请君入瓮

“五右卫门浴桶”(五右衛門風呂)是日本江户时代流行于民间的一种简易的洗浴设施(图1)。在铸铁锅下生火,铁锅边上用木板箍成浴桶壁,其中加水;人就直接站在其中洗澡。

图1 「五右衛門風呂」

这种设施虽有诸多缺点,但因为较为节能、原理简单、制造与组装简易,在当时的日本广泛流行。相传“五右卫门浴桶”得名于安土桃山时代的大盗石川五右衛門。五右衛門作恶多端,被豊臣政权逮捕后,被处以釜烹之刑,「五右衛門風呂」才由后人借此典故命名。本来这个浴桶的名字我是想译成“铁锅炖自己”的。但是想了想,“请君入瓮”可能更符合酷刑这个由来典故(尤其是与本文的“常识陷阱”这一主题更加贴切)。

我们要讲的第一个故事是两个缺乏“常识”的笨蛋和这五右卫门浴桶的故事。在这之前,我们先抛开理解这个故事所需要的“常识”,用逻辑推断出我们所需的一切知识。

大家知道,铸铁的导热性能非常好。五右卫门浴桶的下方,用于加热的柴火直接接触铸铁,如果人赤脚下去,势必被铸铁烫伤。因此,我们需要给这个浴桶加一个“桶底”,让人不至于直接接触锅底。
但是如果加了(相对来说绝热的)桶底的话,水的对流会被阻碍,加热的时候热量就只能停留在桶底与铁锅之间,无法通过热对流传到桶里。能不能把这个桶底设计成活动型的,在人进去之前是打开的、人进去之后才盖在锅上呢?
当然可以。我们可以放一块木板在中间,称为桶的“底板”。当有人时,人的重量将底板压在锅上,使人不至于被锅烫伤;当没人时,底板漂浮在水面上,使得桶里的水可以通过热对流被均匀加热。真是伟大的发明!好耶!

大家现在已经知道了五右卫门浴桶中最关键的结构——底板的原理和实现(这个关键结构我在最初介绍这个锅的时候完全没提,不知道大家有没有事先想到)。下面就可以听故事了。

落魄富家子弟弥次郎兵衛和失业佣人喜多八结伴旅行东海道,某日来到了小田原并住进一家旅店。旅店提供的洗浴设施正是这个“请君入瓮”。弥次和喜多二人长年生活在江户,并没见过五右卫门浴桶。他们看到一个热水桶上面漂着一块木板,理所当然地把这块木板当成了盖子,于是便将木板取下,直接进入桶中,因而被烫伤。二人于是决定穿着木屐进去。这一下可不得了,锅底被木屐的齿踏坏了,二人羞惭万分。

对于已经知道底板这个“常识”的我们,弥次喜多的行为固然好笑。然而在他们看来,思考链条上的一切环节似乎都是正确无误的,只不过他们的出发点是另一种不同的“常识”。一个桶上面漂着一块板,如果不经过我们前述的整个逻辑推断,谁能想到那竟然是“底板”而不是“盖子”呢?谁又能想到“脚被烫伤”和“取掉盖子”这两件毫不相干的事情之间的关系呢?脚被烫伤之后尝试穿着木屐进去,不也是理所当然的办法吗?

这篇文章要讲的就是“常识陷阱”。之所以要拿出来水一篇文章,是因为生活中这种思维误区实在太常见了,而很有趣的是旁观者通常会觉得陷入思维误区的主角很傻,谁都认为自己不会蠢到犯同样的错误;然而真正犯的时候却丝毫未察觉,直到遭受严重笋丝才发觉自己错了。

第二个故事是我自己的故事(也是我写本文的直接原因)。

我第一次尝试雌二醇贴片,之前我连雌二醇贴片(以及其他一切跨皮贴片)长什么样都不知道。因为不会泰文,所以没看说明书正面,只把背面的英文看了看,最终也没有发现这个贴片怎么用的图示。

图2 打开包装之后

我打开包装,包装里有个透明的多边形塑料片和一个方形的像中国膏药一样的东西(图2)。我想,药的本体大概就是这个像膏药一样的方块吧,于是贴了它。

然而我贴了它一天之后发现,不对啊,这个太容易掉了吧怎么可能贴一周嘛,而且还要洗澡。同时我到家后,看到昨天被我去掉的塑料片部分还在桌子上。我的脑筋经过了如下的慢转弯:

  1. 可能这个透明塑料片是方块部分的保护片,打开就可以扔掉了。
  2. (发现塑料片其实是个黏性的贴膜后)可能这个塑料片是辅助的胶带,用于把方块部分粘在身上,因为方块部分实在是太容易掉了。
  3. (发现方块外侧有孔后)可能我贴的方法不对,方块部分的打孔面应该面向人体,而黏性面应该朝外,然后用塑料片粘在身上。
  4. 可能这个塑料片才是用药的时候需要贴的部分,药在包装里的时候会通过方块上的小孔扩散到塑料片上,从而让塑料片也有药力。
  5. 可能药本来就在塑料片上,而方块根本就是个无关的东西(比如干燥剂)。
    而随后的学习(看youtube视频)和实验(用水滴在方块里的颗粒上)证明了我的最终结论。

我打开说明书泰文的一面,果然有图说明如何贴这个贴片。我不禁觉得,我好傻啊,这明明就是显而易见的事情:那个方块在外包装上黏得那么紧、塑料片却可以轻易取出;那个方块上的小孔就那么敞开在空气中、塑料片上却有保护膜;那个方块那么容易掉、塑料片却可以牢固地贴在身上。谁都应该知道本体是哪个吧。而我却花了一个多小时的脑筋慢转弯才明白了这个道理。

为什么我会这样想呢?因为我在打开包装之前,对贴片的外形和性状已经有了自己的假设和偏见(中国膏药的概念),从而不知不觉就把“方块部分是药的本体”当作了整个思考过程的基础。这个基础一旦决定,就很难用纯粹的思考推翻了——因为可能的假设实在太多了,而每一个都不如原本的假设看起来合情合理。

我想,先验(a priori)实在是太强大了。最大似然和最大后验的区别也正在于此(图3)。在人的思考过程中,“似然”——人对世界的建模的合理性,是可以用逻辑规律和理性思考来判断的;而“先验”则是我们习以为常的“常识”,常识到我们无法感觉到它的存在,正如鱼儿尝不出水、鸟儿闻不到空气一般。

图3 贝叶斯定理

要命的是,这种对我们来说难以察觉的东西,很大程度上决定了思考的结果。就像后验概率的计算以先验概率为基础,人的思考也以“常识”为基础;而一旦接受了错误的常识,便是再显而易见的逻辑错误也会被我们忽视,直至我们怀疑逻辑本身的正确性。

假设与观察。
理论和经验。
逻辑和常识。
认识论的几个基础元素以如此简洁的公式构成了宇宙的真理。活在“幻想”(P(H))中的那些人、活在“当下”(P(O))的那些人,终究无法认识真理的全貌;只有通过逻辑和经验的结合,才能为这蛮横无理的世间万物做出哪怕一点点的合理的辩解。

真理的灵魂


坐飞机很无聊,岛娘问了iori如下的问题。
“我们有m个n位二进制数(它们中的某些可以相等),现在要从中选出一些(如果某两种选法选了相等但不同的数,视作不同的选法),使得这些数按位异或的总结果等于零。那么有多少种选法呢?”
我听到的时候想了半天不会做,岛娘提醒了我,我又想了半天才想通,然后给iori简单讲了下。对方听懂了之后也没再对我发表什么意见或建议了。
在我给iori讲完这个问题之后,我才意识到我做了我最讨厌的事——专注于细枝末节而忽略了真理的根源。用iori的话来说,“讲了技术而非真正的知识”。
为什么我第一次听到这道题的时候,没有立刻反应过来怎么做呢?我当时在想的是:按位异或要怎么搞呀、要把不同的数分为不同的组然后各自算排列组合然后相加吗?可是那么多个组合数相加要怎么加呀,………
当时的我,既没有去想这个问题的实质是什么,也没有搞明白按位异或是一种怎样的运算、符合怎样的规律。这就是我做不出来这个问题的原因,也是我没有给iori讲明白这个问题的“核心思想”的原因。


如果问我:有个(ℤ₂)^m→(ℤ₂)^n的线性算子A(它的矩阵是一个已知的n×m矩阵),那么子空间ker(A)的维数是多少呢?那我可以立刻回答出答案。
我们这么一分析就明白,解决这一问题的正确概念通路应该是怎样的。
第一步是“一位数字异或运算是一种【阿贝尔群】运算”。异或满足交换律、结合律;有零元(零异或任何数等于该数);有逆元(零的逆元是零、一的逆元是一)。实际上异或是模二加法群ℤ₂的加法。
第二步是“n位数字异或能【分解】为n个一位数字异或”。我们知道不同的位之间在异或运算上是无关的,也就是说,整个n位数字异或加法群可以分为n个子群的直和,每个子群各自都对于阿贝尔群的运算封闭,且每个子群都是(ℤ₂)。换言之,n位数字异或群等于(ℤ₂)^n。
第三步是“每种选择策略对应于m个向量的【线性组合】的一套系数”。我们引入了“数乘”的概念:选不选某个数,其实就是给这个数乘以一还是乘以零;我们引入了“线性组合”的概念:选了之后异或起来的结果,就是m个向量乘m个系数线性组合的结果。
第四步是“向量的线性组合的结果等于对系数向量的【线性变换】”。一套系数——即一个特定的系数向量,对应于唯一一个线性组合后的结果向量,所以这是一个映射关系;且该映射满足同态的要求。所以我们可以把这个映射抽象成一个线性算子A(它的矩阵的m个列向量就是我们最初的m个n位数)。这样,问题就转化为求Ax=0的解空间的维数(因为每一维只有有限种取值)。
至此,我们打通了概念通路上的每一个关卡。我们发现,这个问题的核心思想是⑴引入“群”这种代数结构;⑵引入“直和分解”这种代数操作;⑶引入“线性空间”这种代数结构;⑷抽象出“线性算子”这种代数对象。我们在解这个题的过程中,重复了名垂青史的伟大灵魂在二百年之前做过的事情。
什么叫科学呢?巨人的肩膀、精神的利剑,普适于一切事物的真理的灵魂。很久以前,我认为这个才叫科学。现在,我也觉得这个就叫科学。
但是在这之间,有一段时间,我曾经认真地怀疑过“科学”是什么。


我给大家讲个故事。
是关于一个「想要理解世界真相」的好奇的小孩的故事。
他曾经是个很天真很纯粹的人,会因为看到奇妙颜色和绚丽火花的化学实验而兴奋,会因为自己动手推算出了方均根速率的公式而开心,会因为理解了圆锥曲线公式和自己手算了正十七边形的圆心角正弦值而获得成就感和幸福感。
微不足道的东西而已……对他来说是世界的一切。他相信真理的简洁和美好,相信自己探索未知的能力,觉得自己应该成为科学家。
是个很美好的故事呢。
但是,悲剧开始在那个时候——开始在这个孩子真正尝试去成为科学家的时候。
因为,他发现了(←気づいてしまった)真理的不和谐、扭曲和丑陋。
他发现化学实验的结果是完全无法预知的。他们的理论,完全就是在为实验擦屁股。锂和镁、铍和铝相似,好那我们发明一个对角线规则,诶?碳和磷完全不相似嘛,好那规则的使用是有范围的。
他发现数学定理的证明是丑陋而冗长的。即使简洁优美,想到那一证明方法的思路也并不是看上去那么光鲜亮丽。费马大定理,嗯,多好呀多优美呀,证明花了三百年。
他发现隐藏在美妙的图形界面、操作系统和驱动程序下面的,是丑陋的硬件和复杂的抽象机制。没有一个程序员会愿意在访问虚拟的C盘D盘的时候需要指定磁头起始位置、磁盘启动的加速度以及匀速保持的时间。
不论什么领域,深究下去一定是丑陋而不和谐的,那绝对不是什么“对称性破缺”“残缺美”,那是一种令人绝望的疯狂的东西,它提醒你如果你一头钻进某个学科的狭窄到不能再狭窄的二级三级四级学科的细微分支里,你就要一辈子被这些既无聊又疯狂的东西折磨着而活下去。
这是专属于21世纪的痛苦——当人类自由的人性和理性在经历了三千年的探索和驰骋之后,终于接触到了认知能力边缘的万丈深渊和不可理喻的自然的悬崖峭壁。


我为人不能理解世界的真理而苦闷;在我看来,那些既不逻辑也不常识的“真理”,并不是自然界有什么错,只是因为人类无法从更高维度的视角观察和理解更简洁统一的真理,这是人类的认识能力的限制。
然而,即使我们无力的眼睛和自以为是的智慧只能看到片面的、破碎的、经验层面的技术,那也是挣扎于水火泥潭中的人们所翘首以待的救赎。为了拯救他们,即使不能理解也要尝试去揣摩、去试探、去把握自然的“脾气”吧。
如果我不能在学术上有任何突破的话、如果我不能理解掌握那些看起来既不逻辑也不常识的“真理”的话。
那么……至少请让我将“美与自由的艺术”传授给这个世界吧。将真理的灵魂、或曰逻格斯、或曰其他的什么名号罢——将这人类的意志领悟过的高贵的事物称颂并扬名。