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今天我们将为大家送出由化学工业出版社精心挑选的科普佳作《博物学家的传世珍宝》。
伦敦自然博物馆作为全球最重要的自然标本、文献及艺术品收藏机构之一，其馆藏之丰富令人叹为观止。本书精选了该馆233件珍贵藏品，涵盖图书文献、植物标本、动物模型、昆虫标本、古生物化石以及矿物样本等多个类别。这些藏品既有享誉世界的经典之作，也不乏鲜为人知的珍品。部分藏品正在展出，部分则静静躺在库房之中，它们之所以被收录，是因为其科学价值、艺术魅力或传奇色彩。
总而言之，这是一本既引人入胜又内容翔实，既物超所值又系统全面的博物学经典之作。
只要您仔细阅读下方的文章，并深入思考文末的问题，按照 互动：您的见解 的格式在评论区留言，就有机会赢取我们为您准备的精美礼品！
作者：Pradeep Mutalik
翻译：Nothing
审校：Nuor
完美的随机性是否真实存在？抑或它仅仅是人类思维的产物？
，未来的走向难以预知，生活中充满了偶然事件，我们甚至可以说宇宙的本质就是偶然的。然而，大量的偶然事件在集体层面却呈现出可以被科学精确预测的规律性。热扩散和布朗运动便是两个典型的例证。
我们人为创造的随机性背后其实隐藏着特定的规律，近期有研究者尝试利用量子计算机来生成真正的随机数。由于随机性的不可预测特性，量子计算机生成的真随机数具有极高的应用价值，然而所有非量子手段产生的随机数或多或少都存在一些缺陷（原则上这些随机数都是通过已知算法生成的，因此它们也是可以被预测的）。
在本文中，我们将深入探讨如何在日常生活中获取随机性，并探讨什么是真正的随机性。
挑战1: 随机组合
想象一下这个自行车密码锁，它有三个转盘，每个转盘上刻有十个数字，其密码为924。如果你想重新设置密码，需要将转盘上的数字打乱，使其顺序与924这样的组合相去甚远。那么，“相去甚远”究竟意味着什么？
如果你将每个转盘旋转到与初始数字（924）差异最大的数字（例如旋转五次，比如将9旋转到4，在1-10的范围内9和4的差异最大），你可以得到新的组合479。但对于开锁匠来说，只需同步旋转三个转盘，就很有可能在某次尝试中成功破解密码。假设开锁匠有足够的时间来尝试五种可能的组合。通常情况下，他可能在完成以下操作后尝试开锁：
1. 随机旋转一个转盘。
2. 同步地将两个转盘旋转同一个随机数。
3. 同步地将三个转盘旋转一个随机数。
4. 将两个转盘分别旋转不同的次数。
5. 将三个转盘分别旋转不同的次数。
我们面临的困惑是：如果开锁密码是924，那么如果将转盘旋转到最不容易通过随机过程解开的情况，这样的数字组合有多少个？真正的密码被发现的概率又是多少？
挑战2：关于从随机到有序的思考
令我们感到惊奇的是，解决任何难题的过程与科学研究的过程非常相似。通过不断添加细节，我们从随机走向有序，在这个过程中，我们对结果正确性的自信逐步增强。在第二个问题中，我们将尝试创造一种方法来衡量我们从随机无序状态变成最终有序状态的程度。
想象在六边形网格（蜂窝状网格）上解决这个挑战。这个挑战中的图像包含旋转的藤蔓图案。因为这些六边形是重复且自相似的，因此你不能仅仅通过它们的外形来判断两块图片是否应该相邻。
事实上，比如说对于任一给定由六边形组合成的图形，都可能有三个六边形与它匹配。因此，仅通过外形进行匹配，你的正确率只有33.33%。然而，如果你可以找到另一个组合图形，它可以和你事先连接好的七个六边形匹配，那么你的正确率将增加。让我们尝试量化正确率增加多少。
1. 三个组合图形似乎可以组合在一起，同时不让藤蔓出现明显错位，你对这种组合的正确性有多大信心？
2.一个被六个六边形包围的六边形，它们相互之间似乎是匹配的。你对于这种组合的正确性有多大信心？
当你的组合图形规模越来越大，你的信心应该越来越强。
这个挑战的最后部分是开放式的，它试图量化上述差异。你能想出一个衡量未完成问题的完成度的度量方法吗？你的方法应该能够给任何部分完成的10×10六角拼图分配一个0到100的数字。这个数字应该能表示最终解决方案的完成比例。我们希望找到可以正确表示这个比例的方法。
挑战3.真正的随机性是否存在？
对于这个挑战的第三部分，我想向你展示玻尔和爱因斯坦之间关于随机性的辩论。任何人都可以参与进来，你可以选择站在爱因斯坦一边，也可以选择站在玻尔一边。
在宏观世界中，两方都同意力学系统中产生的随机性仅仅是因为我们忽略了一些驱动系统中运动的力。如果你能将作用在硬币或者骰子上的所有力计入其中并具有无限的计算能力，那么我们就可以预测硬币和骰子最终的结果。
我们普遍接受的观点是，按照玻尔的观点，量子世界内的随机性是客观存在的。
但这是可能的吗？在亚原子尺度下，难道没有某种机制可以决定两个都可能发生的结果中的哪一个最终会发生，即便我们可能永远也不能真正了解这一机制？即使爱因斯坦梦魇般的关于神玩骰子的设想是真的，一定有一种算法可以决定每一次抛骰子的结果，不管它看起来有多古怪或不可理解。同样，这种随机性是由于我们的无知造成的，而不是客观存在的随机性。
玻尔一派对此给出的回答是，量子世界太奇怪了，在这里我们从宏观世界经验中推断出的规则将会失效。量子世界中的奇异性有时候会表现为两种方式。例如，它可能包含某种物理上的不可能性，例如超越光速。这种神奇的情形可能存在，它只是意味着我们需要在特定的情况下修改我们对物理定律的理解，就像爱因斯坦修改牛顿第二定律一样，因为它在高速情形下变得不准确。
另一方面，有些事情的奇怪表现为它在逻辑上的不可能性，比如2+2等于5。这样的结果在任何可想象的宇宙中都是不可能的。爱因斯坦一派认为完美的随机性和客观的概率在逻辑上是不可能的。我们不应该接受它们，而是应该尝试寻找物理机制来解释观察到的结果，无论这样做是否破坏了某些当前的物理规律。
各位读者，你们站在哪一边？玻尔一边还是爱因斯坦一边？请开始你们的讨论。
原文来源：https://www.quantamagazine.org/the-puzzling-search-for-perfect-randomness-20190820/
互动环节
【互动问题：你认为随机性真正存在么？】
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