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        從牛頓的貓洞說起

        2013-12-31 00:00:00沈致遠
        初中生學習·高 2013年11期

        牛頓是大科學家,在數(shù)學、力學、光學和天文學等方面作出了劃時代的重大貢獻。天才畢竟異于常人,在日常生活方面也不同凡響。牛頓從蘋果落地悟出地心吸力,此事幾乎家喻戶曉,但有人對其真實性存疑。另一趣事:牛頓為家中所養(yǎng)的兩只貓出入方便,在墻上專為大貓開一大洞,小貓開一小洞。難道小貓不能走大洞?在常人看來后者是多此一舉,認死理的科學家真是死腦筋。

        問題沒那么簡單,容我徐徐道來。

        牛頓精通數(shù)學,是微積分的共同發(fā)明人。數(shù)學講究邏輯推理,從前提到結論,環(huán)環(huán)相扣無懈可擊,否則,“千里長堤潰于蟻穴”,整個公理系統(tǒng)必須推倒重來!牛頓精于此道,習慣成自然。他在決定開貓洞時可能這樣想:如只開一個大洞由大小兩貓共用,遇到大貓要外出小貓要回家或者小貓要外出大貓要回家時,怎么辦?為保萬無一失,還是開大小兩個貓洞為好。牛頓想得很周到。

        仔細想想還有問題:即使開兩個貓洞,難免小貓偶爾走大洞碰巧與大貓對頭撞。這種可能性雖然不大,但如果一萬次中發(fā)生一次,“萬無一失”就保不住了。如此看來,牛頓想得還不夠周到。

        數(shù)學的一個分支是概率論,專門考慮“可能性”。以擲骰子為例,擲出的點數(shù)有6種可能性:1,2,3,4,5,6。如果骰子是密度均勻的正立方體,各個點數(shù)出現(xiàn)的概率是否均等?擲一把6個骰子,出現(xiàn)“滿堂紅”(6個骰子全為紅色4點)的概率是多少?概率論給出答案為:平均要擲46 656次才會出現(xiàn)一次。這種不常見的稀有事件稱為“小概率事件”。前述之小貓碰巧與大貓對頭撞,也屬于小概率事件,但其概率不是那么容易算的,牛頓未考慮情有可原。 地震山崩海嘯等災害均屬于小概率事件,其發(fā)生概率可從歷史數(shù)據(jù)中用統(tǒng)計方法得出,保險公司據(jù)此確定保險費率。但概率對預測何時出現(xiàn)災害并無多大實用價值,道理與擲骰子類似,雖然能算出各個點數(shù)出現(xiàn)的概率,仍不能準確預測下一次擲出的點數(shù)。然而,賭場卻能利用概率賺錢,比如賭場規(guī)定:擲一把6個骰子每次收費1元,擲出滿堂紅的賭客可贏兩萬元。乍看這似乎很誘人,實際上賭場才是大贏家。平均擲46 656次出現(xiàn)一次滿堂紅,扣除兩萬元,賭場大賺26 656元。這種在事件出現(xiàn)次數(shù)極多時才出現(xiàn)的規(guī)律性,稱為“大數(shù)定律”,統(tǒng)稱為“統(tǒng)計規(guī)律”。

        正確使用概率可從中獲益,錯誤使用概率則會闖大禍。那次禍延全球的金融危機,毛病出在不顧適用條件誤用統(tǒng)計規(guī)律。金融產(chǎn)品各有不同程度風險,金融專家用概率計算風險,將不同風險的有價證券組合起來,包裝成能避風險的“衍生物”(Derivatives)。根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律,衍生物所包含的各種證券就平均而言,在正常情況下可以賺補賠且略有盈余。他們宣稱:投資衍生物穩(wěn)賺不賠!所謂“避險基金”(Hedge fund)主要投資各種衍生物??康弥Z貝爾獎的經(jīng)濟學家的公式計算,有華爾街投資高手主導,衍生物大行其道、大賺其錢,造就了許多百萬富翁和億兆富豪。天有不測風云!天下哪有穩(wěn)賺不賠的好事?金融風暴襲來時,衍生物全軍覆沒,避險基金竟成為風險之源。為什么曾經(jīng)用來大賺其錢的統(tǒng)計規(guī)律突然不靈了?道理很簡單,利令智昏!他們忘記了統(tǒng)計規(guī)律的適用條件。那些金融專家認為,以房產(chǎn)作抵押的房貸具有最低風險,其根據(jù)是美國房市盡管有起伏,“東方不亮西方亮”,全美各地房價一起下跌的情況極為罕見。但罕見并非不可能,小概率事件偶爾也會發(fā)生。那次全美各地房價一起大幅度下跌,連號稱“黃金房產(chǎn)”的紐約曼哈頓也不能幸免,以房貸為主的衍生物慘遭滅頂,就不奇怪了。

        回到牛頓的兩個貓洞。設想牛頓請專家訓練他的小貓,使之專走小洞不走大洞。訓練大功告成后,專家拍胸脯保證:萬無一失!不料有一次,墻內(nèi)大貓和墻外小貓同時發(fā)現(xiàn)大洞中有一只老鼠,結果可想而知。那次席卷全球的金融風暴,好比是華爾街的“大洞”中突然鉆出一只“老鼠”,爭逐的“大貓”和“小貓”撞得暈頭轉向,“權威專家”全都傻眼。牛頓泉下有知,唯有望“洞”興嘆。

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