信息时代的科学基础和方法论(1)
从20世纪初开始,物理学家们意识到不连续性、不确定性是我们这个世界的本质。
如果依然使用机械论的方法解决问题的话,不仅把我们自己限制死了,而且可能会出现认知偏差。
认知偏差的危害是很大的,即使是爱因斯坦这样聪明的人,他一旦认准了世界是确定的,也会在量子力学领域犯错误,更何况我们常人呢?
控制论之二战
这个结论在第二次世界大战的战场上,就非常明显。
当时盟军的主要作战武器是各种火炮,要想威力大射程远,就要牺牲命中率。
比如说在使用近战沿线之前,高射炮的命中率是很差的,平均要发射3000发炮弹,才能击中一架飞机,当然打击地面目标的运气没有那么差,不过长程火炮的命中率也不高。
如果采用过去机械思维的做事方法要增加结果的确定性,军方就会要求制造火炮的厂商,提高每一个零件和整个火炮的精度,但是这其实是很难做到的,而且在二战的时候,除了美国之外,主要的参战国就是这么做的,但是效果并不理想。
改进武器
那么怎么解决这个问题呢?
以天才科学家诺伯特、维纳为首的一批科学家,觉得自己也该为战争做一点什么,于是他们就开始用新的思路改进武器。
维纳等人想到:我们在驾驶汽车的时候可不是一开始就瞄好了一个方向一头扎过去,而是在中间不断地做微调。那么发射出去的炮弹能不能以自己做微调呢?
于是,他们就设计了一系列的自动控制装置和系统,不仅大大提高了火炮的精度,改善了雷达跟踪目标的能力,甚至解决了鱼雷飞机等等导航的很多关键问题。这些技术很大的提高了盟军的作战能力。
而二战本身又是一个巨大的实验场,可以不断地验证维娜等人的理论,因此仗快打完了控制论也成熟了,维纳在1948年正式提出控制论。
控制论的雏形
还是二战的例子来一个。
二战时,除了原子弹最厉害的武器,可能当属德国人冯布劳恩发明的v2火箭了,也就是俗称的飞弹,他能够以将近5倍于音速的速度攻击几百公里之外的目标。
这种来自空中的袭击速度太快了,没有办法预警,常常是在爆炸发生以后,附近的居民才陆续听到空中传来的飞弹的呼啸声。因此,他一度让整个英国陷入恐慌。
但事实上,德国发射了数千枚的飞弹,都没有能够对英国的军事和工业设施构成严重的威胁,因为它飞行的精度不够,落点完全是随机的。
难道是冯布劳恩不想做精准吗,显然不是的。
他所遇到的问题是,v2火箭在飞行的过程中,任何一个很小的因素所导致的微小误差在最后的时候都会被放大。
那些因素很多都是不可预知的,比如说空气的湿度、还有微小的温度差,更不用说风速的变化了。
但同样是冯布劳恩,他在20年后设计了土星5号运载火箭,就准确地将宇航员送到了月球上事先设定的位置。
少做预测多作反应
那么这次冯布劳恩等人是怎么做到的呢?
简单来讲,就是用了数学家卡尔曼在维纳控制论基础上提出的卡尔曼滤波。
它可以让火箭在飞行的过程中不断调整方向,就如同我们在开车的时候不断调整方向一样。
因此简单来说,控制论研究的是在一个动态系统中,如何在有很多内在和外在不确定因素之下,保持平衡状态的方法。
他思想的核心是利用对各种输入信号的反馈来控制系统的问题。
“神预测”?
在今天依然有很多人试图预测股市,这种行为不断被证明是徒劳的。但是,很多人在讲别人预测不准,是因为本事不够大,考虑的因素不够多。
事实上,那些专业的基金经理和经济学家对股市和经济走势的研究比普通人精明多了,照样预测不准,因为类似于微小的温度和湿度变化的随机因素特别多。
在美国光是政府和各个民调机构公布出来的经济学数据就有2万多个,但是依然没有人能够研究清楚,因此好的基金经理都是在根据市场做出反应。
即便是美联储每次长期或者降息的决定,也是对经济形势的反映而不是预测。
控制论带给人们的思维变化:少做预测多作反应!
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