方向均勻的,所以又感受不到力的作用。人想找到這個壓強大小的規律,但是微觀上來看事情卻很複雜:組成氣體的大量分子稀疏地隨機分布在空間中,各自有著不同的位置、運動方向和速度,非常散亂,它們在自由運動中不斷地撞擊著物體表面而反彈,從而產生了這種宏觀上的氣體壓強。

這些分子的運動過程都是以微觀上可以確定的物理規律進行的,但因為其極其龐大的數量,每個分子的瞬時狀態各不相同,實際問題中根本無法逐個研究所有分子的運動;但因為都是同類的分子處於同樣環境,可以把單個分子的運動視為隨機過程,而討論所有分子的統計規律,也就是它們的共性。這樣一來,只要知道單位面積的物體表面被氣體分子碰撞的平均頻率,乘以平均每次碰撞傳遞的衝量,就得到了壓強的大小,而不用管哪個分子如何碰撞。顯然,在其他條件不變時,容器壁被氣體分子碰撞的頻率正比於氣體分子的密度,也就得到了宏觀的規律——氣體的壓強正比於氣體的密度;還有許多其他符合宏觀實驗現象的結論。其中碰撞的頻率、每次碰撞傳遞的衝量等,都是取統計平均值;更深入的規律需要基於統計力學的理論得到。

像這樣,通過統計的方式處理複雜系統,找出整體表現出的簡單規律,是科學方法中的一個很重要的部分。在這類問題中,最後得到的宏觀規律以統計平均的方式消除了微觀上隨機過程的不確定性;所以雖然實質上是能力有限的妥協,但得到的結果常常正好是研究中所關注的表現。在這樣的理論模型中,「隨機」正是代表著那個複雜而無法分析清楚的部分。

普遍存在的宏觀隨機性

然而,以自然科學的理論體系認識我們所處的世界,會發現很多事情並不像剛才氣體壓強的例子一樣。眾多的宏觀現象雖然有著確定的微觀演化規則,但宏觀的演化結果對局部細微條件非常敏感,數學上無法抹平系統中微觀因素的隨機性,所以難以找到明確的宏觀規律;這種情況被稱為「混沌現象」。

還是以氣體為例,這次讓它流動起來,產生氣流掠過物體表面,事情就變的很難辦了。物體附近的氣流受到其拖滯,速度變慢,這樣會和更遠處的氣流流速有差距。只要這個差距不是很小,流動的氣體中隨機的微小擾動就會激發出宏觀上翻湧著的亂流,被稱為「湍流」現象。尤其在物體的背風面,風被阻擋,流速差很大,流動可能非常混亂。讀者如果注意過河流中流過礁石木樁等障礙物後的水面,所看到就是這種湍流。除非這氣流是數學上理想的絕對均勻平穩的連續體,不包含任何擾動,物體也非常規則,才可能永遠板板正正平順均一地流過去。

這種湍流的流動方式具有很大的隨機性,宏觀上就表現出混沌的狀態。雖然是由確切的流體運動方程所描述的,但宏觀上的運動卻是由氣流中微小的擾動所放大產生的,若想要完全確定最後的流動方式,則理論上要回溯到微觀分子級的隨機運動情況才能做到。也就是說,這種湍流的隨機性來源於微觀的複雜運動狀態,科學上通過宏觀信息無法確定地推測其行為。

推而廣之,所有的混沌現象都是這樣,由極度複雜而無法推測的因素主宰了最後整體的結果,所以也被視為隨機現象。就這樣,代表著超出認知之外,未知因果,確實無法研究的「隨機」的因素,就這麼堂而皇之地呈現在了眼前,甚至主宰著很重大的事件。比如氣象學中著名的所謂「蝴蝶效應」,就是說重大的天氣變化對初始擾動非常敏感,甚至一隻蝴蝶翅膀的扇動就足矣。而天氣變化又能給自然環境、人類社會帶來巨大的影響,尤其是極端的氣象災害,可以給人類物質文明帶來破壞性的衝擊。

科學認知文明歷史的困難

這樣一來,從現代科學的認識上看,每個人的生命走向和經歷,自然界和人類的文明歷史,都是由巨量的混沌過程所成就,根本上就都視為隨機的、無法認知和理解的了。自然界的現象是這樣,社會事件更是如此:比如一個重要的歷史人物,如果他在某場險境中沒有活下來而是不幸去世了,之後的歷史恐怕會差的很多;而許許多多的歷史人物都有這個問題,這樣歷史的發展也相當於是一個混沌的過程。

有一個極端的例子:在蘇聯和美國冷戰期間,雙方常年處在高度的彼此軍事戒備的狀態中,部署了大量的核武器。一旦雙方因為偶然因素髮生交戰,一方攻擊另一方時可能遭到更大報復,最後很可能導致全面的核戰爭。期間出現過一些非常危險的事件,都幸好有當事人主動的抑制才使局勢免於落入危險中。比如在古巴飛彈危機期間,在高度緊張的局勢下幾天內發生了多起非常危險的事件;其中最嚴重的是一艘蘇聯潛艇被美國艦艇持續追蹤,誤以為雙方可能已經開戰,以至於一度考慮發射核魚雷攻擊。還有一個很著名的案例是在1983年,蘇聯的衛星預警系統突然報警,探測出美國發射飛彈進行攻擊,值班軍官主觀上決定視為系統錯誤不予上報,否則軍方有可能決定立即發射核飛彈反擊;結果確實是誤報,後來研究發現是雲層反射陽光導致的特殊情形。這些事件的走向取決於表現的非常隨機偶然的突發情況和個人決策,但卻對應著核戰爭發生與否這麼龐大的不得了的結果,不可不謂之驚人。

人的思想如何產生,如何做決策,這個問題相當的深奧,科學的認識也是非常有限的。現代生物學一般認為意念活動就是生物複雜的神經系統工作的結果;而龐雜的大腦如何整理總結出一個簡明抽象的思想決策,根本上還研究不清,恐怕只能理解成很難準確分析的隨機性很強的過程。所以對於這些由人主觀決定的重大事件,人們更是只能構想種種的「如果」,而沒有根本上的因果法則可言。

所以說,從科學的方式來認識時,不只是某一次拋硬幣的失敗說不出是誰的責任,而是會發現整個世界越深究越找不到意義,越特定的事情越無法理解。基礎科學尋找到了這個物質空間確定性的基本規律、運行機制,卻另一方面對人在自己的文化和生命中真正重要的因素沒有任何解答和認知。所以人們也發現了,雖然現代科學很發達,但它不能夠給人建立完善的世界觀和價值觀,現代人產生的各種觀念實質上也不是科學,而只是受科學和技術發展的影響下人類文化中產生出來的心理。但同時很多人又在對科技的迷信中誤以為科學能夠造就現代人成熟的認知體系,從而落入了精神文明的膚淺與空虛之中而不明原因。

「隨機」概念的溯源

當然,科學雖然主導了現代社會的文化,也只是人類文化中的一小部分。只要有人類文明,就層出不窮地有探索宇宙真理的人物與思想產生,在各種背景下豐富了人類的思想史,奠定了人類文明發展到今天深刻而全面的文化體系。雖然從科學的角度來看,好像只有在近代隨著科學的發展,人的思想才開始甦醒活躍,走出懵懂而開始探知我們這個物質世界的規律和法則;但這只是科學認識到的一個面,在另外的方面,科學上沒有認知,也就意識不到其成就與輝煌。    

關於「隨機」的概念所對應的問題,尚未形成科學觀念的古人會怎麼理解?其實,「隨機」一詞的當代含義是近代科學中產生的,是如前文所述的這套分析方式所用的概念;在此之前根本沒有準確表達這種概念的詞語,人的思想中也沒有明確的這種認知。人們可能用「偶然」、「恰巧」、「任意」等詞來描述這類情況,但其內涵不同;這些詞只是指並非當事者主觀上的掌控而是自然發生的,沒有涉及用機率統計取代難以逐個分析的數學方法,也沒有表示無可預知的意思。

其實也就是說,傳統的文化中並沒有現代科學的這種「隨機」的概念,專指偶然事件的不可知性和統計規律性。而「隨機」一詞的原意,則是指隨著「機」,也就是說符合、順應當下的機緣、機制等,恰恰和現代表示無法推理的含義相反。但是,如果說把所研究的科學問題中視為隨機的結果看成宇宙自然的機制所成就,那麼人在數學模型中考慮這種因素,也正是在符合這個機制,不又正是對應了「隨機」之意嗎?所以其實追究下來,「隨機」根本上所代表的,不是絕對的不可確定,而是這個人理解不清楚的所隨之機。

傳統的認知方式

過去人的思想更簡樸,沒有現代的「隨機」概念,在認知邊界上沒有那麼強大的障礙攔住向外的道路,所以更容易去自由地思考這些偶然事件背後的機制是什麼。前文所述的科學認識上最後走向空虛,也正是因為認識被限定在這個邊界內,局限在這一層面中,所以不能包涵更深的問題。顯然人類絕不會把這宇宙中宏觀上的眾多事件都視為偶然無意義的,那麼如果人的思維要自洽,則必然要超出科學方法和認知的範圍。

既然這個宇宙的宏觀表現應該有其規律和法則,是可以理解的機制,這種規律肯定不在科學所認識的層面,才能超出這無處不在的混沌的未知,而把這一切納入邏輯因果之中。傳統文化中人們普遍認為許多事情的發生是有安排的定數,即便是表面上非常偶然的事件,也是特定的安排和命運。如果是這樣,那事物的運作法則必然不如科學已知的那麼簡單。科學只能認識到基本物質有簡要而明確的物理法則,以此積累構建複雜的宇宙;而實際上從基礎到複雜,從微觀到宏觀,不同層次都有著清晰的規律,每個層次都有其法的存在。

具體而言,比如佛教中講業力輪報,人做了好事或壞事會得到相應的善報或惡報,存在一種得與失的平衡;還講因緣關係,過去的緣分會帶來現在的命運安排。所以有信仰的人遇到好事壞事,或者怪事時,能夠不執著於「走運」、「倒霉」或「奇怪」,放下悲喜與驚恐,而冷靜思考造就這些表面上偶然的事情的因果機緣。

在西方宗教中,人們講個人的命運或大的事件都是神的安排,蘊含神性的因素,所以凡事以誠敬之心認真對待。再比如,儒家強調「天命」的概念,《論語》中有「不知命,無以為君子也」,《中庸》首句是「天命之謂性」,還有許多名句如「盡人事,聽天命」。「命」的概念包涵了上天賦予人的本性與責任,以及對人生命運的認識;這些思想認知使人不再迷茫蒙昧,理性認識到自己的生命在精神層面的意義和目標。

前文談到人類歷史的混沌表現,提到重要人物人生進程的隨機性問題,這裡舉一個對應的具體例子:唐太宗聽說了後來武則天取得皇位的預言,召見李淳風問其情況。李淳風回答說這個人已經在宮中了,三十年內將得天下,並誅殺皇室子孫。唐太宗問,如果現在把可能是她的人先殺了,怎麼樣?李淳風說,天命已定,無法改變,這樣還會傷及無辜;即使真能殺了這個人,她也還會轉生,將來年輕時稱帝,更為狠毒,為報仇將把皇室子孫殺盡;相反就現在這樣的話,結果還要好得多。於是李世民就放棄了干涉此事的想法。

從李淳風的回答中理解,身份尚普通的年輕武則天若是死去,並不能如常理所認識的一般,使後來的變故完全消失,而是仍要按照命運的安排稱帝,只是因為這種變故帶來一些有限的變化。也就是說,在天命的安排下,原本在常理中表現得混沌的事情實際上整體來看不是混沌的,有清晰的因果規律。

如果人類的整體狀態乃至每個人的命運都是由上天安排和掌控的,在人不知道的層面中宇宙的法則會實現善惡有報的規律,那麼這些偶然的事根本上就不是科學意義的隨機,而是由邏輯明確但不能展現給人的天機運作所成。雖然因為人不能真正探知,所以永遠有迷的存在,但人世間大概就是這樣,不可能都像科學研究般探明一切。這樣認識的話,人能夠在理性上構建一個完整的世界觀,免於陷入精神的空虛和頹廢之中,並找到自己生命的價值與目的。

結語

總而言之,人對「隨機」的認識實際上是一種固定的思維模式,把思想限定在了通常的認知範圍內而忽略未知的因素。從科學的角度上仔細分析,「隨機」的概念用於指代不可測的因素,用於數學方法中幫助處理科學問題;但是從此分析發現混沌現象所對應的宏觀未知性,根本上無法理性認識世界,明白事情的因果和意義。其實,自古以來人類對這些問題已有豐富的理性認識,只是現代科學存在局限,無法理解和證實這一切,使現代人因為對科學的執著而對其存在排斥心理。

人類文化在完善中產生的這種自我封閉性,隨著對科學的執著與依賴,會陷入一種精神文明的約束和退步中,「隨機」這個概念對應的問題就是一個突出的表現。所以,人如果想要健全對宇宙和生命等深刻概念的理性積極的認知,則需要在思想上超出這種局限,理性地看待科學而不受其所迷。

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