## 《为什么》7:为什么必须回答为什么

今天咱们继续讲朱迪亚·珀尔的 《为什么：因果关系的新科学》。小学老师经常说一句话，你不光要“知其当然”，还要“知其所以然” —— 你光会做这件事还不行，你得知道这件事为什么要这么做才行。这就是“为什么”。

这么简单的道理。可是有很多统计学家居然就认为没有必要去探究为什么，有相关性的经验就足够了。珀尔这本书快要讲完了，今天咱们就讲讲为什么光凭经验不行，为什么你需要*理解*因果关系，为什么要回答为什么。

在几百年前的航海时代，远航的船员经常受到坏血病的困扰。出海时间一长，船员的牙龈和皮肤就开始出血，皮肤变得苍白，眼窝变得下陷，接着就是牙齿脱落，最后可能导致死亡。有人估算，从1500年到1800年这300年间，坏血病杀死了三百万名船员。当时的人并不知道坏血病是怎么回事，但是人们直觉判断它跟饮食有关系。海上没有新鲜的蔬菜和水果吃，营养肯定不对。

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1747年，可能纯粹是出于偶然，苏格兰海军军医詹姆斯·林德发现吃柑橘能治坏血病。他做了控制实验，确定柑橘和柠檬的确有效。英国人据此发明了把柠檬汁混在莱姆酒里长期保存的方法。到1800年代早期的时候，英国海军就已经彻底告别了坏血病。

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这是经验主义的伟大胜利。偶然发现有效，做个实验证明的确有效，然后迅速推广，问题似乎就已经解决了。我们证明了一个因果关系，柑橘 → 坏血病。

但是这里面有个问题：为什么。

为什么吃了柑橘和柠檬汁就能不得坏血病？

不知道为什么，是会被惩罚的。一百年以后，到了19世纪末20世纪初的时候，英国船队居然又被坏血病困扰了。

没人知道柑橘和柠檬治疗坏血病的原理，但人们做了一些猜测。有的医生认为可能是因为柑橘和柠檬的味道特别酸，那也许只要是酸的东西就行。

本来给船员吃的都是西班牙柠檬，但现在有一种更便宜的西印度柠檬，酸度和西班牙柠檬一样。船队就改为配发西印度柠檬。后来为了防止柠檬坏掉，把柠檬榨成汁，再把柠檬汁煮熟了再上路，反正酸度不变。

结果就是大面积地爆发坏血病。随船医生无法理解这个现象，还以为是因为船上的干肉坏了。坏血病怎么就卷土重来了呢？

一直到1930年，匈牙利科学家圣捷尔吉·阿尔伯特分离出来了维生素C，人们才知道真正起作用的是维生素C。阿尔伯特以此获得1937年的诺贝尔生理和医学奖。现在我们知道西印度柠檬的维生素C含量只有西班牙柠檬的1/4，而且柠檬汁煮熟后，里边仅存的维生素C也被破坏了。酸味，不起作用。

现在更新了的因果关系是 ——

柑橘 → 维生素C → 坏血病

统计学上把维生素C叫做“中介（mediator）”。

如果 X 导致 M，M 又导致 Y，我们就说 M 是 X 到 Y 之间的一个“中介”，也就是 X → M → Y。关于中介，人们最关心的问题是，M，是否承担了从 X 到 Y 的所有效应？

一般来说，X、M、Y 三者的关系应该是下面这样 ——

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比如现在有一种药物 X，可以治疗某种疾病 Y，治病的机制是 M，比如说是对人体血压的控制。药物控制血压，血压控制疾病。但是治病的效果并不一定都来自血压的变化。比如我们知道药物都有安慰剂效应，不管是什么药，可能病人一看到药就能缓解病情，这个安慰剂效应就是中介 M 之外的效应。

对上面这样的因果关系图，我们把从 X 到 Y 不经过 M 的效应叫做“直接效应”，把经过中介 M 的效应叫做“间接效应”。

比如说吸烟导致肺癌，因为不能做实验，这个因果关系是用了几十年的时间才算坐实。如果你认为吸烟导致肺癌的原理是焦油，也就是 吸烟 → 焦油 → 肺癌，那我们很想知道，焦油这个间接效应，是不是就是吸烟对肺癌的全部效应？如果一切都是因为焦油，那只要弄一种不含焦油的香烟 —— 比如电子烟 —— 就能避免肺癌。

所以有意思的问题就在于怎么能把直接效应和间接效应分开计算。这个问题是十五年前才算彻底解决，而且珀尔本人在其中起到了决定性的作用，可以说是他职业生涯中最大的一个成就。珀尔发现以前人的算法只适合线性系统，他发明了计算两个效应的正确公式。

珀尔的公式相当复杂，咱们就不细说了，咱们说说其中的思想。

直接效应，就是假设中介 M 不动，看 X 对 Y 剩下的效应是多少。这就相当于把香烟中的焦油去掉，但是其他一律不变，看看吸烟还能在多大程度上导致肺癌。

间接效应，就是只让中介 M 变动而不让 X 变动。你先要计算如果 X 变动，M 会怎么变；然后你设法只让 M 那样变，而 X 又不变。这就相当于让人服用相同剂量的焦油、而不吸烟的情况。

这两个效应都涉及到我前面讲过的 do-算符，按理说只有通过做实验才能得到答案。但是如果你假设一个比较充分的因果关系，那使用数据分析的方法也能勉强估算答案。咱们举一个线性系统的简单例子。

所谓线性系统就是中介 M 跟 X 之间不需要一起起作用、就能发挥作用的系统。这相当于焦油自己就能导致肺癌，不需要再跟烟草中的其他什么物质配合作用。这种系统很好算。线性系统的总效应 = 直接效应 + 间接效应。但是非线性系统就不具备这么简单的性质了。

最后说个应用实例。

1997年，芝加哥公立高中系统搞了一次教学改革。以前的情况是高中生被分成两类人：准备上大学的得学代数，不准备上大学的不用学代数。这次教改的政策就是不管这个学生打不打算上大学，都要学习代数。

结果全体高中生的平均数学成绩提高了7.8分。官方希望这个结果证明改革是成功的。但是有人提出质疑，说在高中改革之前，芝加哥从小学到初中的数学教学已经做了改革、并且取得了成效。这拨高中生入学时的水平就已经高于以前的高中生。所以即使不搞代数改革，他们的数学成绩也应该比以前好啊？

当时芝加哥大学有个人类发展学教授叫洪光蕾（音译，Guanglei Hong），用统计方法证明，这7.8分完全归功于生源比以前好，代数改革并没有起到作用。

一般的研究到这一步就结束了，学者证明改革失败，官员没面子。但是洪光蕾做的不止于此，她问了一句“为什么”。

为什么代数改革没有作用？洪光蕾设想，课堂环境可能在其中有一个中介效应。以前只有优等生学代数，现在差生也要学代数的话， 代数的教学环境就变了。所有人在一个课堂里学代数，差生听不懂就会捣乱，优等生还受到干扰。以前老师专门给优等生讲代数课，现在面对差生也很困惑。

代数改革、环境和学习成绩之间构成了一个中介关系图 ——

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洪光蕾计算，代数改革的直接效应是 +2.7分，而环境中介的间接效应是 -2.3分。

洪光蕾回答了“为什么”。代数教育改革之所以没什么成效，并不在于不应该让差生学代数，而在于不应该让差生跟优等生同步学代数。

整个这件事有个正面的结局。芝加哥市教育官员认可了洪光蕾的观点，并且在2003年推出了新的改革，叫“双计量代数” —— 要求差生每天要上两堂代数课，而优等生还是只上一堂。差生更容易跟上教学进度，环境的负面影响就被减弱了。结果这个新改革取得了很好的效果。

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能问“为什么”的人具有更高级的思维能力。他不满足于循规蹈矩，不简单地模仿也不轻易拍脑袋决策，他甚至不仅仅是摸着石头过河。他不但熟悉这个世界，而且还想理解这个世界。

我们前面讲过，真正要回答一个“为什么”是非常困难的。可能有各种你想象不到的原因在起作用，你无法穷尽所有的可能性。但是如果能找几个关键的机制，并且能科学地量化这些机制的影响，你就已经能提出很好的指导意见。学者提出了洞见，官员做出了调整，结果皆大欢喜。

观察和经验是永远不够的，我们搞学问就是要理解世界。理解，真是想象和创造的基础啊。

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### 💡 精华要点
- 能问“为什么”的人具有更高级的思维能力。他不满足于循规蹈矩，不简单地模仿也不轻易拍脑袋决策，他甚至不仅仅是摸着石头过河。他不但熟悉这个世界，而且还想理解这个世界。
