中文版序 噪聲是創造力的引擎，理解不確定性至關重要

我非常高興能為《懷疑的首要性》的中文版撰寫這篇序言，并向中國讀者致以誠摯的問候。

這是一本關于不確定性科學的書，涵蓋了從應用科學（天氣、氣候變化、經濟學、健康和人類沖突）到基礎科學（量子物理學、宇宙學和意識）等一系列主題。我希望這本書中的內容能引起所有讀者的興趣。當然，如果你發現某一章節不合你的口味，直接跳到下一章就好！

大約在1990年我首次來到中國時，我注意到街上的人會盯著我看——那時看到一張西方人的面孔仍有點不尋常。從那以后，中國科學技術的迅猛發展令人矚目，如今中國無疑已是世界領先的科學強國。事實上，2022年，就在我的書在英國和美國出版之際，中國科學家展示了利用基于人工智能的全新技術進行天氣預報的可能性，而這正是我多年來研究的領域。尤其值得一提的是，這些人工智能技術并不需要強大的超級計算機。這項革命性工作對全球業務氣象學領域產生的影響不容忽視。

然而，當新的科學觀點被提出時，我們務必謹慎對待，甚至要持一定的懷疑態度。我們能否確定在實驗室里或通過有限的驗證測試所得到的結果，在更普遍的情況下也同樣成立呢？社會依賴高質量的天氣預報，尤其是在對危及生命的事件發出預警時。然而，從本質上講，在用于訓練人工智能天氣預報系統的數據集中，這些危及生命的事件并不常見。對于罕見的極端事件，我們能在多大程度上信任人工智能預報系統呢？實際上，在其他領域，我們發現人工智能也可能會出錯。大語言模型“產生幻覺”是相當常見的情況，即它們會給出完全錯誤的陳述。我們在閱讀一些由人工智能生成的文本時，根本不知道哪些陳述是可信的，哪些是不可信的。我們必須開發一些技術，使它們能夠在基于人工智能的預測系統不可靠時，向我們發出警告。

開發這類技術正是我這本書的核心，并且這一目標在今天和我寫作本書時一樣具有現實意義。當我們進行預測時，我們必須能夠估計這些預測中的不確定性。這是科學方法的核心所在。如果有人做出一個預測，卻沒有對其可靠性或不確定性進行任何估計，那么我們就應該對這個預測持非常謹慎的態度。如果沒有對預測的不確定性進行估計，那它就不是一項科學的預測。在本書中，我介紹了我在英國氣象局和歐洲中期天氣預報中心開發的集合預測方法。該方法用于對天氣和氣候預報的不確定性進行估計。不過，我在本書中也探討了如何將這些方法應用于經濟和健康預測。事實上，我寫這本書的時候正值新冠病毒感染疫情期間，當時人們正在開發集合預測方法來幫助預測新冠病毒導致的死亡人數和住院人數，因此對不確定性的估計至關重要。通常，政府不僅想知道最可能的死亡人數和住院人數，還想了解合理的最壞情況。就在我寫這篇中文版序時，集合預測技術正被應用于人工智能領域，我認為這是一個非常令人興奮且重要的發展。

提到不確定性時，我們可能會聯想到一個部分被噪聲掩蓋的信號。我們的直覺是噪聲，是個麻煩，必須盡量減少，但事實未必如此。我這本書的主題之一就是噪聲可以是一種有用的資源。噪聲可能發揮關鍵作用的一個領域是在人類的大腦中。大腦中存在噪聲是一個必然結果，因為大腦大約有800億個神經元，而消耗的能量卻僅為20瓦，比現代超級計算機少了大約6個數量級。在本書中，我提出，人類之所以能夠成為極具創造力的物種，正是大腦對神經元噪聲進行開創性利用的直接結果。在這方面，我很高興地看到，2024年的諾貝爾物理學獎被授予了那些在人工智能系統中充分利用噪聲的先驅者。人工智能與人類認知的關系正逐年變得更加緊密。在這一探索過程中，試圖理解人類如何處理不確定性至關重要！

在本書中，我探討了噪聲和不確定性如何影響人們的日常生活。有時，人類會被認為是不理性的（甚至是愚蠢的！），因為我們往往會答錯一些看似簡單的問題（例如，買一根棒球球棒和一個棒球共花費1.10美元。球棒比棒球貴1美元。棒球的價格是多少？答案不是10美分！）。然而，我認為這種關于不理性的結論忽略了一個重要的點。當我們每天面臨成千上萬的決策時，大腦花費大量精力去回答不重要的問題是不理性的。因此，大腦形成了一種非常理性的策略來處理這些成千上萬的決策：花費很少的精力去回答不重要的問題，從而將可用的精力集中在需要的地方，即重要的決策上。從這個角度來看，正確回答球棒和棒球的問題是不理性的。（除非答對這個問題能挽救你的生命！）這種策略在人工智能系統中仍未得到考慮，而且在我看來，這仍然是人類與人工智能的一個關鍵區別。

然而，在試圖理解人類和人工智能系統時，還有另外一個重要的未解決問題：量子物理學在人類認知中是否起著至關重要的作用？我們仍然不知道答案，在我看來，我們不知道的原因之一是，盡管量子理論已有100年的歷史，但我們仍然沒有很好地理解它。在本書中，我討論了量子物理學中不確定性的起源。它與經典混沌系統中的不確定性本質上是相同的，還是根本不同呢？物理學家們的普遍觀點是，量子不確定性與混沌不確定性截然不同。然而，我認為這一結論可能是錯誤的。也許量子計算機發展帶來的最大影響之一是我們最終將能夠理解量子不確定性的真正物理本質。

在寫這本書時，人們常常問我，我心目中的讀者是哪一類人。老實說，我在寫作時想到的是我的兄弟。他沒有接受過正式的科學訓練，但仍然對科學非常感興趣。他經常打電話給我，詢問我對他剛看過的一些網絡科普視頻的看法。在我看來，他是可能被這本書吸引的那類讀者的典型代表。所以，親愛的讀者，你不必具備任何科學知識也能閱讀本書，當然更不需要具備專業技術層面的知識，但你必須對科學有一定的好奇心。

在我的科研生涯中，我有幸與中國科學家合作。的確，我們現在生活在一個國際合作至關重要的時代。社會面臨的諸如氣候變化等許多問題是全球性問題，必須在全球范圍內加以解決。在前進的道路上，分享我們對科學的理解非常重要。但也許同樣重要的是，當我們對某些問題理解不深時，分享我們的困惑和懷疑。我自己就曾因沒有像期望的那樣對氣候變化的區域影響有一個準確的認識而感到沮喪。不僅區域尺度上的不確定性很大，而且我們可靠地估計這些不確定性的能力也很薄弱。在本書中，我建議成立一個“氣候變化領域的歐洲核子研究中心（CERN）”。以這個國際粒子物理實驗室命名的“氣候變化領域的歐洲核子研究中心”不會將基本粒子對撞在一起，而是會建立超高分辨率的全球氣候模型，以便更好地理解中國以及全球極端天氣事件不斷變化的本質。如果我們要明智地適應氣候變化，那么成立這樣一個中心將非常重要。如果真的建成這樣一個中心，也許中國會發揮主導作用。我希望能再次來到中國，也許還可以談談我的這本書。如今，我的西方面孔不會再像1990年時那樣稀奇了。

親愛的讀者，向你致以我最誠摯的美好祝愿。我希望你能在這本書中找到一些能給你帶來啟發和挑戰，甚至可能改變你生活的東西。