科学有故事·听众问答
本系列内容来自音频专辑《汪诘：科学有故事》中的“听众问答”，定期答复听友们提出的各种与科学有关的问题。收听音频可至喜马拉雅、网易云音乐、蜻蜓等各大网络电台。
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听众问答 27 | 用概率来解释因果关系到底科学不科学？
汪诘
科学有故事
我忘了具体是哪位听众的名字，他在微信群里面问，经常在科普或者科学论文中看到用概率来解释事件与事件之间的因果关系，最常见到的就是气象预报中的降水概率和医学研究中的致死率、治愈率、存活率等。他感到很疑惑：科学研究的是自然规律，什么是规律？规律就应该是确定的因果关系嘛。像概率这样说不准的东西到底科学不科学呢？
我想在回答这个问题之前，先说明一点。我经常会被问到结尾是“科学不科学？”的问题，虽然我能明白你们想问的是什么，但说实话，这样的问法真的不太好。科学并不是一个表示“正确”或者“错误”的形容词，它是一个名词，就好像是说“方法”、“模式”一样，你想，如果你问：这个东西到底方法不方法？模式不模式？别人肯定听不懂对吧。因此，我建议大家以后再有类似的问题，可以尝试着这样问：用概率来解释这个现象到底是否符合科学研究的范式呢？现在流行的高脂肪低碳水的饮食结构是否有科学依据呢？如果你能慢慢地转变成这样的提问方式，那么你对很多东西的概念都会变得越来越清晰，表达也会越来越准确、简洁、有条理。
先来谈一下什么是因果关系。
我认为，能否把因果关系的概念搞得十分清晰，是判断一个人科学素养高低的方法之一。理解因果关系我觉得可以分成几个层次。
第一个层次，就是知道两个事件如果是因果关系，那么它们是先后发生的，因在前，果在后。这对大多数人来说，似乎是一个不需要学习的基本常识。但是，有时候在生活中，我们往往又会忘记这个最最基本的道理。比如，我们发现富人往往身材匀称，连罗胖的体重也随着公司的壮大越来越轻了。于是，有些人可能得出一个结论，就是，要想富，先瘦身。这就是忘了因果关系总得满足一个基本的先后关系吧，大多数情况下，很多人其实是因为富起来了，才开始有了时间和金钱去健身，才会有了更强的健康意识。但时时不忘因果关系首先要符合先后关系还只是停留在第一个层次，能够理解到下一个层次的人就会少了许多。
第二个层次，就是还必须认识到，虽然因果关系一定是因在前、果在后，可是，前后关系却不一定是因果关系哦。犯这个错误的人，那就太多了，例子也特别多。最常被提到的例子就是鸡叫和天亮是先后关系，但不是因果关系，这个道理是如此的浅显，所有人听了都会乐。但为什么，稍微换一个形式，很多人不但听了不乐，还深信不疑呢？比如，到庙里烧了一炷香，一个月后怀孕了，就认定烧香和怀孕是因果关系。这样的例子在医疗健康领域更是比比皆是了，曾经有一个朋友的朋友得了癌症，但是后来癌细胞又都消失了。于是，关于他癌细胞消失的原因传到我耳朵里时，就有了无数版本。比如，某家大医院的主任医生治好的，看个老中医给治好的，某个寺庙的主持给治好的，练习瑜伽术给治好的，换了个山清水秀的地方住了几个月就好了，最夸张的是说晚上做了一个什么奇怪的梦就好了。后来我发现，所有这些版本发生的事件全都是真实的，也都是在癌细胞消失前发生的事情，但就因为他们符合了前后关系，就都被当作是因果关系传诵了。其中不同传诵分支会不断地强化其中的一个原因，以至于到了最后就只剩下这一个原因了，如果你不信，传的人还跟你急，以人格保证确实是去某个寺庙和老和尚谈了一晚上，第二天癌细胞就消失了。但如果我们知道了事情的全貌，我们发现，其实任何一个事件都不能当作是癌细胞消失的真正原因，很可能真正的原因是自愈的，癌症也有可能自愈这已经是医学界的共识了。当然，不经过科学方法的研究，是没有办法确定真正原因的。自愈也只是可能性之一。我相信，经常听我节目的人，大多数都是毫无阻碍地能对因果关系认识到这个层次。但这还是不够的，我们还得再往下一个层次。
第三个层次，要理解一果有可能多因，片面地强调其中的一个原因，很可能会导致无法还原事件的真相。一个最著名的例子就是有关纽约在上世纪八九十年代，犯罪率持续下降这个结果的解释。比如说，有些书上会拿这个例子来强调细节的重要性，说纽约新任市长上任的第一件事情就是治理纽约地铁的卫生，结果地铁干净了，大街也就干净了，最后使得犯罪率大幅度下降，有理有据，合情合理。但同样说寻找犯罪率下降的原因，不同领域的专家却又给出了不同的原因，有的说是堕胎合法化才是真正的原因，有的说是控抢导致的，有的说是经济发展导致的，有的说打击贩毒导致的，有的说真正的原因其实是监控技术的提升、警察破案率的提升。所有的说法都能讲出道理，拿出证据和数据。但最有可能接近真相的，可能是多因一果，每一个原因都对犯罪率的下降贡献了一分力。再比如说，我最近听一个讲产品思维的课程，在第 24 讲中有这么一段：19世纪末期新生婴儿的死亡率高得惊人。斯蒂芬做了统计，使用了他做的婴儿恒温箱之后，体重过轻的新生儿死亡率从66%降低为38%。每一个数字，都是一个人的生命。第二次世界大战之后，婴儿恒温箱已经成为美国的每家医院的标配，让1950年到1998年，近50年间新生儿死亡率降低了75%。研究认为，婴儿恒温箱的发明对公共健康有巨大的保护作用，超过20世纪其他任何一项发明。因为它是在生命之初提供帮助，让一个新生儿拥有了人生。
我听到这一段，第一反应就是，这又是一个片面强调其中一个原因的例子。老师甚至说：研究认为，婴儿恒温箱的发明对公共健康有巨大的保护作用，超过20世纪其他任何一项发明。我不禁产生疑问，他说的“研究认为”到底是谁的研究认为呢？是老师自己的研究呢还是某个学术机构的研究呢？20 世纪医疗领域伟大的发明那么多，比如青霉素、心电图、胰岛素、X射线等等，难道都比不过婴儿恒温箱吗？婴儿死亡率的降低这肯定是多因一果的事件，我们不能否定婴儿恒温箱的作用，但是也不能忘记其他原因。
在生活中，时刻不忘正确理解因果关系的第三个层次，也就是多因一果，其实很不容易做到，如果你留心的话，经常可以看到或者听到这类的逻辑问题。因果关系还有第四个层次，到了这个层次就是该回答那位听众的疑惑了，概率算不算因果关系呢？
这第四个层次，就是理解概率统计也是确定的因果关系，它是更高的一个抽象层次。因为现代科学已经深刻认识到，概率是更深刻的自然规律，它是更加精确的因果关系。我们先拿天气预报来说，如果我们统计过去十年预报降水概率是 60%的日子，我们就会发现，真的有大约 60%的日子降水了。所以，降水概率 60%其实是一个很准确的预报，他反应了自然的真相。在量子力学发展起来之前，当时的科学家还相信随着技术的发展，天气预报一定会越来越准，而不是停留在一个粗略的概率上。但是，现在我们知道，天气系统是一个典型的混沌系统，最准确的预报就是概率，只是随着技术的发展，这个概率值可以越来越远离50%。后来，当科学家们对微观世界有了深层次的认识后，才发现，概率才是主宰微观世界的本质，对微观世界概率的认识，反而能够让我们更加精确地发明、制造产品。我们无法预测某一个光子遇到镀银的半透镜是通过还是不通过，但是当大量的光子遇到半透镜时，它们就表现出无与伦比的精确性了，一定有一半通过，一半不通过。现代信息科技的一切产品，从你的手机到电视机，从生死攸关的医疗设备到高精尖的武器装备，都是这种从微观的概率到宏观的确定性的认知结果。测定化石年代的精密仪器，利用的就是原子的半衰期，单个原子什么时候衰变无法预测，但是一个样品中的万万亿个原子却服从精确的半衰时间，这就是从概率到确定性之间的本质关系。
所以，用概率描述因果关系是符合科学研究范式的，也是最终能逼近真相的。
现代医学领域往往都是用概率来描述研究成果的。注意，下面是个人的浅见，不是科学共同体的观点。我对此的理解是：1、说明人体是一个非常复杂的系统，任何健康方面的结果都是多因一果。2、说明人体也是一个混沌系统，有时候微小的原因改变也会引起结果的巨变。3、现代医学还处在比较初级的发展阶段，我们对因果关系的把握也还处在初级阶段。4、随着医学的不断发展，概率的数值也会越来越接近真相，但最后的真相很可能真的就是一个概率性的结果，就像原子的半衰期。但这并不代表现代医学无用，恰恰证明了现代医学的科学性。
对于我们绝大多数普通人，能把因果关系理解到上面四个层次，生活中已经足够用了。但如果我们还有更多对无用知识的好奇心，那么，其实还有第五个层次的因果关系。
这就是量子力学中以玻尔为首的哥本哈根学派提出的互补原理，测量结果是测量主体与被测量对象相互作用的结果，它们之间没有明确的因果关系，原因和结果往往是不能割裂开来单独谈论的。后来，惠勒的量子延迟选择实验，更加模糊了原因和结果之间的界线。关于这个延迟实验，我理解的还不够深刻，先挖一个坑在这里，等我觉得学习的足够时，再来详细谈。但我有一个观点是明确的，延迟选择实验绝不可以像某些人那样解读为现实世界的因果律可以被肆意嘲弄。这就好像有人知道了单个量子的行为遵循概率以后，就以为飞机能不能起飞是不一定的一样。
最后，给大家一句可以打包带走的话：概率是对因果关系更加精确的描述。
欢迎大家继续提问，我们下期再见！
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