65、想象力

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爱因斯坦有一句名言：想象力比知识更重要。尤其是在科学的发展过程中，想象力一直起着不可替代的作用。那么我们为什么如此需要想象力呢，想象力在科学史上又发挥过什么重要的作用呢？

玻尔曾经说过，任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象。因此，我们直接接触、感受并记录到的仅仅是一些数据，这些数据可以是文字、符号、图像、音频、视频等。我们具有天然的收集数据的能力，比如人的五感：视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉。为了延伸我们收集数据的能力，发明了各种各样的传感器和观测工具，发现了像无线电波这样的无法直接感受到的东西，并通过硬盘、光盘等存储介质存储了大量的数据，我们每个人都生活在数据的海洋里。

那么想象力在数据的海洋中扮演了一个什么角色呢？从历史的发展史中我们可以看到，想象力是一种将大量数据联系起来的一种能力，它体现的是数据之间的联系，是一种更高层次的东西。我们每个人的记忆能力是有限的，不可能记住海量的观测数据，这时候，我们就需要想象力的帮助。通过构造一种头脑中的图像或者提出一套抽象的数学模型，将大量的观测数据统一到同一个图像或者逻辑体系之中，我们就可以不需要记忆大量数据而直接理解到数据背后的意义，而且可以通过这种想象能力预测新的现象和数据。一种想象出来的东西，它能够解释的数据越多，能够预测的现象越丰富，它距离真理也就越近，给人们的印象也越深刻。

通过越来越先进的天文观测手段，我们收集了海量的天文数据，发现大量的数据都可以通过牛顿简单的万有引力定律以及力学定律来描述，牛顿构造出来的关于世界的图像赋予我们强大的数据解释能力和预言能力，不仅可以应用于天文学，更可以应用到现实生活的方方面面。如此强大的想象模型却无法解释所有数据，它不能理解水星近日点的进动和光线在大质量天体附近的弯曲。爱因斯坦于是通过深邃的直觉与严密的推理构造出了更强大的理论模型：广义相对论。在广义相对论的帮助下，科学家们通过绝妙的想象力构造出的大爆炸图像结合粒子物理学，解释了更多的天文数据，弯曲的时空与大爆炸的宇宙从此深入人心。人们记不住存储在硬盘上的海量天文数据，对这些数据的记忆也不感兴趣，人们感兴趣的是对这些数据进行分析从而构造一种可以理解的图像或模型。很快，人们发现了现有体系无法理解的新数据，这些新数据要求存在暗物质和暗能量。对暗物质与暗能量数据的解释很可能需要更美妙的想象力，就像从牛顿图像跃迁到爱因斯坦图像一样，这些新数据很可能重新刷新我们头脑中世界的样子。

由此可见，通过想象力构造出来的世界不是一成不变的，对与现有体系不相容的新数据的解释会不断改变和刷新我们的世界观。惠勒曾经用一幅龙图来解释量子现象，初始时刻的观测数据与最终时刻的观测数据对应龙的头和尾巴，是确定的和清晰的，而中间部分的龙的身体则隐藏在迷雾之中，是模糊的、不确定的。这片模糊的龙的身体，就是想象力的战场，它给我们提供了无穷的想象空间。就像摆在每个人面前一个黑盒子，通过对黑盒子输入与输出数据的分析，每个人发挥着各自的想象力猜测黑盒子里到底是什么样子的。薛定谔说，盒子里是一些波动，就像石子落入池塘激起的波纹一样。海森伯说，不对，盒子里仅仅是一些抽象的代数演算规则，任何图像化的描述都是偏离真理的。费曼说，盒子应该里是联系输入与输出的无穷多路径的叠加。或许在未来，我们可以想象出第四种、第五种甚至更多的图像或规则，它们都可以解释同一组数据，并给出自己的预言。面对这些不同的想象力产物，不同的人会有不同的偏好，但是只要能够解释数据并有一定的预言能力，就值得我们赞叹。

当一个学科拥有大量的数据，尤其是拥有大量现有体系暂时无法理解和解释的数据时，说明它拥有广阔的发展前景，因为大量的数据必然产生联系和解释这些数据的更大的想象空间。与数字有关的数据由于我们拥有强大的数学工具已经逐渐步入成熟期，而伴随着互联网上爆炸式增长的大数据，大部分是以文字、图像以及音频视频等形式存在的。通过人们无穷的想象力，有希望在不久的将来，发现支配这些新型数据规律的新数学与新规律。新的科学很可能会在这些领域取得突破。一门学科，只有当它达到能够成功的运用数学时，才算真正的发展了。香农从大量的信息中抽象出的信息熵概念，使我们可以应用数学来理解和计算信息。如今从事自然语言处理与机器翻译等领域的学者们，已经开始从数学的角度来理解一篇文章或一段语音了，自然语言的概率模型也使我们可以用数学方法理解和分析语言，而模式识别方法可以让计算机识别人脸，并对图片或视频进行分析处理。他们建立了各种不同语言的标准语料库，及理解文字与图像的数学模型，不断寻找这些新型数据背后的规律。在构造这些新型模型的过程中，想象力显然是至关重要的。

如果没有想象力构造出来的这些图像和模型，我们面对数据海洋只能随波逐流，无法理解这个世界为什么是这个样子的。或许真实的世界并不是我们想象中的样子，我们或许并没有发现真正的世界图像以及数据之间真正的因果联系，但是这些想象产物的确使我们离真理更近了。如果说我们用来收集数据的感官与仪器属于五感，那么想象力就是第六感，它可以让我们穿透数据的迷雾，直达问题的核心，发现数据背后的联系与意义，感悟和体会世界的运行机制与演化规律。