是宇宙里恒星的數(shù)量多還是地球上沙子的數(shù)量多?鴨嘴獸是爬行動(dòng)物還是哺乳動(dòng)物?在動(dòng)物界,為什么總是雄性更漂亮?你是不是有很多不好意思問出來的不解問題?這本書就是為你而寫的!
作者希望通過本書在廣義的層面上探討科學(xué),而不是專注于某一個(gè)特定的領(lǐng)域,所以本書的內(nèi)容涉及物理學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué),甚至博弈論和行為經(jīng)濟(jì)學(xué)在內(nèi)的眾多學(xué)科。書中的章節(jié)編排完全不遵從任何邏輯,每章都是一個(gè)獨(dú)立的主題,每個(gè)主題都是引人入勝的科學(xué)想法。作者以生活中與女兒們的對(duì)話作為每一章的起始,用通俗易懂的語言,循循善誘,讓你漸入佳境,走進(jìn)迷人的科學(xué)世界。
1. 精選20個(gè)科學(xué)問題,涵蓋物理學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué),甚至博弈論和行為經(jīng)濟(jì)學(xué)等眾多學(xué)科,文字風(fēng)趣,老少咸宜。
2. “量子引力學(xué)”博士、訂閱量近百萬的YouTube“神奇科學(xué)”頻道博主科普處女作,法語版已再版。
3. 每章一個(gè)主題,篇幅適中,可從任何一個(gè)章節(jié)開始閱讀。
4. 內(nèi)文包括大量插圖,雙色印刷,圖文并茂幫助讀者理解知識(shí)點(diǎn),輕松閱讀無壓力。
從很小的時(shí)候開始,我就立志成為一名科學(xué)家。哦,當(dāng)然啦,我也曾經(jīng)想過成為消防員和宇航員,但最終,我很幸運(yùn)能夠早早地感受到我的使命在召喚著我,那就是科學(xué)。不過,具體要投身哪個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)呢?我曾猶豫了很長一段時(shí)間,遲遲不能決定,而那一錘定音的瞬間終于在我 18 歲上下的時(shí)候到來了。彼時(shí)我正在住院,好幾天臥病在床,最主要的消遣就是讀書,我讀的那本書叫《時(shí)間簡史》,是史蒂芬?霍金的暢銷書。這位著名的英國天體物理學(xué)家在書中討論了宇宙的起源、大爆炸理論、黑洞,以及很多其他關(guān)于時(shí)間與空間的不可思議的話題。就在那一刻,我下定了決心:我,也要成為一名天體物理學(xué)家!
幾年過去了,在付出了大量辛勤的汗水之后,幸運(yùn)女神向我招手了:我進(jìn)入了博士階段的學(xué)習(xí),并且主攻一個(gè)魅力無窮的研究方向,即“量子引力”。量子引力屬于理論物理學(xué)的領(lǐng)域,旨在試圖回答無限大和無限小的理論如何統(tǒng)一的難題。所以我在力所能及的范圍內(nèi),用我自己的方式,開始了關(guān)于“萬有理論”的探索,這對(duì)于更好地理解大爆炸之后的最初時(shí)刻及空間 ? 時(shí)間的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。霍金在他的書里也提到了同樣的理論,而之后他也一直在為繼續(xù)構(gòu)建這個(gè)理論而努力著。
在這樣一個(gè)激動(dòng)人心卻又令人生畏的研究領(lǐng)域工作,經(jīng)過博士階段 3 年的調(diào)查研究,我當(dāng)然也取得了一定的成就,但是,就像在物理學(xué)領(lǐng)域中常見的那樣,我的這點(diǎn)兒成就對(duì)于推動(dòng)這個(gè)著名理論進(jìn)展的過程來說,只是一點(diǎn)兒小小的積累而已。還有一點(diǎn),如果我想要繼續(xù)在這條路上走下去,尤其是想要找到一份專業(yè)對(duì)口的穩(wěn)定工作幾乎是不可能的,因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)職位實(shí)在是太稀少了。因此,在我獲得博士學(xué)位之后,就決定轉(zhuǎn)行了。
在此之前,已經(jīng)有很多導(dǎo)師建議我說:你得有一個(gè)備用計(jì)劃。彼時(shí),對(duì)于博士畢業(yè)的我來說,有兩條路擺在面前,其一是成為一名教師,其二是轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究。幾經(jīng)猶豫之后,我選擇了后者,于是我決定去敲一敲工業(yè)領(lǐng)域的大門。
我進(jìn)入了法國一家大型工業(yè)集團(tuán)的研發(fā)部門,我的工作讓我有了兩個(gè)至關(guān)重要的發(fā)現(xiàn),沒有這兩個(gè)發(fā)現(xiàn),可能也就不會(huì)有這本書的問世。首先,我發(fā)現(xiàn)除了黑洞和大爆炸,還有讓人血脈賁張的科學(xué)研究課題。在我讀博士的時(shí)候,我覺得只有基礎(chǔ)物理學(xué)才是最棒的,而其他的科學(xué)領(lǐng)域?qū)ξ襾碚f都是那么蒼白無趣,但是相信我,液態(tài)泡沫的物理化學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué),以及材料力學(xué)都是非常令人興奮的研究領(lǐng)域……
而第二個(gè)發(fā)現(xiàn),則是我發(fā)現(xiàn)自己熱愛科普事業(yè)。在工業(yè)研發(fā)領(lǐng)域和學(xué)術(shù)領(lǐng)域工作,一個(gè)最根本的區(qū)別就在于,在大學(xué)里,我們通常只會(huì)和學(xué)術(shù)同行們打交道,但在企業(yè)里,我們要花時(shí)間向那些不是研究者的人解釋我們的工作。而也正是在這樣的過程當(dāng)中,我意識(shí)到自己很欣賞這種教育實(shí)踐,并且,我也很擅長做這樣的事情……
在過去的 5 年時(shí)間內(nèi),我一直在業(yè)余時(shí)間從事面向大眾的科普工作,這算是我的愛好,也讓我覺得很好玩。最開始我采用的是博客的形式,幾年之后,我開始錄制視頻,然后在視頻網(wǎng)站上建立了個(gè)人頻道并發(fā)布錄制內(nèi)容。科普工作能讓我把對(duì)科學(xué)的熱情轉(zhuǎn)化為滿足另一種更深層次目標(biāo)的動(dòng)力。我們正生活在這樣的一個(gè)世界里,在這個(gè)世界,科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和影響越來越大,但是滋養(yǎng)科學(xué)文化的土壤卻無比貧瘠。不信嗎?讓我給你描述一個(gè)啟發(fā)性的畫面吧!當(dāng)你開口說出“文化”這個(gè)詞,大多數(shù)人會(huì)聯(lián)想到“文學(xué)”“繪畫”“古典音樂”或者“歷史”……但幾乎不會(huì)有人想到科學(xué)!就好像科學(xué)文化并不屬于文化領(lǐng)域一樣。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果呢?在法國——在其他國家可能也是一樣——科學(xué)對(duì)孩子們不再具有吸引力。中學(xué)生、大學(xué)生們都不再渴望成為“科學(xué)家”,這一點(diǎn)也造成了社會(huì)普遍的憂慮,因?yàn)楹芏鄬<抑赋觯?jīng)濟(jì)的繁榮將會(huì)來自于科學(xué)研究和創(chuàng)新。簡而言之,對(duì)我來說,科普工作就等于嘗試著——不太謙虛地說——改變世界。
因此,出于以上種種原因,這本書問世了。我希望能夠在廣義的層面上探討科學(xué),而不是專注于某一個(gè)特定的領(lǐng)域;這也就是為什么你會(huì)在書里看到物理學(xué),也就是我的老本行,以及生物學(xué)、數(shù)學(xué),甚至還有一些社會(huì)科學(xué)。書中的章節(jié)編排完全不遵從任何邏輯,每一章的主題都是獨(dú)立的,與其他章節(jié)沒有聯(lián)系,可以放心閱讀,而每一個(gè)主題都是曾經(jīng)吸引我的科學(xué)想法,它們讓我珍視科學(xué),我非常愿意與大家一起分享這些科學(xué)知識(shí)。
在前言里,我還要做一個(gè)重要的聲明:你完全不需要具備長時(shí)間的科研經(jīng)歷就能讀懂這本書的內(nèi)容。你應(yīng)該大概知道原子是什么吧?你聽說過基因吧,還有概率。行了,你一定能看懂這本書!
你是不是有很多不好意思問出來的不解問題?這本書就是為你而寫的!探索進(jìn)化的奧秘或者了解希格斯玻色子的復(fù)雜性讓你對(duì)本書望而卻步?放輕松吧,這本書里,每一章都會(huì)循循善誘,讓你漸入佳境,因?yàn)槊恳徽碌拈_頭,都是一段與孩子們的對(duì)話!我真的非常幸運(yùn)能有 3 個(gè)可愛的女兒,她們的存在讓我有了更多作為一名科學(xué)研究者的覺悟,也常常能夠激發(fā)我對(duì)科普工作的熱情。和她們聊科學(xué)、向她們解釋科學(xué)原理,真的是一種非常好的科普技巧的訓(xùn)練。
對(duì)于那些想要了解得更深入的讀者,我在本書的最后列了一份推薦書單,有一些是介紹性的書籍,另外一些則更具專業(yè)性(基本上都是英文的科學(xué)類出版物)。讀罷此書,別忘了也可以在互聯(lián)網(wǎng)上找到我,因?yàn)槟抢镆彩俏议_始科普征程的起點(diǎn),尤其是在社交網(wǎng)站上(我的推特賬戶是 @dlouapre),我在YouTube上的頻道名稱叫作“令人稱奇的科學(xué)”(Science étonnante)。
作者簡介
大衛(wèi)?盧阿普爾,基礎(chǔ)物理學(xué)博士,研究方向?yàn)椤盁o限大與無限小的統(tǒng)一”,物理學(xué)研究者、科普傳播者,致力于在互聯(lián)網(wǎng)上推廣應(yīng)用物理。
譯者簡介
孫佳雯,英法雙語譯者、自由撰稿人,擅長翻譯科普類、社科類作品。擁有理學(xué)學(xué)士、社會(huì)學(xué)碩士學(xué)位。法國巴黎社會(huì)科學(xué)高等研究院博士候選人,旅居法國多年。愿以翻譯為橋梁,溝通古今上下東西文化,跨越知識(shí)與日常之鴻溝,讓科學(xué)變得親切,讓眼界更加寬廣,讓心靈獲得自由。
1 宇宙里的恒星比地球上的沙子數(shù)量還多嗎
無邊無際的宇宙?
一大堆的沙子
2 地球上最初的那些小生命是怎樣出現(xiàn)的
奧帕林猜想? 16
米勒實(shí)驗(yàn)? 18
改變大氣的需要
3 鴨嘴獸是哺乳動(dòng)物還是爬行動(dòng)物
一種十分奇怪的動(dòng)物
進(jìn)化樹上何處安放你,小小鴨嘴獸?
哺乳動(dòng)物的進(jìn)化樹?
進(jìn)化的分叉?
4 原子究竟有多小
原子與分子?
富蘭克林的實(shí)驗(yàn):一次錯(cuò)失的機(jī)會(huì)?
一杯水里有多少分子?
5 不想環(huán)繞地球,可怎么能知道它的周長呢
井底的太陽光?
燈塔的陰影?
在駱駝背上?
現(xiàn)在輪到讀者們了
6 地球的內(nèi)部是液態(tài)的嗎
一層薄薄的地殼?
不,地幔不是液態(tài)的?
大陸板塊的漂移?
地幔之下?
關(guān)于地球內(nèi)部,我們?cè)趺磿?huì)知道得這么清楚呢
7 我們的體內(nèi)一共有多少細(xì)菌
比例 10∶1?
我們到底是誰?
不要?jiǎng)游业募?xì)菌?
你屬于哪種糞便型
8 數(shù)學(xué)研究總是那么難以理解嗎
一個(gè)如此簡單的猜想?
另一個(gè)難解的猜想?
費(fèi)馬大定理
9 月亮是從哪里來的?
我的老烏龜們正好走在一位忍者上?
讓我逃離月球?
注意注意,忒亞來啦?
沒有月亮,就沒有生命
10 宇宙是某天突然誕生的嗎
愛因斯坦創(chuàng)造的廣義相對(duì)論?
宇宙正在膨脹中?
多普勒紅移?
我們的未來將何去何從?
宇宙往事回眸
11 吃虧上當(dāng)?shù)目偸抢虾萌藛?
分享還是盜走?
每個(gè)游戲都不一樣?
那么,在日常生活中呢?
否決博弈?
敵人還是朋友?
阿克塞爾羅競賽,在寬恕與懲罰之間?
12 為什么最漂亮的總是雄性
貝特曼原理?
武器與裝飾?
可是為什么還有那些樣貌平庸的雄性呢?
兩性戰(zhàn)爭??
13 為什么法國茴香酒加水會(huì)變混濁
脆弱的“三人行”?
會(huì)變混濁的法國茴香酒?
一個(gè)科學(xué)的魔術(shù)技巧
14 我們買下的商品總是想買的那件嗎
一則有趣的廣告?
一個(gè)關(guān)于比較的問題?
損失規(guī)避?
接受沉沒成本?
大量的偏見
15 原子是在哪里被“制造”出來的
原子結(jié)構(gòu)面面觀?
一場不太高產(chǎn)的大爆炸?
在恒星的大熔爐中?
超新星?
我們?cè)趧?chuàng)造原子的過程中做了些什么
16 有益還是有害?奇妙的分子鏡像?
分子式并不能說明一切……?
鏡像分子?
生命都是左撇子?
關(guān)于味道?
鏡子里的另一端
17 克羅馬農(nóng)人是我嗎
人類、猴子和樹?
“東區(qū)故事”理論,一個(gè)關(guān)于氣候變化的故事?
從非洲到世界各地?
走出非洲?
親愛的消失者?
18 化驗(yàn)結(jié)果呈陽性,我們一定是生病了嗎
一個(gè)反直覺的結(jié)論?
如何正確看待概率?
辛普森悖論?
悖論困境及其影響因子?
啤酒與性欲
19 我們所做的事情總是出于自愿嗎
一個(gè)令人不安的實(shí)驗(yàn)?
無意識(shí)與做決定?
我們可以預(yù)測(cè)自己的行為嗎?
當(dāng)科學(xué)遇到哲學(xué)?
自由意志與社會(huì)?
20 是誰捉住了希格斯野牛
潛入物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最深處?
微粒子萬花筒?
粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型?
古怪的媒介子?
“希格斯”的舞臺(tái)?
事實(shí)上,我不喜歡希格斯玻色子……
延伸閱讀?
致? 謝?
圖片致謝
18 化驗(yàn)結(jié)果呈陽性,我們一定是生病了嗎
2015年10月27日
這一回,今年的秋老虎是真真正正地過去啦。過去幾周里,天朗氣清,惠風(fēng)和暢,溫度適宜,然而突然一陣寒流襲來,猝不及防。因?yàn)闅鉁伢E降,所以人體對(duì)于秋季的到來多多少少有點(diǎn)兒不適應(yīng)。
我最小的女兒阿加莎在換季的時(shí)候咽喉腫痛,我們有點(diǎn)兒擔(dān)心她得了咽炎。慎重起見,醫(yī)生向我們建議做一個(gè)化驗(yàn),看一看到底是什么毛病。如果是細(xì)菌引起的咽炎,那么可以通過抗生素治療。如果是病毒引起的,那抗生素是沒有用的。
阿加莎乖乖地接受了化驗(yàn)。最后,結(jié)果呈陽性,說明阿加莎的咽炎是細(xì)菌引起的。
“爸爸,阿加莎的化驗(yàn)是什么結(jié)果啊?”瑪麗娜很關(guān)心她的小妹妹,向我問道。
“化驗(yàn)結(jié)果呈陽性,意味著是細(xì)菌引起的咽炎,用抗生素就能治療!
“醫(yī)生們經(jīng)常做化驗(yàn)嗎?”
“對(duì),經(jīng)常,通過做這樣的化驗(yàn)可以確定很多種疾病!
“那化驗(yàn)的結(jié)果永遠(yuǎn)都是對(duì)的嗎?”
“也不一定,要看是什么病、什么化驗(yàn)。有的時(shí)候化驗(yàn)結(jié)果呈陽性,但是我們并沒有真的生病。我們稱之為‘假陽性’!
“那樣的話,我們不就白擔(dān)心了嗎?”瑪麗娜不安地說道。
為了理解為什么說化驗(yàn)的可靠性問題并不是那么簡單的,你可以想象這樣一種情況。你剛剛做了一項(xiàng)化驗(yàn),發(fā)現(xiàn)自己可能患上了一種在人群中發(fā)病率只有 0.1% 的疾病。醫(yī)生向你宣布化驗(yàn)結(jié)果:很不幸,結(jié)果呈陽性。
然后,你問醫(yī)生,化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確率是多少!昂芎唵危贬t(yī)生道,“如果您真的患上了這種病,化驗(yàn)結(jié)果有 90% 的可能呈陽性。如果您沒有患病,化驗(yàn)結(jié)果有97%的可能呈陰性。”這話聽起來挺耳熟的,對(duì)吧?如果化驗(yàn)結(jié)果呈陽性,那么你很有可能患上了這種疾病。然而,在你看來,你患上這種病的概率是多少呢? 97%、90%、87% 或者更低?
好吧,正確的答案是:概率比你們想的低得多!為了證明這一點(diǎn),讓我們一起算算看。
一個(gè)反直覺的結(jié)論
假設(shè)我們?cè)谌巳褐须S機(jī)抽取1萬人進(jìn)行測(cè)試。然后我們假設(shè)上面醫(yī)生說的這種疾病在人群中的發(fā)病率是 0.1%,也就意味著,在這組抽樣當(dāng)中,大約只會(huì)有10人患病。對(duì)于患者們來說,測(cè)試結(jié)果有90%的可能呈陽性。因此,10個(gè)病人中的9人會(huì)獲得陽性測(cè)試結(jié)果, 1人會(huì)獲得陰性的測(cè)試結(jié)果(這是一種“假陰性”)。
現(xiàn)在,讓我們來看一看另外9990個(gè)沒有患病的人。根據(jù)醫(yī)生給出的數(shù)據(jù),未患病人群中有97%的人測(cè)驗(yàn)結(jié)果呈陰性,但是還有3%,也就是說大約300人,化驗(yàn)結(jié)果呈陽性,這就是我們所說的“假陽性”。
最后,讓我們看看在這1萬人的抽樣當(dāng)中所有化驗(yàn)結(jié)果呈陽性的人:有9個(gè)真的患了病的患者,還有300個(gè)假陽性的“患者”!因此,如果你的測(cè)試結(jié)果呈陽性,那么你只有2.9% 的概率真的患上了這種疾病。(圖1)
你是不是覺得這個(gè)結(jié)果太違反常理了?其實(shí)不光是你,有一些健康專家也對(duì)這個(gè)結(jié)果一頭霧水。看破這個(gè)悖論的關(guān)鍵在于,當(dāng)我們的化驗(yàn)結(jié)果呈陽性的時(shí)候,我們往往直觀地低估了假陽性的概率。然而,對(duì)于一個(gè)在人口中患病率很低的疾病來說,通常假陽性的數(shù)量比真陽性的數(shù)量要多得多。
如何正確看待概率
為了解答在面對(duì)此類奇怪的悖論之時(shí)自然而然產(chǎn)生的困惑,我們需要簡單地了解一下什么是所謂的“條件概率”。當(dāng)我被告知化驗(yàn)結(jié)果呈陽性的時(shí)候,我會(huì)考慮我是不是真的生病了,我一定會(huì)問自己:“如果已知的化驗(yàn)結(jié)果呈陽性,那我患病的概率到底是多少呢?”
所以,當(dāng)醫(yī)生告訴我說,如果我真的生病了,化驗(yàn)的結(jié)果有 97% 可能呈陽性,那么他回答的其實(shí)是:“如果已知自己生病了,那么我化驗(yàn)結(jié)果呈陽性的概率是多少?”
你看出這兩者之間的區(qū)別了嗎?還沒有?那么再想想看下面這兩個(gè)類似的問題:
“如果已知自己是前總統(tǒng),那么我是一個(gè)人的概率是多少?”
“如果已知自己是一個(gè)人,那么我是前總統(tǒng)的概率是多少?”
我們可以看到,這兩個(gè)問題的答案是大相徑庭的!當(dāng)概率問題涉及“如果已知”這個(gè)條件的時(shí)候,數(shù)學(xué)家們會(huì)告訴你這個(gè)叫作“條件概率”。這幾個(gè)字看上去不起眼,但是正如我們剛才所看到的那樣,這不但在醫(yī)學(xué)診斷當(dāng)中是一個(gè)至關(guān)重要的問題,在我們?nèi)粘I钪幸彩浅R姷纳鐣?huì)辯論話題。
假設(shè)我正在編輯一本犯罪統(tǒng)計(jì)數(shù)字的相關(guān)圖書,然后我簡單直接地告訴你說:“95% 的偷車賊穿紅色的衣服!
我敢肯定,此后你每當(dāng)看到一個(gè)穿著紅色衣服的人經(jīng)過車旁的時(shí)候,小心臟都會(huì)抖一下。然而,這是完全沒有道理的,因?yàn)槲也]有說“穿紅色衣服的人中有 95% 是偷車賊啊”!
下一次,當(dāng)你遇到這種類型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí),花點(diǎn)兒時(shí)間想一想,這個(gè)數(shù)據(jù)究竟意味著什么,也想一想其中可能的陷阱在什么地方?紤]一下“條件概率”的情況,對(duì)于更好地理解數(shù)據(jù)會(huì)更有幫助。
既然我們常常遇到統(tǒng)計(jì)學(xué)的陷阱,下面讓我再介紹一個(gè)更匪夷所思的悖論。