偶然中的必然

大千世界,所遇到的現象不外乎兩類。一類是確定現象,另一類是隨機遇而發生的不確定現象。這類不確定現象叫做隨機現象。

如在標準大氣壓下,水加熱到100℃時沸騰,是確定會發生的現象。用石蛋孵出小雞,是確定不可能發生的現象。而人類家庭的生男育女,適當條件下和種子發芽等等,則是隨機現象。

我們生活著的世界,充滿著不確定性。人們雖然能夠精確地預卜尚未發生的確定現象的必然事件,卻難於預卜尚未發生隨機現象的隨機事件。我們人類就生活在這種隨機事件的海洋裏。

從表麵上看,隨機現象的每一次觀察結果都是偶然的,但多次觀察某個隨機現象,立即可以發現:在大量的偶然之中存在著必然的規律。

比如一枚均勻的錢幣擲到桌上,出現正麵還是反麵預先是無法斷定的。我們擲的錢幣不止一枚,或擲的次數不止一次,那麼出現正、反麵的情況又將如何呢?下表是曆史上幾位名人的投擲錢幣的試驗記錄。容易看出,投擲的次數越多,頻率越接近於0.5。為什麼有這樣的規律呢?第一個科學地提示其中奧秘的,是世界數學史上著名的貝努裏家族的雅各·貝努裏(Bemoulli,jacob 1654~1705)。從17世紀末到18世紀,這個家族的三代人,出了8位傑出的數學家。雅各是其中最負盛名的一位。他的數學幾乎是靠自學成才的。但由於他的才華和造詣,從33歲到逝世的18年時間裏,一直受騁為巴塞爾大學教授。他的名著《推測術》是概率論中的一個豐碑。書中證明了極有意義的大數定律。這個定律說明:當試驗次數很大時,事件出現的頻率和概率有較大偏差的可能性很小。因此可用頻率來代替概率。這個定律使貝努裏的姓氏永載史冊。

大數定律說的是:當試驗次數很大時,隨機事件A出現的頻率,穩定地在某個數值P附近擺動。這個穩定值P,叫做隨機事件A的概率,並記為P(A)=P。

頻率的穩定性可以從人類生育的統計中得到生動的例證。一般人或許會認為,生男生女的可能性是相等的,因而推測男嬰和女嬰出生數的比應當是1:1,可事實並非如此。

公元1814年,法國著名的數學家拉普拉斯(Laplace1749~1827)在他的新作《概率的哲學探討》一書中,記載了以下有趣的統計。他根據倫敦、彼得堡、柏林和全法國的統計資料,得出幾乎完全一致的男嬰出生數與女嬰出生數的比值為22:21,即在全體出生嬰兒中,男嬰占51.2%,女嬰占48.8%。

我國的幾次人口普查統計表明,男、女嬰出生數的比也是22:21。

為什麼男嬰出生率要比女嬰出生率高一些呢?這是生物學上的一個有趣課題。

原來人類體細胞中含有46段染色體。這46段染色體都是成對存在的,分為兩套,每套中位置相同的染色體,具有相同的功能,共同控製人體的一種性狀。第23對染色體是專司性別的,這一對因男女而異:女性這一對都是X染色體。男性一條是X染色體,一條是Y染色體。由於性細胞的染色體都隻有單套,所以男性的精子有兩種,一種含X,一種含Y,而女性的卵子,則全部含X。生男生女取決於X和Y兩種精子同卵子結合。如果帶Y染色體的精子同卵子結合,則生男;如果是帶X染色體的精子同卵子結合,則生女。大概是由於含X染色體的精子與含Y染色體的精子之間存在某種差異吧!這使得他們進入卵子的機會不盡相同,從而造成男嬰和女嬰出生率的不相等!

以上事實雄辯地表明:在大量紛壇雜亂的偶然現象背後,隱藏著必然的規律。“頻率的穩定性”就是這種偶然中的一種必然。