科学与方法(汉译世界学术名著丛书)
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IV

现在,就其他例子而言,我们将从中看到在某种程度上不同的特征。首先以气体运动论为例。我们应该怎样描绘充满气体的容器呢?无数以高速运动的分子通过这个容器向各个方向飞驰。在每一时刻,它们都撞击器壁或相互碰撞,这些碰撞在十分不同的条件下发生着。在这里,尤其使我们印象深刻的不是原因的微小,而是它们的复杂性,先前的要素还可以在这里找到,并且起着重要的作用。如果分子从它的轨道向右或向左偏离一个十分微小的量——该量可与气体分子的作用半径相比较,那么它就可以避免碰撞或者在不同的条件下继续碰撞,它在冲撞后的速度方向会发生变化,也许改变90°或180°。

这并非一切;我们刚刚看到,为了使分子在碰撞后偏离一个有限量,就必须使它在碰触前仅仅偏斜一个无穷小量。这样一来,如果分子经受了两个相继的冲击,那么在第一次冲击前,它将足以偏斜一个二阶无穷小量,因为它在第一次遭遇后偏离一阶无穷小量,在第二次打击后,它便会偏离一个有限量。而且,分子将不止经受两次冲击;它每秒钟将经受极多次数的冲击。这样一来,如果第一次冲击使偏离增大A倍(A是一个很大的数),那么在n次冲击后,分子将偏离An倍。因此,偏离将变得十分大,这不仅因为A很大——也就是说因为小原因产生大结果,而且因为指数n很大——也就是说因为冲击很多,原因很复杂。

再举第二个例子。为什么阵雨滴似乎是随意分布的?这又是因为决定雨滴形成的原因是复杂的。在大气中分布着离子。在一段长时间内,它们受到不断变化的气流的作用,它们被捕获在很小的旋流上,以致它们的最后分布不再与它们的初始分布有任何关系。突然,温度下降,水蒸气凝结,这些离子中的每一个都变成雨滴的核心。为了知道这些雨滴将如何分布,为了知道多少雨滴将落在每一块铺路石上,只了解离子的初始状态是不够的,还必须计算无数变幻莫测的小气流的影响。

如果我们使小尘粒在水中悬浮起来,那么情况再次是相同的。水流在瓶中激起波纹,我们不知道水流的规律,我们只知道它是很复杂的。在某一时间之后,小尘粒将随意地、也可以说是均匀地分布在瓶中;这恰恰是由于这些水流的复杂性。如果小尘粒服从某一简单的定律,例如若瓶子旋转,绕瓶轴转动的水流描绘出圆圈,那么情况就不再相同了,因为每一个小尘粒都会保持它的初始高度和距轴的初始距离。

考虑两种液体的混合物或两种精细尘粒的混合物,我们也会达到同样的结果。举一个比较世俗的例子吧,这也发生在我们洗扑克牌的时候。每洗一次牌,牌就经受了一次置换(类似于在代换论中研究的情况)。将发生什么呢?特定置换(例如,一个牌在置换前处在第ϕn)个位置,在置换后被放到第n个位置)的概率取决于打牌人的习惯。可是,如果这个打牌人洗牌的时间足够长,那将存在许多相继的置换,最终的次序将不再受其他东西支配,而是受偶然性支配;我的意思是说,所有可能的次序将同样是概然的。这个结果正是由于大量的相继置换,也可以说正是由于现象的复杂性。

最后谈谈误差理论。在这里,恰恰在于原因是复杂的和多重的。即使用最好的仪器,观察者面临的陷阱还不知有多少!他应该全力找出最大的陷阱,并避开它们。这些陷阱是产生系统误差的陷阱。但是,当他消除这些陷阱并承认他取得成功时,依然还存在着许多小陷阱,它们的影响积累起来也可能造成危险。偶然误差即由此而来;我们把它们归因于偶然性,因为它们的原因太复杂了、太众多了。在这里,我们再次只有微小的原因,但它们每一个只可能产生微小的结果;正由于它们的联合和它们的数目,它们的结果才变得难以对付。