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艾薩克·牛頓終其一生都在開發(fā)工具，加快了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的步伐

如今，科學(xué)正在發(fā)生分裂。一方面是人類思想創(chuàng)造的科學(xué)，它是我們所珍視的故事、理論和闡釋的來源;另一方面是機(jī)器科學(xué)，它的算法具有驚人的預(yù)測(cè)能力，但內(nèi)部的工作過程對(duì)人類來說是不透明的。

當(dāng)人類努力去理解世界本質(zhì)的時(shí)候，機(jī)器為我們提供了超越人類理解程度的量化的實(shí)際預(yù)測(cè)?！袄斫狻睗M足了我們的好奇心，但“預(yù)測(cè)”滿足了我們的欲望，到底哪種更為重要？哪種阻礙了科學(xué)進(jìn)步？

理解與預(yù)測(cè)

直到目前，“理解”和“預(yù)測(cè)”依然還是同盟關(guān)系。弗朗西斯·培根是科學(xué)革命早期最早將兩者結(jié)合的學(xué)者之一，主張科學(xué)家應(yīng)該到世界上四處行走，用工具輔助思考，以免陷入思維停滯與循環(huán)論證的痛苦，而這就是學(xué)術(shù)“理解”現(xiàn)實(shí)的典型方法。

培根在《新工具》（1620年）一書中寫到：人類探索自然的新方法……就像徒手畫直線，或是畫精確的圓……徒手永遠(yuǎn)比不上尺子或圓規(guī)，所以使用工具會(huì)成為我們的方法。

艾薩克·牛頓熱情地采納了培根的經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)。他終其一生都在開發(fā)工具：物理透鏡、望遠(yuǎn)鏡。所有工具都加快了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的步伐，但在人類對(duì)儀器日益增長(zhǎng)的依賴中，隱藏著一種令人不安的分歧：人類大腦可以洞察世界的隱藏原理，而工具可以測(cè)量和建模。

今天，這一鴻溝似乎已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)極限，理解和預(yù)測(cè)、原理和模型的關(guān)系，正在失去其原本的一致性。在培根和牛頓的時(shí)代，關(guān)于世界的解釋還能被人類大腦駕馭，關(guān)于世界的預(yù)測(cè)還可以被理論驗(yàn)證，兩者構(gòu)成一個(gè)良性的整體。

然而，到了“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，理解和預(yù)測(cè)之間的邏輯不再成立?，F(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)在解釋原子、光和力方面，取得了驚人的進(jìn)展。如今，我們開始適應(yīng)更復(fù)雜的世界—從細(xì)胞到組織、從大腦到認(rèn)知偏見、從市場(chǎng)到氣候。雖然相關(guān)的統(tǒng)計(jì)模型和預(yù)測(cè)卓有成效，但我們幾乎不可能理解它們到底是如何做到的。

機(jī)器智能，是一種典型的工具智能，不僅對(duì)抗而且敵視人類理性。例如，基因組數(shù)據(jù)研究，可以抓取數(shù)百個(gè)參數(shù)—病人、細(xì)胞類型、疾病、基因、基因位置等，并將疾病的產(chǎn)生與數(shù)千個(gè)潛在的重要因素聯(lián)系起來。 但是，這些“高維”數(shù)據(jù)集和它們提供的預(yù)測(cè)，在人類的理解能力之外。

這是科學(xué)理論與復(fù)雜現(xiàn)實(shí)之間的真實(shí)對(duì)峙所導(dǎo)致的分裂。一些評(píng)論家聲稱，這是我們所執(zhí)著的人類中心主義阻礙了科學(xué)的進(jìn)步，即堅(jiān)持工具必須臣服于人類的智力;如果我們放棄對(duì)人類理性的執(zhí)念，那么，就可以用機(jī)器來加快我們對(duì)事物的了解。

理解和預(yù)測(cè)之間的巨大分歧，呼應(yīng)了巴魯克·斯皮諾扎對(duì)歷史的洞察：“分裂不是源于對(duì)真理的熱愛……而是源于對(duì)至高無上地位的極致渴望?！蔽覀兠媾R的戰(zhàn)斗是：大腦或算法，只有一個(gè)將擁有科學(xué)王國(guó)的主權(quán)。

鴨兔圖可以看作是一只鴨子的頭，也可以看作是一只兔子的頭

哥本哈根量子力學(xué)學(xué)派倡導(dǎo)“閉嘴，計(jì)算”！

內(nèi)克爾立方體的衍生品—不可能立方體

悖論與幻象

悖論和幻象這對(duì)孿生兄弟，很好地呈現(xiàn)了預(yù)測(cè)和理解之間的糾纏關(guān)系。

一些著名的視覺幻象，如臉-花瓶圖案、鴨兔圖和內(nèi)克爾立方體，向我們呈現(xiàn)了一個(gè)自身沒變，但給人的感官印象在不斷切換的物體。路德維?！ぞS特根斯坦癡迷于鴨兔圖，他建議人們?cè)趯?duì)一個(gè)物體形成主要解釋之后，再次審視這個(gè)物體，而不是匆匆一瞥就當(dāng)即作出判斷。

認(rèn)知科學(xué)家理查德·格雷戈里在著作《透過幻覺看見》中，解釋了這種幻象是如何發(fā)生的。人類的理解過程是由多個(gè)不同邏輯系統(tǒng)的預(yù)測(cè)得出的，每個(gè)邏輯系統(tǒng)都基于一定的背景條件。在內(nèi)克爾立方體中，每種感知都與三維空間中的感知數(shù)據(jù)一致。但由于缺乏深層次的線索，我們無法確定哪種解釋是正確的。因此，對(duì)于空間理解的缺失讓認(rèn)知在兩種預(yù)測(cè)之間切換。

悖論，就像幻象一樣，是直覺違背顯然易見的基本事實(shí)。這種現(xiàn)象經(jīng)常在自然科學(xué)中出現(xiàn)，其中最引人注目的是物理學(xué)。孿生悖論、愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論（EPR悖論）和“薛定諤的貓”，都是從相對(duì)論或量子力學(xué)的基本結(jié)構(gòu)中推導(dǎo)出來的悖論。這與觀測(cè)悖論（如雙縫實(shí)驗(yàn)中觀察到的波粒二象性）不同，但這兩類悖論，都源于人類理解的因果推理與實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果之間的不一致。

即便機(jī)器也會(huì)受到悖論的困擾?！靶疗丈Ｕ摗泵枋隽诉@樣的情況：在幾個(gè)數(shù)據(jù)集中，分別獨(dú)立出現(xiàn)的趨勢(shì)在數(shù)據(jù)集“合并”時(shí)可能消失甚至逆轉(zhuǎn)，這意味著一個(gè)數(shù)據(jù)集可以同時(shí)支持相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)論。這種情況經(jīng)常發(fā)生在體育運(yùn)動(dòng)中—在每個(gè)既定賽季，一位球員的表現(xiàn)都優(yōu)于其他運(yùn)動(dòng)員，但是，當(dāng)多個(gè)賽季合并在一起時(shí)，由于一些絕對(duì)差異（如總參賽次數(shù)、擊球次數(shù)等），這位球員就不再領(lǐng)先了。

關(guān)于悖論的最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯?，也許是庫(kù)爾特·哥德爾在《數(shù)學(xué)原理和相關(guān)系統(tǒng)原理》（1931年）中提出的：形式上不完全性定理。哥德爾發(fā)現(xiàn)，任何一個(gè)形式系統(tǒng)，只要包括了簡(jiǎn)單的初等數(shù)論描述，而且是自洽的，它必定包含某些系統(tǒng)內(nèi)所允許的方法既不能證實(shí)也不能證偽的命題。形式系統(tǒng)的公理允許矛盾存在的可能性，這構(gòu)成了悖論經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)。