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生活中的對數

我覺得如果將生活中一些經驗數字化的話,刻度應該是對數而不是實際數字。天文學中經常用對數作為坐標,因為涉及到的數字跨度太大。例如,從太陽系的大小(以冥王星為界)到銀河系的大小跨度大約是8個量級,很難用數字直接比較。

天上看到的星星的亮度也是用對數分等的,通常用的星等是1850年Pogson制定的,如果兩顆星的亮度差一等,其實是差了2.512倍。天上最亮的星大約是-1等,太陽的(目視)星等是-26.75,比最亮的星低(其實是高)25等,也就是差了10個量級。滿月的星等是-12.6,比太陽其實暗了100萬倍左右,只是我們並不覺得。可見,眼睛看到的亮度觀感是比較接近對數的,否則如果我們以白天的亮度為標準,那麼即使是滿月的晚上也可能是滿眼漆黑。

人的眼睛不僅對亮度是對數的感受,我覺得對物體的大小也是對數的感受。我們在測視力時用的視力表,上一行的E字要比下一行的E字大固定的倍數——這是我的猜測,需要專家來確認。在我寫下以上兩句話後,我的一位博客讀者告訴我,其實視力表又叫對數視力表,對數視力表中相鄰的兩行相差1.259倍,也就是說,每十行相差十倍。而視力用視標來記錄,每增加一行,視標增加0.1,這顯然與E的大小成對數關係了。

我們人類很善於利用對數,我開始懷疑除了視覺外,聽覺、味覺、觸覺都有對數的因素,否則就很難理解為什麼我們對同類也喜歡用對數分等。果然,查一下噪音的單位分貝,原來也是對數。聲音的響亮度用聲音對耳朵產生的壓強來刻畫,基本單位是巴斯卡和微巴斯卡。人的聽覺範圍非常大,從20微巴斯卡到20億微巴斯卡,跨度是8個量級。顯然,還是用對數來標度響亮度比較方便,就有了分貝(dB)這樣的單位。人的最低聽覺閾值是20微巴斯卡,這個響亮度定為0分貝,人能分辨的最高響亮度為130分貝。這樣,和星等一樣(兩個相等星等的星加在一起所得的星等數,不是將兩個星等數簡單地相加),兩個相等分貝的音源加在一起所得的分貝數,並不是簡單的一個音源分貝數的兩倍。例如,60分貝加60分貝的結果是63分貝,而不是120分貝。

將視覺和聽覺推廣到味覺,那麼如果我們感到一種辣椒比另一種辣椒的辣度高一倍,很可能更辣的辣椒所含的導致辣感的成分要高得多。和視覺以及聽覺不同,這次我沒有去查支持我的猜想的材料。

我還有一個非常民科的猜想,我覺得智商到了一定程度也是對數的,例如智商110的人比100的人聰明了不是10%,而是若干倍,同理,智商150的人比智商140的人也聰明了若干倍。這個倍數是很主觀的,與人數比例無關。當然,我的這個猜想是非常政治不正確的,覺得自己的智商較低的人有理由反對我。好在本篇專欄不是科普,最多是科學隨筆,其中應該允許表達作者的一些感受和猜想。

我前面說到我們在與同類打交道時,也喜歡用對數對同類做分類或分等級。從樂透彩到各種大小獎勵,一等獎和二等獎之間的差別是很大的。有時為了強調少數人的幸運,我們還會設特等獎,當然這是變相的一等獎。在這種情況下,如果我中了三等獎,其實已經泯然眾人了。在每一個行當中,特別是那種有明星效應的行當,對數的分類也難避免。例如演員,一線演員和二線演員之間的差別也是很大的。

朗道同學更用對數來分類物理學家,朗道等級的基數是10。在他的分等中,愛因斯坦是0.5級的,玻爾、海森伯、狄拉克是1級的。不過,如果愛因斯坦是0.5級的,那麼在他的那個等級中的人應該有3人左右,另外兩人是誰呢?我覺得愛因斯坦的偉大即使是朗道當時也沒有完全感受到,按照今天的眼光,老愛應該是0級的,如果這麼分,那麼玻爾、海森伯、狄拉克等人應該是0.5級的。1級的物理學家,我覺得後來的費曼和朗道等人應該能夠進入,加上一些發現標準模型的人以及凝聚態物理裡面的少數人。

我既提到智商又提到智慧——朗道等級其實是對智慧的劃分。智商與智慧之間有一定的關聯,但沒有絕對的一一對等的關聯。我對智商的對數猜想很難用佔人群比例來作為計算的基礎,因為所謂智商的高斯分佈與對數之間沒有簡單的關係。但朗道等級似乎很合理,智慧也似乎是可以取佔人群比例的對數來計算等級的。

我們在一年前恢復了教授分級制度,如果僅就人數來看,教授之間相差一級,的確是差了一定的倍數,雖然工資之差不是等比的,是等差的,而且差別還特別小。

對數劃分法不僅僅用在精英身上,也用在更大的人群上。例如,Google發明的PageRank大約是個對數的劃分,但不是數值越小越好,是數值越大越好。一個網站或一個博客可能得到的最大的PageRank是10,最小的是0。Google設計這個等級它自己當然不會吃虧,等級是10,而新浪的主頁只有8,我的博客的PageRank是6,榮幸地從2007年3月的5晉陞了一級。

我相信人是生而平等的,我同樣知道人類社會是天生不平等的,否則為什麼最好的足球球星的年薪可以到1000萬歐元,而次好的只有幾百萬,再次好的只有幾十萬,有的甚至只有幾萬?