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1.9 即使不知道微观状况也能预测宏观状况




19  世纪前半叶是定量化理解“气体受热膨胀”(物质的基本特性)的时代,这个时期确立了热力学理论。但是,气体受热膨胀现象的背后到底发生了怎样的微观变化?也就是说,分子运动与气体状态的关系是怎样的?实际上当时人们对此并不清楚。19  世纪后半叶到  20  世纪前半叶,从原子运动的角度说明宏观物质性质的理论才确立下来。该理论即“统计力学”。

统计力学通过“反复之力”——构成气体的无数微观分子的反复碰撞,来说明上述气体膨胀的宏观现象,并且将这种反复上升为理论,从而能够预测现象。其基本的理论体系是由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦、路德维希·玻尔兹曼、吉布斯、爱因斯坦构建起来的。小到身边的物质,大到宇宙万象,这一理论体系解释了很多现象。

我们从中发现了一个重要原理,即随着反复移动次数的增多,即使不知道具体的微观状况,也能预测并控制宏观现象。我将这种原理称作“多次移动原理”。也就是说,当移动数量足够大时,并不需要了解每次移动各自的具体情况,重要的是与移动相关的少数规则。

没有这个原理,我们将无法预测由无数个原子构成的自然现象。不管出现多么先进的超级计算机,都不可能对与自然现象相关的原子运动的初期条件了如指掌,也不可能模拟所有原子的运动。但是,当存在大量微观的“反复移动”时,大部分微观状况都不会对宏观现象产生影响,而只有极少数一部分信息才会影响宏观现象。借助该原理,自然现象中的微观和宏观就联系到了一起。

同理,对于人类每天超过  7  万次的胳膊运动,即便我们不考虑诸如意识、想法、情绪、事情等时刻变化的具体情况,也能实现科学的预测和控制。如果我们测量人类行为并调查其分布规律,无论被测人持有什么意识、想法、情绪或者做了什么事情,结果都会呈现  U  分布。这也是“多次移动原理”的一种体现。同样地,虽然我们无法控制空气中的单个分子,但是我们能预测并控制由无数个分子的反复碰撞产生的气压和温度。

所谓  U  分布统计,就是将宏观和微观结合起来的理论。在每时每刻的微观行动中,重要的是明确小球的存在,即资源是什么,以及这些小球按照什么规则移动。如果没有移动,结果就会呈现以往统计学中常见的正态分布,而如果发生移动,就会呈现  U  分布。在原子的世界中,能量作为“小球”这一资源发挥着作用,而在人生和社会中,“小球”资源也发挥着同样的作用。从微观上来看,能量的反复转换创造了自然现象。同样地,胳膊每一秒的反复运动也创造了社会现象。并且,我们能够科学地预测这些反复转换或运动。