## 问答：相变、涌现、量变引起质变的区别是什么？

来自日课：小因素的大影响

> 读者 高雅麟：从统计学中体现出相关性了，但这些因果关系不知道有没有经过论证呢？还是我们只是基于我们自己理解的逻辑在判断看似合理的因果关系？

> 万维钢回复——

首先，严格说来，从纯逻辑的角度看，世界上根本就没有什么因果关系。你永远都不可能百分之一百肯定这件事儿是导致那件事儿的原因。这个道理我们以前讲朱迪亚·珀尔的 《为什么：因果关系的新科学》的时候说过 [1]。

一个最简单的论证就是在逻辑上你总可以认为“一切都是上帝的安排”。我每次一按开关电灯就亮了，我能说开关和灯亮之间有因果关系吗？不能。也许是上帝喜欢逗我玩，他看我每次按开关就让灯亮，他随时有权下一次不这么干。

所以因果关系永远都只能是观察者主观的判断。我们说“A导致B”，发现这么一个因果，不是为了跟人较劲，而是为了有用。如果你相信空气污染会恶化人们的健康，你就应该想办法减少空气污染 —— 仅此而已。

所以我们害怕的不是“从逻辑上论证你这个因果关系不严密”，而是找到一个假的因果关系。有些愤世嫉俗的人，一听说什么统计研究就只会背诵一句「相关性不等于因果性」，说你这个结论我不信 —— 这种姿态没有建设性。所有的研究都只能给我们提供启发性的指导，不然你还能咋地？难道什么都不做吗？

所以对于像医学这样的应用科学来说，我们完全可以假定世界上存在强硬的因果关系。

随机实验就是判定因果关系的强硬办法。这两组人是随机选定的，只要人数足够多，我们可以认为两个组没有任何不同。现在我们对A组施加一个动作，对B组不做动作，结果A组的人出现了一个B组没有的反应，那么，我们就可以说，是那个动作「导致了」那个反应，这就是因果关系。

而研究者所做的一切，就是要确保 1）A组和B组的确原本有足够的相似性，不能说A组都是比如说富人、B组都是穷人，那样的话AB后来的不同就可能是因为他们原本就不同；2）做了动作之后，两组的不同反应不是偶然的。

这两个“确保”都要求统计的样本足够大。那你说多大才算足够大？这里也没有客观标准，我们只能说统计上有个主观的判定标准就是「p < 0.05」，也就是足够「显著」[2]。

所以这一切充满了主观。目前学术界的行业约定是随机实验 —— 包括这本书说的自然实验 —— 能提供因果关系，只要数据满足统计显著性要求就可以。这只是一个约定，这不是物理定律，但是只有这样才能让科学研究给人类生活提供指导。

> 读者 九乡河：万老师您好，在那个汽车尾气的例子里，为什么研究人员不直接统计高速公路收费员的身体健康状况再拿他们和同样年龄、种族、性别结构、工作性质的人群来对比呢？

> 万维钢回复——

如果能找到这样的人群作为对照组，而且样本足够大，统计上足够显著，那当然是好的。问题就在于你无法找到、或者说很难找到合适的对照组。比如我说高速公路收费员这个工种跟电影院售票员差不多，所以我们用电影院售票员做对照组吧 —— 你能同意吗？你肯定会说其中有混杂因素，也许他们上班地点不一样是因为生长环境就不一样，那既然生长环境都不一样，又怎么能做健康方面的对比呢？

那你说我们能不能这样，不找现成的人群，而是严格按照年龄、种族、性别结构、工作性质，去从全社会筛选一批这样的人来做对比？那也是不行的，因为你能用来筛选的这几个指标都是你想到了的，另一个研究者完全可以说我这里还有个你没想到的指标，你怎么不考虑呢？更何况这种筛选的数据成本也高到了不可行的地步。

所以自然实验是个最好的办法，它省钱、省力、有说服力。科学家选择科研课题并不是系统性地做所有该做的事情，而是看运气，做一个恰好赶上了的一个可以做的事情。

来自日课：快动作和慢动作

> 读者 晓添才：给医生送红包(不考虑道德因素)的情况，对医生的手术成功率有影响吗？再进一步，收了红包和退了红包(不考虑道德因素)的医生对手术的成功率有影响吗？不知道，是否会有这方面的统计研究？如果没有是否可以推演一下？

> 万维钢回复——

这是个非常有意思的问题。我没有看到这样的研究，毕竟你难以用科学方法统计医生收红包的情况……但是根据我看到的一些说法，我可以非常肯定地说，如果你统计收红包情况和手术情况，你一定会发现，收了红包的手术的成功率更高。

但这并不是因为收红包提高了医生把手术做好的积极性，而是因为收红包的潜规则是“觉得手术没问题的就会收下，而对手术没有把握的则不会收，而且收红包时只收富人的。” [3] 这是教科书一般的混杂因素。

其实送红包不太可能增加医生的手术水平发挥。一旦进了手术室，医生自动就会竭尽全力做好手术，他不会说因为你没给我红包，我就给你少缝两针……这都谈不上职业道德，这就是本能反应，他就是想把手术做好。只要有一定的专业素质，医生就不会在手术室里考虑红包的问题。

我理解红包的主要作用是让医生跟你说话的时候态度更好一点。不给红包，有些信息他就懒得告诉你；给了红包，他就能跟你多聊几句。但有时候多聊这几句，恰恰对治疗有很大帮助。

我很想知道送红包能不能让医生少给患者开一些很贵但又不必要的药物，但是我没看到相关的说法。考虑到开药往往发生在送红包之前，我估计这个效应也不大。

> 读者 真心萌：医生开会的例子中，为什么只关注死亡率（负面结果）的变化，而不关注正面结果的变化呢？会不会，不做手术，30天的死亡率降低了，但治愈率也降低了？

> 万维钢回复——

研究者选择看病人入院30天内的死亡率，并不是因为死亡率最能说明问题，而是因为死亡率最容易统计。治愈率是难以统计的，患者出院可能是因为治愈了，也可能是因为过了危险期回家自己调养，也可能是放弃治疗了，他们60天、半年、一年后如何，是统计数据难以追踪的。

但是这的确反映了研究的局限性。你做的是你根据现有条件能做的事，而不是根据逻辑该做的事。做手术是否在增加死亡率的同时也增加了治愈率，以至于值得赌一把？我们只能说不知道。

来自日课：「相变」的秘密

> 读者 芃棋：老师，相变、涌现、量变引起质变，我虽然知道它们不同，但能请老师说说他们的细微相同与不同吗？

> 万维钢回复——

有好几位读者问到这个问题，我们正好借机考察一下科学理论和其他理论的区别。

「相变」，是一个严格的科学概念。一个系统相变之前是什么样的状态，在什么条件下发生相变，相变之后是个什么状态，一清二楚，可以随便重复检验。

相变原本只是个物理学概念，现在被广泛用于社会和生物领域，但是科学家并没有滥用这个词。相变现象在宏观上看是简单的，相变前后，这个物质还是这个物质。在微观尺度上，所有的原子分子不管是在相变前还是相变后都是在进行彼此非常相似的、集体性的行为，都是一片一片的，是简单的结构。相变只是说这群粒子从一种简单行为变成了另一种简单行为。

「涌现」，则是一个不太严格的复杂系统概念，它可以指很多现象，但是核心是其中有个「自组织」过程，以至于这群粒子从简单行为演化出了复杂的、高级的行为。涌现发生之前，这群粒子就是普普通通的一群粒子，大家做的事儿都差不多；涌现之后，它们突然有了不同的分工和角色，而且互相配合之下，发生了一些惊人的事情。

简单说，水结成冰是相变，水环境里的各种物质发生一系列化学反应之后产生了生命，是涌现。

我再打个比方。比如一个中学有个大操场，其中有一千个学生正在玩耍。一开始学生们只是三五成群胡乱地玩，近似于做随机运动。

这时候，铃声响了，学生们排成了整齐的队列，这就是相变。这一群学生还是简单的一群，只不过排列方式变了。

涌现是什么呢？是这群学生玩耍了很长很长时间之后，玩出花样来了 ——

* 他们成立了几支队伍，其中有军队、有公司、有教育和后勤部门；

* 他们发展出了社会等级，有分工；

* 他们一边在操场上安营扎寨一边又占领了教学楼，还派出侦察兵四处探索；

* 他们甚至提出一个口号，说我们的存在是有意义的，我们准备解放全人类……

简单说就是相变是从一种状态变成另一种状态，涌现则是发展出一种超越感，变成另一个维度的故事。

而「量变引起质变」，则是一句泛泛而谈的辩证法话术，它可以描写包括相变和涌现在内的一切现象，但是因为内涵过于宽泛，它没有任何预测能力。

一块超导体，在温度接近绝对零度的时候电阻突然变成了零，你可以说，哈！量变引起质变！质变是量变的必然结果，是规律性的，不依人的意志为转移的趋势，这就是哲学的伟大胜利！

那我换一块导体，发现温度再怎么接近绝对零度它的电阻也不能变成零，量变没有引起质变，这又该怎么说呢？你只好说，啊，引起质变必须先让量变改变事物原有的性质才行，这个导体原有的性质还没有改变……可你这不废话吗？

辩证法这一套，什么“对立统一”“量变引起质变”“否定之否定”，全都是貌似合理，也谈不上错误，但是是没有预测能力的东西，不能称之为科学。

这些话术的最大用处，一个是让人想开点，一个是给人加油鼓劲。

比如一群人正在齐心合力往一个方向猛干，如果你想让他们继续这么干，就可以说：量变一定会引起质变，继续干吧，坚持到底就是胜利！

但如果你感觉这么干下去不是办法，搞不好会撞南墙，那你就可以说：我们的前途是光明的但是道路是曲折的，根据否定之否定的原理，有一种胜利叫撤退，有一种失败叫占领！

辩证法最大的好处就是你怎么说都有理。

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注释

[1] 《为什么》3：到底有没有因果关系

[2] P<0.05：科学家的隐藏动机

[3] http://news.bandao.cn/news_html/201405/20140503/news_20140503_2406041.shtml
