如何把不确定性变成确定性
  • 来源:科普时报
  • 作者:李峥嵘
  • 2020-12-14 14:06


12月6日,我国航天器首次实现月球轨道交会对接。嫦娥五号上升器成功与轨道器返回器组合体交会对接,并将月球样品容器安全转移至返回器中。本月的某一天,我们就将收到嫦娥五号探测器从月球带回来的“快递”。这次嫦娥五号探月举世瞩目,值得研讨的内容非常丰富,我们今天只谈一个科学思维:把不确定性变成确定性。

12月3日,也就在嫦娥五号探测器在月球上点火起飞前,在腾讯北京总部举办的2020腾讯ConTech大会上,多位科学家围绕“飞向月球,跃向火星,人类何时自由遨游太空”展开了一场讨论。中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃谈到,这次探测器在月球上自动打孔取样的困难程度,跟地球上完全不是一个量级,钻取有很多不确定的因素,不知道会发生什么意外。“这么多航天人的任务就是把不确定性变成确定性。”

人类天生对于不确定的事物怀着恐惧,这是藏在我们基因里的自我保护。如果我们的祖先不知道恐惧,可能早就被猛兽所吞噬。但是在现代社会里,如果我们对不确定性过分害怕的话,就会停滞不前。所以火箭科学家奥赞·瓦罗尔在《像火箭科学家一样思考》中提出:“我们要在不确定性中寻找确定性,在混乱中探索次序,在歧义中寻找正确回答,在错综复杂中寻找坚定。”

如何在不确定的世界里找到确定性?《像火箭科学家一样思考》提出了三点可供我们学习的思维方式:

首先,要谦卑地承认自己无知,谦逊聆听他人的意见。在心理学上有个认知达克效应:越是无知的人越狂妄自大,知识越丰富的人越能意识到自己的不足,也越能发现、承认与学习别人的优点。就像物理学家麦克斯韦说的:“完全自知的无知是知识获得真正进步的前奏。”物理学家费曼获得了诺贝尔奖之后,依然谦逊地称自己是“一只迷茫的猿人”,并以儿童的好奇心对待身边的每一件事物,他说:“我觉得未知让人生变得更有趣,这样总比带着有可能错误的答案生活要好。”

其次,把不确定性当成朋友,勇敢走进未知的世界。先经历混乱,然后才能取得突破。很多的科学家都是在经历一次一次的失败和不确定之后发现科学的定律,比如曾经证明费马大定律的安德鲁·怀尔斯把发现的过程比喻成在一座黑暗的宅邸中摸索前行:“首先要进入一个房间,花上几个月的时间摸索前进,四处探索和创造各种东西,经历了极大的无所适从和困惑之后,才可能最终找到电灯开关,然后又走向下一个黑暗的房间,一切重新开始。”

 第三,用知识减少不确定性。考虑最好和最坏的情况,针对可能的问题采取措施、减少风险。火箭科学里有两个原则,一个叫做创建备份,一个是设定安全边界。

创建备份是保障即使出了故障也不会危及整个任务,就像汽车有备用的轮胎、波音飞机上会安装两台引擎。北京航天飞行控制中心书写的《月背征途:中国探月国家队记录人类首次登陆月球背面全过程》写道,2018年5月21日,中国首次发射环绕月球轨道的微卫星“龙江1号”和“龙江2号”,发生了一些意外事故。“龙江一号”在发射之后,卫星信号突然消失。接着“龙江2号”也出现了状态失稳的情况,青岛测控站跟踪信号中断,紧急切换到喀什站发送指令,但是喀什站的跟踪也很快中断,关键时刻,临时增加的佳木斯深空站为“龙江2号”中途修正提供应急监控支持的方案起作用了,佳木斯深空站的跟踪信号正常。经过近三小时的紧急抢救,飞控中心发送了500多条指令让“龙江2号”转危为安。科学家们都为这次成功的紧急抢救而欢呼,也为调用佳木斯深空站的正确决策而感到庆幸。

而建立安全边界则要比需要的准备更多。比如宇宙飞船会比表面看上去的更结实,隔热层厚度也超过标准,以防充满不确定性的太空环境比预想的更恶劣。再比如火箭上发射以后也没有办法再召回上面的硬件,所以上面使用的工具是多用途的。火星探测漫游者计划曾经在2003年向火星发射两台探测器“勇气号”和“机遇号”,探测器上面装有各种不同的工具,能够灵活多能,应付各种不确定性。2006年3月,“勇气号”的右前轮失灵,操控“勇气号”的宇航员就将它倒着开,直至其服役结束。“如果我们善于学习,失败定会带来成功。”

向着未知世界出发

不是每个人都立志成为火箭科学家,但是我们可以学习科学家的思维方式。学生在学校里学习的时候往往是直接被教给一个公式,然后大量做题熟记公式、通过考试来检测学习成果。但其实科学家们探索科学的过程并没有一条笔直的道路、没有一个明确的公式存在,比如说牛顿定律就是花费了很多年的探索、修改、调整得到的,也经历过很多的失败。科学探索的过程有很多不确定性。唯有把好奇心作为我们探索的燃料,向着未知的世界出发,充分利用不确定性,才能创造出最具潜力的成果。

你也可以设想你的生活里有没有备份,如果你出了问题你会怎么做?我们在学习中面对不确定性的时候,常常找借口说我不够格、我没有做好准备、我没有足够的时间。先做起来,心理学上有“五分钟原则”,只要你开始第一个五分钟,就会做得更久。如果你永远不开始就永远是原地踏步。秘诀就是在看到一条清晰的道路之前,你就要开始行走。火箭科学家奥赞·瓦罗尔勉励我们:“迈开你的步伐吧,如果因为你的轮子卡住了,你可以学会倒着走。迈开你的步伐吧,因为这是前进的唯一的方式。”“敢于冒险才能实现突破,固步自封就不会有出人意料的发现,唯有那些领先时代之人才敢于与伟大的未知事物共舞,并在现状中发现潜伏的危机,而不是满足于现状。”

(作者系教育硕士、北京金牌阅读推广人)


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