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创新与创造力的奥义:第一原理与知识语义树

迭代版本:76

本文将会通过,埃隆·马斯克(Elon Musk)所分享的,其惊为天人的思维框架,即第一原理知识语义树,来一窥创新与创造力的奥义,以及奥义背后更多的关联与内涵,如:多即是不同原理不等于现实

主题目录如下:

创新思维记忆技巧第一原理原理与现实何为解耦合知识语义树结语创新思维

在TED演讲《埃隆·马斯克谈太空旅行》现场,马斯克被主持人问到,为何你能够在完全不同的领域,都获得如此巨大的成功呢?

他首先说道:“其实我也不知道。”接着他憋了半天,又说道:“我工作很努力,超级努力……”

最后,在主持人一顿胡扯、请求与赞美之后,他严肃认真地解释道:

“我在想存在一种很好的思维框架,那是物理的概念——被称为「第一原理思维」。意思就是,我们将事物「煮沸」,最后只剩下了最基础的本质,而所有的因果关系都源自这里,这与「类推思维」刚好相反。在我们的一生中,主要都是在使用「类推思维」,这基本上意味着,我们会复制别人的行为和模式,然后进行微小变化。而你也必须这么做,否则从精神层面上来说,你无法过好每一天。但如果你想创造一些不同的新事物,你必须应用物理学的方法,因为物理学真的可以,弄清楚那些违反直觉的新事物,例如量子力学——这是非常违反直觉的。我认为这真的很重要……”

那为什么量子力学,会反人类直觉呢?

这是因为,人类直觉是建立在分子水平之上的,在分子之下的量子尺度,并没有直觉的立身之地,所以直觉无法感知和捕捉量子行为,也就无法模拟和计算量子行为

思维框架的作用,就在于它的通用性,即:可以将其迁移应用到不同的领域之中——也就是说,当我们遇到不同领域的具体问题时,都可以将各种变量带入到“第一原理”的思维框架中,接着便可以分解或化解问题,然后得到可以预期且有效的处理方案和步骤。

记忆技巧

马斯克在Reddit AMA(Ask Me Anything)问答活动上描述了,他是如何能够记住,他阅过的大量书籍里的大量信息的,即:

“一点建议:非常重要的是,你需要将知识看作成一棵「语义树」——首先,应确保你能够理解其中最基本的原理,也就是「语义树」的主干和大分支——然后,再去深入理解「语义树」的树叶及其细节——否则,这些树叶和细节,将会无处「栖身」。”

另外,在2015年清华经管学院报告厅的对话中,他曾指出:

“我们大脑的进化方式,是记住跟我们相关的事物,所以一定要建立相关性,不然记忆的过程会很痛苦,也很困难,因为看上去太抽象而无关紧要。所以,必须有相关性重要性,要理解事物的原因,才能自然而然地吸收知识。”

对此,他解释道:

“比方说,我们想了解内燃机的工作原理,那最好的方法就是把它拆开,把每个零部件都研究一下,然后再组装起来。在这个过程中我们需要什么工具呢?我们需要螺丝刀,扳手,以及其他各类工具。当你把内燃机拆开再组装起来的时候,你就知道这些工具的作用了。但如果反过来,让你先去上一堂关于螺丝刀和扳手的课,那效果就很差了,你很难记住。”

第一原理

在物理中,第一原理(First Principle)是指从头计算,不需要任何经验设定与拟合参数,只从最基本的物理定律出发,就可以推出系统的基本性质。

显然,宇宙中的一切物质,都是由同一套本质规律,所驱动演化的,而这就是第一原理,可以在物理学中推出正确预测的根基所在。

那么换个角度来看,万事万物的演化路径,也就必须连接到宇宙的本质规律之上——于是,第一原理不仅可以应用于物理学,也应该可以用于任何学科,甚至可以用它来思考万事万物的发展演变。

因此可以说,第一原理就是万事万物的源头,或说万事万物都是身处在第一原理的延伸路径上——此时,第一原理可以理解为,一个最基本的命题或假设,不能被省略或删除,也不能被违反,相当于是在数学中的公理。

事实上,在理论中的所有学科,都会依赖于(一个或多个)上层学科,或说是依赖于(一个或多个)更加基础的学科,例如:

社会学的源头——是管理学,管理学的源头——是心理学,心理学的源头——是生物学,生物学的源头——是化学,化学的源头——是物理学,物理学的源头——是数学,计算机科学的源头——是物理学(硬件)和数学(软件),医学的源头——是心理学、生物学、化学和物理学,等等。

其实这里,还有一个有趣的强相关循环链,即:数学点亮了物理,物理照亮了化学,化学通向了生物,生物研究了数学。

由此可见,任何学科都可以向着,更加基础的学科追溯,最终我们会发现所有的学科,都会收敛到物理学——这是相当于回归到了我们统一的宇宙,而宇宙本身自然也没有人类所划分的这些学科,只有一个统一的本质规律,即:物理上的“大统一理论”,或是逻辑上的“第一原理”

那么,“第一原理思维”的模式,就是从最基本的物理定律出发,抛开现实中已有的冗余、杂念与障碍,进行符合物理定律运作的逻辑推理,最终我们将会得到的就是——在宇宙中必然可以成立和存在的结论与结果,而这可能就是前所未有的“创新事物”

于是,这就很好理解了:

类推思维——是在模仿复制的过程中,做微小的增量迭代;第一原理思维——是从物理定律角度,完成颠覆性的创造;前者需要——归纳推理,其依赖经验;后者需要——演绎推理,其依赖原理。

而硅谷著名投资人——彼得·蒂尔(Peter Thiel),在《从0到1》中,也指出:

“基于过去历史经验的模仿,是没有意义的——因为商业世界的每一刻都不会重演,下一个比尔· 盖茨不会再开发操作系统,下一个拉里· 佩奇或是谢尔盖· 布林不会再研发搜索引擎,下一个马克· 扎克伯格也不会去创建社交网络——如果你照搬这些人的做法,你就无法成为他们,更别谈超越他们。”

而那些真正改变世界的人——如乔布斯与马斯克,自然会运用第一原理思维,探寻并抓住事物的本质,然后完成史无前例的创新与创造

所以,那些我们眼中疯狂的人,实际上并不是他们疯了,而是他们的思维方式(或说思维框架)——令他们通过不同角度的观察,洞见到了我们不曾看到的“未来”“可能性”

那么,对于一个目前还无解的问题:

使用类推思维的人想的是——这件事目前还没人可以做成,显然这是行不通的,我们也做不成;而使用第一原理思维的人则想的是——这件事情在最基础的层面上,如果可以行得通,那么我们就可以做成。

可见,第一原理不仅仅是化繁为简切换角度,关键还在于从物理学层面上,进行全新的逻辑推演——而万事万物的本质,总有一条隐秘的“逻辑链”,其最终必然会连接到,第一原理的物理定律之上。

可见,第一原理告诉我们——除了物理定律,一切都可以质疑,都可以从不同的角度,得到不同合理的路径与结果——显然,数学的逻辑与结构,也是如此。

也正因此,是第一原理给予我们足够的勇气,保有怀疑主义地去质疑那些“层级与权威”——然后问对了问题,其本身就是答案。

那么在另一个层面,或许“第一原理思维”就是快速积累量变,从而获得“从0到1”质变的一种“捷径”

因为,通过“第一原理”洞见了事物的底层逻辑,就是塑造大脑结构的过程,最终运用拥有“第一原理结构”的大脑,就可以更好地应对工作、生活、世界、以及万事万物。

而我们,只要坚定地相信物理学,并构建出基于物理定律世界观认知系统,我们就必然能够获得改变世界的——信心、力量和理由。

最后,需要特别指出的是:

“第一原理思维”只是提供了思维的框架和方向,以做出“前所未有”的判断和决策,这并不是说,上层学科是底层学科的“堆叠应用”——这其中隔着尺度缩放复杂性的问题。

原理与现实

物理学家、诺贝尔物理学奖得主——菲利普·安德森(Philip Anderson),在论文《More is Different》中,指出了以下三点:

第一,将所有事物,还原为简单基本定律的能力,并不意味着从这些基本定律出发,可以重建整个宇宙的能力。第二,每个新的层级,都需要全新的定律、概念和归纳,并且每个层级的研究过程,都需要大量的灵感与创意。第三,心理学不是应用生物学,生物学也不是应用化学,以及类似的等等。

参看:More is Different(PDF)

简而言之,多即是不同,原理不等于现实,即:细节让理论不同于现实。

例如,很多没有意识的细胞,可以产生意识,从细胞的原理,无法推演出意识的运作。

那么具体类比起来,就像任何建筑,都需要我们从了解砖块开始,但仅靠砖块,我们还不足以让建筑拔地而起,因为在大量砖块的构建中,我们就会遭遇——“细节膨胀效应”,即:排山倒海般的琐碎细节,以指数级的形式扑面而来,这会消耗掉大量的时间、精力、资源、能量,还有意志力与对未来的期望力

而从某种角度来看,人类创造了计算机、程序、算法、以及计算——可以说人类已经掌握了程序世界“终极理论”(即计算机底层理论),但显然掌握了“终极理论”的人(如很多计算机科学家),却无法在程序世界里,创造出一个“终极程序”(即可以满足所有需求、解决所有问题的万能程序)——因为程序世界的一砖一瓦(包括每一个答案、方案、过程和计算),都需要从细节开始,逐步慢慢迭代演化,这被称为——“计算不可约性”(Computational Irreducibility)。

例如,因果可以准确预测,但因果链就难以预测,因为因果链充满了各种细节因素的影响,即:因果链 = 链式因果 + 细节膨胀。

事实上,正是由于“层级”,才屏蔽了“细节膨胀效应”,让我们只专注于某个层级内部的事务,而每个层级的建立与发展,都是无法规避的“大量砖块”与“搬砖运动”的构建现实

据此,“现实”告诉我们的是:不知道原理(如不知道火是什么),也可以操控现实(如用火建立文明),即:原理不等于现实,而巨大的未知能量,就隐藏在“层级”“封装”之中。

例如,围棋的棋子可以用石子或硬币替代,石子或硬币就拥有层级封装例如,水波运动只考虑振幅、波长和频率,而不考虑水分子之间的相互作用,水波就拥有层级封装例如,对钞票的共识就是一种层级封装,其屏蔽了价值细节,而在钞票之上才能构建出经济与文明。例如,权力的运作就是一种层级封装,其屏蔽了执行细节,而在权力之上才能进行有效的战略决策。

那么,涌现现象,就可以看成是——复杂性突破层级封装之后的产物,即:涌现 = 复杂性 + 突破层级的能量

“幂次法则”来表述,就是幂次常数的改变,即:x^2切换到x^6,x就是层级内的变化,而幂次常数2到6,就是层级间的变化。

物理学角度来说,简单即是对称,复杂即是不对称,对称性破缺带来了更多的结构,而结构之间的相互作用,会产生非线性的从量变到质变的涌现,并且破缺涌现的发生,都具有无法预测的随机性,所以只有在“破缺涌现”层级封装之上,才能进行有效的理解与构建,这让“还原构建”变得无效与不可能。

简而言之,对称性破缺带来了“涌现层级”,层级让跨越层级的还原,无法跨越层级的构建,即:上层理论模型会出现下层理论模型无法构建、推导、预测出的新特性,即:多即是不同

再结合数学角度来说,尽管非线性在整体上可以和平均数等价,但在局部预测中,非线性会让平均数失效——如水深平均1米,但局部有5米——而更底层的基本规律,在描述一个远超其自身的系统时,必然就需要(在时间和空间上)使用平均数,来描述系统的平均性质,于是对称性破缺带来的非线性,就会让基本规律失效。

例如,磁铁具有磁性,是因为其内部结构的旋转对称性下降了,即对称性破缺产生了其磁性及方向,但更底层的基本规律,通常对应的是一个巨大的长期的系统,那么在巨大的系统之中,磁性就会微弱到不存在(因为大部分区域没有磁性)——同理在长期的系统之中,磁性就会几乎不存在(因为大部分时间没有磁性)——显然,在局部短期内,磁铁的磁性是不符合基本规律的“平均描述”的。

所以可见,用更底层的基本规律,来研究描述更庞大的复杂系统,即对称性低、非线性强的系统,其预测结果通常是无效的——就像平均水深1米,但局部水深有8米一样。

那么事实上,不同的层级就有不同的模型任何模型都是在某个层级之上才有效,即:换了层级就要换模型,而模型的失效,就是因为来到了不相匹配的层级之上——这就是“多即是不同”的本质体现。

何为解耦合

耦合(Coupling)——是“成为一对”的意思,其内涵是可以持续地相互作用,并在不同的场景下有不同的形式,如:化学键、物理场、程序调用,以及等等。

解耦合(Decoupling)——是化繁为简、找到本质、打破层级,并问对问题找到答案。

那么显然,追随第一原理,不仅仅是解耦合,更为关键的是,从物理定律出发的逻辑推演——而其结果,自然也会覆盖解耦合所追求的结果。

所以,如果说解耦合是创新,那么第一原理就是颠覆,且创新不一定就是颠覆。

事实上,解耦合作为一个目的,可以通过第一原理思维这个手段达成,否则不从第一原理出发,在某些情况之下,就难以获得解耦合的最优解。

可见,解耦合第一原理,表面操作上有相似之处,但视角全然不同。

知识语义树

这是与第一原理相辅相成的重要方法,即:

通过第一原理思维,将所有的知识解构为基本原理,接着再把这些原理,塑造成大脑中一棵知识语义树,从而在日后,可以自由地从这棵知识语义树上任意取材,进行基本层面的自由组合与创新重构,进而得出具有颠覆性创造性的结论与结果。

那么,在大脑中构建知识语义树的重要性,有以下四个方面:

第一,孤立的知识难以长期记忆,且非常容易被遗忘。

但如果,是结构化的知识语义树就不同了,不仅可以记忆得更长久(即进入大脑的长期记忆),也更容易被大脑的工作记忆所关联和提取——这增加了颅内信息,自由组合的随机概率,也就是增加了创造力。

第二,真实世界其实就是一个分形递归的树形结构。

也就是说,我们的世界及宇宙,其内在的模型结构就是“一棵树”,即:它由最基本的主干开始,不断地分支分叉,演化形成无数的分支分叉,而每个分支分叉,又可以看成是一个新的主干(或是新的一棵树),继续如此这样循环递归地分支分叉下去,最后产生的就是无数的路径树叶

那么,知识语义树,其实就可以看成是一棵,由逻辑信息构成的“因果树”,而把环境信息存入大脑结构的认知过程——就是把这棵“因果树”,种植映射到大脑神经网络中的过程。

而我们大脑神经元细胞的结构,就类似“树形”——如轴突是主干,树突是分支分叉——而神经网络结构,就类似是860亿棵“树形”所构建的“森林”——并且是环境信息通过“知识语义”,塑造了这个“森林”的结构形态、及其扩展功能(固有功能由基因信息塑造)。

所以,我们在大脑中,构建知识语义树的过程,其实就是在以最自然合理的模式,去映射模拟现实世界——其重要作用,就如同计算机抽象模拟现实世界一样,可以让我们更好的预测未来

第三,知识语义树是对信息的有序性优化,让我们能够记忆更多的信息。

显然,有序的信息——更容易被压缩存储(即被抽象合并),而无序的信息——不仅会(因为缺少关联性而)容易丢失,还会(因为低效压缩而)浪费存储空间,并影响其它信息的存取。

第四,通过知识语义树,我们可以更高效地索引并搜索,更多的相关信息。

就像有了搜索引擎,我们就无需记住所有的知识,或相关知识的所有细节,而只需要记住关键字即可——因为,虽然我们不知道问题的答案,但我们知道,到哪里可以获得我们想要的答案。

那么,知识语义树上挂载的“基本原理”,其实就是物理世界的“抽象关键字”

显然,通过这些基本原理所构建的树形路径,我们不仅可以推理出已知问题的答案,还能够推理出未知问题的答案——并且,我们无需记忆所有的细节,这就像在大脑中构建了一个——基于物理学的搜索引擎

最后,从高效记忆的角度来看:

“记忆宫殿”——其实就是在利用“宫殿”这个场景地图,来组织高度有序的记忆信息——这里的宫殿,就像是一棵树,而宫殿里的有序场景,就像是树上的枝叶

可见,对于构建有序的颅内信息,“知识语义树”是一个抽象概念,而“记忆宫殿”则是一个具体操作。

事实上,如果在你的大脑中,没有一棵语义树、或是一座宫殿、或是一套系统,并不断把你学习到知识“挂载”进去,成为一个结构化的整体——那么,你看过的书籍、得到的认知、接收的信息、见识的数据、思虑的想法、闪现的念头,其中的大部分,都会随着时间,或快或慢地被遗忘淡尽。

创新与创造力的奥义:第一原理与知识语义树

“语义树”就像脑神经网络

结语

第一原理知识语义树,简直就是天作之合,这不是魔法,而是可以通过刻意练习获得的强大技能——但同时这也是魔法,因为你一旦拥有并掌握了这个技能,很有可能就会启动了你的——“开挂人生”

那么,如果我们可以活在“大局观”之中,并从最宏观的视角去看待事物,接着追随“第一原理”,然后在颅内构建整个宇宙的“知识语义树”——显然,我们就可以成为一个与众不同的,梦想家创新者

最后,在我们跃跃欲试,准备学习与应用这个,创新与创造力的“魔法”的时候,不要忘记这样一句话,即:

再强大的魔法,如果不能控制自如,那么也等于从未拥有。

拓展知识: