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這本書貌不驚人卻深不可測

一本很典型的被封面毀掉的書籍。

控制論,大到火箭上天,小到生病感冒,都可以運用它進行分析。除此之外,該書還就系統、質變等概念進行了深入淺出的分析,讀完此書後,我們會發現,科學與哲學離我們並不遙遠。

此書雖然只有短短十幾萬字的篇幅,卻為讀者講述了幾乎覆蓋所有領域的科學知識。它大量引用我們耳熟能詳、喜聞樂見的案例,門檻很低,對於非理工科出身的同學建立科學思維非常有好處。

1

控制台的工作人員輕輕按下了「發射」按鈕,遠處發射場內,火箭的底部瞬間釋放出巨大的能量,將飛船推離地球。這次,它的目標是美麗的月亮。

我們知道,月地之間相隔30萬公里,這在浩瀚的宇宙中顯得微不足道,然而對渺小的人類而言,這段距離卻又相當漫長。那麼,飛船是如何到達月球的呢?

有的人說:將飛船瞄準月球,然後發射,不就到了?

有的人的解釋則聽起來比較科學:火箭中裝有一個精準的瞄準器,科學家預測好運動中的各類數值,並提前輸入飛船,然後火箭按照這種設計,自動飛到月球。

不過,這些解釋聽起來乾淨利落,比較科學,其實是經不住推敲的。地月之間漫長的旅途中有太多科學家們無法預測的情況,飛船完全按照預定的數值運動,毫無偏差地就直接到達月球,這種可能在人類現有的技術條件下只存在於夢中。

實際上,飛船飛往月球的旅途中,會經常性的調節方向、速度。每到一處新的位置,操作系統就會根據飛船與月球之間的相對位置進行新的調整。在旅途中,地面工作人員不斷重複這樣的操作,直到飛船最後到達月球上空。

本文標題中,老鷹捉兔子也是如此。雄鷹銳利的鷹眼在高空發現兔子,它調整姿態,迅速向地面目標俯衝過去。但可愛的兔子哪願意束手就擒?因此兔子也高速變向移動,老鷹與兔子的相對位置也就一直在變。

在整個俯衝過程中,鷹眼不斷將這些位置信息傳輸給大腦,老鷹按照這樣的信息不斷微調姿態,讓自己的鋒牙利嘴越來越接近兔兔,直到捉住獵物。

可以想像,如果沒有這樣不斷的微調,老鷹的運動軌跡一定是呈一條直線,那時我們可以看到這樣一種奇觀:一隻雄鷹向地面高速俯衝,最後直挺挺地扎向大地,啃了滿嘴黃泥,而一隻雪白多肉的大兔子正在一旁咧嘴笑著:嘿,這不是傻b么。

2

這兩個事例中,一個共同的名詞被我多次提到—「微調」,我們用控制論中的專業術語來表達就是「負反饋調節」。

控制論?負反饋調節?

這是什麼玩意兒?

您看到這些名詞千萬別急,俗話說,專家負責做的事情就是把人人都懂的事情弄的人人糊塗。這控制論,我看也是如此。比方說控制論的基礎名詞叫做「可能性空間」,專業解釋叫做「事物發展變化中面臨的各種可能性集合稱為這個事物的可能性空間」,說白了是什麼呢?我們以桌子上的水為例來簡單說明。

現在,桌子上擺放著一杯水,它未來可能不小心撒到地上,可能被我喝掉,也可能長時間無人問津,最後成為空氣中細菌的培養皿等。這是杯中水未來發展具有的幾種可能性,這些可能性就是它的可能性空間。

大家也可以頭腦風暴一下,比如此時正在床上躺著的你,未來可能安穩的睡一覺,也可能看了我的文章後手舞足蹈,失手掉下了床等等,這些就是在床的你的可能性空間。

「可能性空間」這個名詞有什麼意義呢?我們知道,近代以前的科學,動不動就說「絕對」,比如萬事萬物絕對按照牛頓經典力學運行,某事物絕對能發展成另外一樣事物。然而,隨著更多科學研究的發現,科學家開始講起了「概率」。事實上,現代科學與經典決定論的區別就在於,開始從不確定的角度來看待問題。

隨著科學研究的發展,牛頓的經典力學不再無條件適用

「可能性空間」實質上是控制論大廈的基石,沒有這個概念,就沒有控制論。

3

而什麼是控制呢?

事物發展的可能性空間或不確定性,由事物內部的矛盾決定。人們根據自己的目的,改變條件,使事物沿著可能性空間內某種確定的方向發展,就形成控制。

我們還以「床上的你」舉一個例子:躺在床上的你要想掉下來,最好旁邊有人推你一把,這時,他就對你形成了控制。

而研究控制的理論就叫做控制論。研究它的意義在於什麼呢?增強人認識自然,改造自然的能力。

不少人讀到這裡,又對這種科學有些懷疑了,從前沒有這門學問,人類改造自然的能力也不差,這幫科學家就算創造出這些理論又有什麼用呢?

您可別說,用處大多了。隨著科技的進步,新出現的科學問題也呈現出了更大的複雜性和綜合性,我們發現在設備到位,人才充分的情況下,依舊有不少科學問題的解決寸步難行。而其實不少時候,造成這種阻滯的關鍵原因就是我們的研究思路出了結構性問題。

《控制論與科學方法論》的作者曾經有過這樣一個經歷:作者本人是非化學學科出身的,一次他與一位化學教授交流後,該教授質疑這些所謂控制論的科學方法論都是事後諸葛亮,於事無補。

這位作者最後接受這位教授的挑戰,從控制論的角度為化學教授解決了一樣遲滯許久都未能解決的科研問題,自此,這位化學教授徹底改變了自己的看法,開始不遺餘力地為作者的理論研究提供幫助。

所以,把人人一看就懂的東西抽象成人人需要花點心思才能懂的理論,有什麼意義?意義就在於可以有清晰的邏輯,可以用數學語言來表達這個過程,並將這些成果用到實踐當中,得出許多憑直覺想像不到的結論。關於這一點,從事理工科學習的朋友會有更深的感觸。

4

控制論自建立以來,相關的研究人員就開始從浩如煙海的典籍里尋找案例,並從這些看似毫無聯繫的事例里提煉出了一些共同規律,來探尋控制的形式。

我們知道曹沖稱象的故事:

曹操先生得到了一頭大象,想知道這象有多肥,大臣們抓耳撓腮,手忙腳亂,硬是想不出一個好辦法,令人叫絕的是,竟然還有一位」人才「建議砍下大象的四肢,分別稱量。

看著這幫大人讓人捉急的智商,機智的曹沖小朋友便挺身而出,他指揮人們把大象放到一個船上,劃好此時船的吃水線,然後轉入一塊塊石頭,直到船沉降到吃水線與水面相平的高度,稱出石頭的質量也就稱出了大象的體重。

曹操先生在一旁摸著自己的短鬍子,對兒子的表現非常滿意。

這個辦法在控制論里被稱為「共軛控制」。簡單說就是人無法對事物直接實現控制,於是借一種中間途徑,最終實現控制的目的。

在曹沖稱象的故事裡,大象的稱重是我們無法直接控制的,但一塊塊石頭的稱重卻可以,這算是我國歷史中很明顯的運用共軛控制思路的故事。(共軛控制的含義比較簡明深刻,筆者不再展開陳述)

5

控制論中還有一種控制思路:負反饋調節。就是本文開頭的兩個事例。控制論中的負反饋調節簡而言之就是做起來看。

我們專業一點講:負反饋調節的實質在於設計了一個目標差不斷減少的過程,通過系統不斷把自己控制後果與目標做比較,使得目標差在一次一次控制中慢慢減少,最後達到控制的目的。

我們深入思考一下這個概念就可以認識到:負反饋調節可以把人的控制能力一步步積累起來,通過積累放大控制能力。

上面兩段話用詞高端大氣,其實道理很簡單

大家對居里夫人提煉鐳的故事耳熟能詳,居里夫人面對成噸重的瀝青鈾礦,她認為:既然鐳的放射線遠強於鈾,那麼只要找到一種方式處理鈾礦,使得處理後的放射性比以前更強烈,新元素就一定是在富集。

於是,居里夫人一次次提純鈾礦,擺在她面前的爐渣礦石越來越少,目標元素「鐳」的純度也越來越高。經過幾年的努力,她終於從山一般的鈾礦中提純了幾克的鐳。

這就是因為負反饋調節能把人的控制能力一步步積累起來,通過積累放大控制能力,直到通過成百上千的實驗取得了一兩次實驗根本不可能取得的成果。

當我們看完這個事例,再去看負反饋調節的實質時,就會有恍然大悟之感。

負反饋調節的實質在於設計了一個目標差不斷減少的過程,通過系統不斷把自己控制後果與目標做比較,使得目標差在一次一次控制中慢慢減少,最後達到控制的目的。

不過,當我們了解了負反饋調節後,應該如何指導我們的生活呢?

我們以達成某樣目標為例,比方說要完成一個大項目,有的人習慣事無巨細,詳細地寫出項目執行中的各個細節與問題,妄圖一紙計劃書就要解決所有問題。

這樣帶來的問題是什麼呢?首先,人的思維方式普遍有的一個趨勢是「軸」,通俗點講就是愛鑽牛角尖。所以一遇到實際情況與預設路線不符的情況,設計者就容易慌張和焦慮,他們內心根本未曾預想事物發展會脫離自己估計的情況。

在這樣的思維模式下,一個普遍的情況是:在學校,學習計劃執行最不徹底的,往往就是那些學習計劃最詳細的,連哪怕一分鐘都要安排好做什麼的學生。而真正的操作高手都熟知駕馭事物的一項重要原則:定好方向,做起來看

舉一個正面的例子,有經驗的老師接手一個新的班級後,他們在向學生傳遞知識的時候,也要開闢一條接受學生反饋的通道,比如說課堂上觀察學生的表情,批改學生的作業,找學生提問等等。通過這些方式,教師來把握自己的講課的深淺與進度,使教學達到理想的目標。

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「申江評論」

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