在上一篇說說概率的故事(一)中,我們聊了聊隨機性,大家明白了絕對的隨機性是很難實現的。接下來我們來聊概率。
概率一直以來是一個很讓我頭疼的概念,因為它的含義十分豐富,在不同場合都有區別。大家有空可以認真閱讀維基百科上Probability interpretation這一詞條。
普遍地講,概率是一個事件發生可能性大小的度量。那么關鍵問題是,這個度量是客觀的嗎?換句話說,這個度量表達的是事物的固有屬性,還是人們的主觀推測?我們國內的教科書上都沒有仔細討論過這個問題,它們大都直接給出了概率的兩個定義:統計定義和公理化定義,然后就讓你開始算...算...算,所以我們根本沒時間思考。
實際上,正如維基百科上所說,對概率的解釋大體上分為兩種:頻率主義(Frequency probability)和貝葉斯主義(Bayesian probability),頻率主義實際上就給出了概率的統計定義,概率=頻率在試驗次數趨于無窮的極限。而在貝葉斯體系中,概率=你相信某事件發生的程度。
當然還有更細的劃分方式,這里給出維基百科中關于各種概率解釋的總結:
可以看到,確實有主觀的概率。實際上,在日常生活中我們經常用到主觀概率。例如我們常說:“今天90%會堵車”、“我80%能通過考試”。當你在做出這樣的推斷時,甚至都沒有數學計算,它完全基于你的經驗和知識。主觀性體現在,每個人的經驗和知識可能是不同的,因此每個人的推斷可能不同。
但是,貝葉斯概率不是一定等于主觀概率。如果某種推斷是基于一種知識體系,而這種知識非常普遍,普遍到“如果你不了解它你就沒法推斷,而所有了解它的人都一定會做出一致的推斷”,那么我們可以認為這種貝葉斯概率是客觀的,我姑且把這種概率稱為基于普遍認知的貝葉斯概率。
著名的貝葉斯定理(Bayes' theorem)在這里也不得不提一下,它允許我們用新的認知來更新舊的推斷。
正如Wiki上的例子,已經知道一個人患癌癥的概率,后來我們又獲得了新的信息--這個人65歲,這時,依據已有的幾項統計數據,我們就可以對此人患癌癥的概率做出更詳盡的推斷。
前面說了這么多,其實我想引出的一個核心問題是:在量子力學和統計力學中用到的概率應該符合哪種解釋呢?
我認為它們是基于普遍認知的貝葉斯概率,如上面所表述的那樣。當你求一個量子體系的波函數時,或者求一個熱力學系統的Boltzmann分布時,你做的其實都相當于這樣一件事情:根據普遍的物理知識和觀測到的宏觀量(在量子力學中如勢能,在統計力學中如總內能、溫度、壓強等)做一個統計推斷(Statistical inference),以求獲取系統的信息。這個信息之所以表現為概率分布的形式,在量子力學中是因為物理規律蘊含本質概率性,而在統計力學中是因為我們對系統信息(普遍地)的匱乏,像第一部分說的那樣。
(為什么要這么在意客觀性?因為在科學中當概念都是客觀的時候,我們才感到比較安全。)
因此,如果統計力學中的概率分布是客觀的(這很重要,不然熱力學熵的概念就很難立足),那就要求這種對系統信息的匱乏是十分普遍的。普遍到不管是地球人還是外星人,是有機生命還是機器人都一樣才行。實際上我認為這很勉強。
最后,我們來說一下概率論和統計的關系。粗糙地講,它們是相反的過程。當你已經知道系統的性質,來預測觀測結果時,玩的是概率論。而通過一些觀測結果,來推斷系統的性質,玩的是統計。這里必須引用這張形象的圖:
在下一部分中,我們將討論“信息”這一概念,會越來越有趣哦~