怪客思维：限制的快乐

【编者按】

所谓“怪客”是指对科学知识、思维方法或其他需要动脑筋的事情格外感兴趣甚至十分迷恋的人。怪客思维，简单来说就是科学思维和创新思维，在《怪客思维：像斜杠科学家一样思考》中比尔·奈倡导使用理性的工具来解决问题，培养批判性的思维和过滤信息的能力。本文摘编自该书。

我们通常把限制条件看作一件坏事，认为我们因此受到了阻碍而无法完成一些事情——通常都是我们最想做的事情。但我要在这里论证的是，限制条件也能发挥作用，甚至大有助益。当你在生活中做出或大或小的决定时，限制条件可以起到引导作用。由于受到限制，有一些解决问题的方法便行不通了。限制条件可以帮助你弄清楚哪条路走不通，更重要的是，你应该放弃什么样的想法。它可以帮助你决定买什么、吃什么、做什么工作、和谁结婚（或者不结婚），还可以使我们更容易地从科学和数学的角度去理解这个世界。

我在这本书里一再强调全局思维的作用。然而，你在行动过程中不可能面面俱到。你不能用逻辑把每一个选项都筛选一遍，这会让你发疯的，而且会占用你太多的时间，使你最终一事无成。所以我们必须学会在受限的情况下做出决定。我们要有所关注，也要有所舍弃，还要不断评估哪些信息最具有相关性、最为可靠。一些最伟大的技术成就（例如，曼哈顿计划或阿波罗登月计划）就是在严格的限制条件下实现的。这就是我们在怪客世界里所做的事情，无论我们面对的是一个小小的理论问题，还是一个巨大的现实世界。我们利用现有的技能和资源，从各个角度看问题，并尽我们所能做到最好。

人类大脑的奇妙之处在于，它能够快速地梳理接收到的信息，或者说其反应速度足以让我们这个物种在数千年里存活下来。我们不可能对周围的一切了如指掌，所以我们不得不依靠已有的知识做出选择。热带草原上有只狮子在偷偷地追踪我们，它是不是要拿我们一饱口福？我们只能在短暂的时间内做出决定：快跑、躲起来，还是玩儿命地跑？通过编程让机器人来解决这样的问题需要很长时间，我们的大脑却能很快分辨出声音、气味、风向以及哪棵树离自己最近，我们可以快速地爬上去。（不要问我为什么机器人也要躲狮子，也许它的供电电池件是由一块好吃的肉制成的吧。）战场上的士兵、开车的司机、球场上的球员或超市里的顾客也同样具备这些基本技能。在任何情况下，我们都能从众多的可能性中提炼出一种行动方案。

在一些研究中，几组大学生需要按照不同的规则提交论文。一些学生不受限制，可以在任何时候提交论文；一些学生的论文截止日期可以通过协商确定；还有一些学生必须遵守确定的截止日期。这些研究结果比较一致，即限定截止日期的学生完成情况最好。他们必须在某个特定日期前完成任务，而这种强加的限制会激励他们合理地安排时间，并集中精力完成自己的任务。限制条件可以帮助我们在解决问题或寻求方法的过程中找准方向，完成任务。而在没有限制条件的情况下，我们往往会对重要的事情视而不见，就像那些不受限制、没有规划的大学生一样。

还有一个例子可以很好地说明限制的作用。2012年10月下旬，我后来定居的纽约市发生了一场相当猛烈的风暴，“桑迪”飓风袭击了新泽西海岸和纽约市部分地区，尤其是曼哈顿最南端、海拔最低的地区。这座城市遭遇了停电、洪水，以及生产力的巨大损失，并可能需要巨额的重建成本。有着经济命脉作用的纽约市及其周边地区持续瘫痪，这对整个世界的经济都造成了影响。因此，新泽西州和纽约州开始寻找工程方面的解决方案，以防止此类风暴再次对城市造成破坏。

城市建筑师面临的限制条件十分苛刻。沿海地区必须保持风物，并适宜居住。人们能够自由来去，通勤、聚会、外出就餐、漫步于海滨公园、坐在桌旁撰写书稿，等等。当下一次大风暴来袭时，所有处于危险区域的公园、人行道、公路和地铁线路都必须能够承受风暴的击打，或者可以灵活地让人们躲到安全的地方；在风暴退去后，这些地方还必须能够重新回到宜居和适于工作的状态。这可不是件容易事，暴雨和大风会导致沿海地区洪水泛滥，变电站的开关系统在被大水淹没后就会关闭闸门，灌满水的地铁隧道也无法通行。

即使对河流和洪水了解不多，你也能想到一些避免暴风雨破坏的可行方法。这有多难呢？你可以建造一个防水的高墙或大坝。但问题是，如果要在纽约市建造一堵高墙来抵御像“桑迪”这样的飓风，那么这堵墙至少要有3米高，而且要修建数公里之长。从技术上讲，你可以这么做，但这种方法看起来很糟糕，而且并不宜居，一条长长的蜿蜒的大坝会将城市与河流隔离开来。我们不能采纳这种方法，因为这座城市的许多业务都是沿河边开展的。如果用一堵墙把河流隔开，我们就会切断经济的大动脉，这就相当于阻隔了海滨地区与著名的新泽西海岸的商业往来。

如果混凝土承包商负责管理政府，他们可能就会说“这是我们唯一的办法”。当地的进口商、出口商、水上通勤者和旅游公司等都需要把上游重新定位到稍高一点的地方。但在我们的民主氛围中，修建大坝的解决方案一定会被立即驳回。纽约人以及与纽约人有贸易往来的人绝不允许连续的大坝影响整个业务格局，这是一个不容置疑的事实。在这种限制之下，建筑师和工程师不断地削铅笔、敲键盘，点击并拖动计算机辅助设计线条，绞尽脑汁地想办法。

丹麦的比亚克·因戈尔斯集团承担了保护曼哈顿海滨免遭未来风暴袭击的任务。为了满足所有的实用性功能和美学需求，他们在设计过程中需要攻克重重障碍。这些人提出了一系列连续的设计方案来应对潜在的洪灾，使洪水不会影响市中心和非商业区的居民。在一张地图上，设计师们设想了延绵10公里的公园、隧道、护堤和车行道，全都架高、加固，以抵御下一次不期而至的超级风暴，避免随着海平面持续上升而引发的洪灾。由于该设计方案的整体造型酷似马蹄铁，所以被称为“大U方案”。

除了必须确保这一地区的商业功能，保持或提高该地的宜居性，并且需要利用现有的公路和街道等一些限制条件，建筑师也获得了许多有用的指导信息。有关超级飓风“桑迪”的破坏数据信息既详细又醒目，使工程师们对可能出现的问题有了很好的认识。在他们的设计理念中，重建后的海滨社区几乎可以始终正常运转。而当大风暴到来的时候，改建后的海岸线必须得能抵御洪水。即使下一次飓风来袭，该地区也基本能够保持完好，完全适宜居住。还有很多清理工作——洪水从城市里退去后，会留下很多煞风景的垃圾，但城市规划者们相信，这里的社区和地铁状况会比“桑迪”飓风过后的情形要好得多。

当然，资金也是一个限制因素。比亚克·因戈尔斯集团称，曼哈顿水上重建项目的成本估计为3.35亿美元。这似乎是一大笔钱，但和“桑迪”造成的商业损失和破坏的基础设施比起来，它大约只占损失金额的1/200。如果按照计划进行，“大U方案”会发挥很大的价值。

大多数时候，我们不难确定自己想要解决的问题，难点在于弄清为什么这个问题会成为一个问题。确定了原因之后，我们就理清了限制条件，从而使整个问题更容易得到解决。这就好像，如果你发现地下室被水淹没了，其潜在原因可能多种多样。因为排水系统不够好，所以需要安装水泵吗？是以前的业主没把房子东边的墙封好吗？还是年复一年的气候变化带来了太多的雨水，使这里不再适于居住了？

这就是局外专家（怪客们）的不可或缺之处。在地下室被水淹的假设情景中，我会尽我所能地分析原因，但随后我可能去找专业人士来弥补我所欠缺的知识。在充分确定原因并克服限制条件之前，我甚至可能去找不同的专业人士帮忙，从水管工到建筑工程师，再到环境科学家。寻求专家意见的做法不但不会削弱你对局面的掌控能力，反而会增强你的控制力。我觉得很多人在抱怨当专家告诉他们该怎么做时，他们认为自己受到操控了，这是一种误解。专家可以帮助你锁定问题并解决问题。如果没有他们，你仍然可以自己摸索，但很有可能找不到正确的方法。

有时候，我们面临的最大限制是如何让人们关注我们想要解决的问题，尤其是当我们的解决方案需要时间、金钱、精力和关注的时候。曾几何时，仅是地缘政治的因素就足以推动这样的探索项目。美国实行阿波罗登月计划是为了赢得冷战，如果没有美苏争霸，这一切都不会发生。我们需要严肃地考虑太空活动的重要性，以及地球将会从中获得什么样的益处。

在很大程度上，怪客的成功之道是能够恰如其分地描述问题，让别人热血沸腾，投身进来。例如，我坚信太空探索会让人类变得更好：当我们冒险穿越大气层，把最优秀的科学家和工程师设计的最精密的仪器发射到外太空，去探索另外的世界时，这本身就是巨大的成就。如果我们能够突破最大的限制，我们就能成就最伟大的事业。

首先是教育方面。太空探索是一种强大的动力，有助于吸引孩子们进入科学技术领域。美国教育部每年投入近800亿美元。相比之下，NASA的行星科学预算约为15亿美元，大约是教育部投入的1/50。试想，哪一项投入更能让青年学生们感到兴奋，并激发他们努力学习微积分和物理、化学这些大学课程呢？

其次是技术方面。我说的不只是NASA和其相关项目的衍生发明，尽管这些发明不胜枚举，从燃料电池到数码相机。万维网、天气预报和全球定位系统发挥了广泛的价值。但对我来说，更重要的是，我们可以利用太空探索了解自己以及自己在太空中的位置。通过探索地球以外的世界，我们解决了以前未能解决的问题。当我们习惯于解决以前未能解决的问题时，世界就会变得更加美好。太空探索创造了一种创新文化，每一天都在影响着地球上每一个人。

你可能注意到了，这些限制条件会以一种反馈循环的形式发挥作用。为了解决向其他星球发射太空探测器的技术限制，工程师们就需要极具创造力，而这种创造力进而又有助于消除政治上的限制，使其不再阻碍这些太空项目获得资助。一直以来，怪客们在研究太空探索问题的同时，也给社会带来了各种各样的次级效益，使整个专业知识链得到加强。这是一个很奇妙的过程，很符合全局思维的理念。

在谈论高远的太空探索计划时，我们可能觉得与限制条件做斗争的过程很有意思，而且具有启发性，但当涉及实际问题时，情况就有所不同了。即使是像纽约的“大U计划”这样的重点项目，也包含了大量乏味的谈判和说服工作。当遇到更大的挑战时，限制条件往往会使人感到绝望、悲观和无能为力。人们很容易把目光集中在那条走不通的路上，认为根本没有前进的道路。也就是从那时起，我们踏上了一段短暂的“否定”之旅，或者开始怀念以前的时光，那时我们的问题似乎还没有那么难以解决。

太空探索的限制条件具有极端性质，因此能够促使科学家和工程师开拓他们的思维。为了保护曼哈顿海滨区不受未来风暴的影响，修建新工事的限制条件是由货物运输和行人通行等实际因素决定的。而对于行星协会支持和资助的项目，其限制条件则全然不现实，有时甚至让人觉得异想天开。某个项目的启动可能仅仅来自一场头脑风暴：“好了，各位，你们必须造一辆可以登陆火星的车。我们开始干吧！”这不是凭空编造的例子，而是NASA在打造“好奇号”火星车时的真实一幕。目前，“好奇号”还在火星上游走，而人类已经计划再将一辆更先进的火星车送往火星。这两辆火星车的大小和质量都与雪佛兰斯帕可汽车差不多。那么，NASA是怎样让火星车实现着陆的呢？

如果你像一个初出茅庐的工程师那样天真自信，你可能会想：“这没有那么难吧。我们只需要让速度慢到足以使车子停止滚动或滑行就可以了。我们的飞机每天在各处降落，我们有各种各样的东西着陆在月球上。我们现在肯定已经掌握了这些基本的理论。”换句话说，你可以从熟悉的方面着手。但事实证明，在火星表面完好无损地着陆是一件非常复杂的事情。地球上有很多空气可以发挥阻力作用，即使最快的战斗机也要减速不少。当“好奇号”探测器在火星上着陆时，即使油门熄灭，防火墙关闭，它的速度仍然比tf—35闪电II战斗机速度的6倍还要快。

那些年里，NASA中颇有创意的工程师们设计了一些反冲火箭系统。这个东西很巧妙，可以在火星车的底面燃烧，其原理就像20世纪70年代的《闪电侠戈登》系列电视剧里维京登陆者们在火星上先以尾翼着地一样。尽管反冲火箭很酷，但它们并不能使探测器实现平稳着陆。火箭会扬起很多灰尘，这会损坏灵敏的仪器和运动部件。它们还会在受到冲击力作用的地方炸出一个弹坑，火星车在刚刚启动的时候可能很难走出那个弹坑，因为全部的燃料和排气控制装置都很重。这就是常规思维的1号解决方案。

2号解决方案是利用空气让速度慢下来。两名维京登陆者就是用隔热罩拖曳空气，减缓了他们在外太空的降落速度，所以我们也可以用软物质为火星车提供反向的力。如果隔热罩能让物体消减一点速度，那么降落伞就能实现大幅减速的目的了吧？你可能不太清楚火星上的气体状况。事实证明，对于在地球上使用的普通机翼和降落伞而言，火星上的大气物质太稀薄了，这里的大气压强只有地球上的0.7%，所以降落伞能够聚拢的空气分子并不多。此外，进入火星的宇宙飞船及其降落伞的速度将超过火星大气层上部的声速。以超声速进入大气层时产生的压力变化和冲击波会将降落伞撕裂，演变成一场死亡的音爆。

因此，现有的任何一项技术都无法完成眼前的任务。于是，在位于加州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室里，工程师们不得不歪着头寻求解决问题的新方式。面对前所未见的情况和当前技术的限制，他们不得不创造出前所未有的东西，并将旧的东西和全新的东西结合起来。他们发现了问题，把注意力集中在问题的根源，结合专业知识，取得了很好的进展。他们不仅从早期的太空任务中获得灵感，还从军用喷气式飞机研究和汽车安全测试中汲取经验。这就是为什么太空飞行的限制如此具有建设性。

后来工程师们意识到，他们不必让宇宙飞船完全停下来，而只需要确保其安稳着陆，这时情况才有了突破性的进展。他们先用一个“盖环槽”的超声速降落伞让速度慢下来一点，然后利用反冲火箭进一步减速，最后通过4个大气囊（这个技术够原始）实现平稳着陆。真的是这样，搭载火星探测器的太空舱装有4个超级结实的气囊，这些气囊在着陆之前会全部膨胀起来。它们在最后几米落程中自由降落，然后在尘土飞扬的红色地面上弹跳十几次，弹跳范围有几个足球场那么大，然后气囊放气、打开，这样收在里面的探测器就可以离开了。NASA利用这种方法成功地发射了三个火星探测器：“旅行者号”“勇气号”“机遇号”。

第四个火星探测器“好奇号”比之前发射的火星探测器要大得多，其承载的功能也更多。重量的增加带来了一系列新的限制条件。安全气囊已经不足以用来减速了。现在，工程师们不得不重新歪着头想办法。在头脑风暴会议结束后，他们得出了一个更古怪的解决方案。这一次，他们的想法是，只要反冲火箭离地面不要太近，不会让火星尘埃扬起大云团就没有问题。他们的解决方案如下。用特制的超声速降落伞进行初步减速，然后发射反冲火箭，但不要让火箭的排气喷嘴离火星表面太近。接下来，把“好奇号”从一个八火箭喷气发动机组件（工程师们称之为“空中吊车”）的底部降落下来。继而空中吊车发射反冲火箭，使整个空中吊车悬停在离火星表面20米以上的地方，并持续几秒钟。然后，一吨重的火星探测器就能快速地顺着三根尼龙绳索降下来，就像一名突击队员从军用直升机上沿绳下落的情景一样。一旦火星探测器安全着陆，绳索就会脱落，然后空中吊车将再次点火起飞，并在坠毁之前飞到一个安全的距离。虽然令人难以置信，但是这个系统运行得很出色。

我们在火星上的时候——不，等等，我们还在地球上。我的意思是，当涉及人类登陆火星的议题时，我们还必须考虑怎样做才能把人类送上火星。对于载人任务来说，一吨的有效载荷是远远不够的。我们要尝试一次性载重几十吨，可能是30吨到40吨。我们需要发送足够的设备来建立一个完整的生命维持系统和支持系统，全面保护人类免受辐射和恶劣火星环境的伤害。同时，我们还需要运送食物和医疗用品。除了研究火星和寻找火星微生物（活体或者化石）所需要的科学设备之外，上述物品是必不可少的。我们必须看到这些限制因素，在通盘考虑之后，我们得出结论，派遣宇航员去火星是有可能实现的。

这是迄今为止最难克服的一系列限制条件。这有点像前面提到的火星探测器的登陆问题，但要比那困难得多，因此目前该问题还没有明确的解决方案。SpaceX是由特斯拉首席执行官埃隆·马斯克经营的一家太空探索技术公司，该公司和NASA的工程师们仍在攻克这个问题，不过他们已经有了一个很可能会实现的方案。他们想，既然降落伞和反冲火箭都有局限性，那何不设计一种结合两者优点的系统呢？他们计划该系统能以正确的角度和速度发射反冲火箭，从而在火星稀薄的空气中模拟一顶巨型降落伞的作用。对这个概念进行测试的挑战性很大，我们只能从在地球上进行的高空火箭实验中获得最近似的模拟值，最终还需要在火星上真正经历着陆才能证明方案的可行性。如果他们成功了，那就是我在高中课堂上学到的那些物理知识发挥了作用。知道哪些方法行不通，就更容易找到那些可行的方法。即使失败了，我们也可以知道下一项工作的局限所在。

我说这些是为了让你看到取得进展需要经历一个怎样的过程。我在这里讨论的每一种设计——安全气囊、空中吊车、反冲火箭、降落伞，都丰富了太空探索的工具包。每个限制条件都会激发人们想出一个新的未来应用方案。我有信心，有一天我们还将探索其他的神秘星球，包括表层下面存在咸水海洋的木卫二和分布着液态甲烷和乙烷池的土星卫星泰坦。到时候工程师们就可以利用我们这个太空探索工具包了。如果现有的解决方案中没有一个适用，他们就会再次苦思冥想。另外，日益积累的太空专业知识也可以帮助解决地球上的各种限制问题。

不到一个世纪前，人们认为天花是不可战胜的，它将最终杀死地球上的每一个人。在18世纪90年代以及我所生活的20世纪60年代，很多人认为人口的增长会导致我们生产的食物不足，并带来大面积的饥荒。还有一个问题现在看起来我们可能会感到奇怪，不过许多人曾经认为2000年的计算机“千年虫”问题将使我们的社会陷入停滞——如果工程师们没能及时在每一台计算机上努力修复这个问题的话，也许会发生这种情况。在很大程度上，化解“千年虫”这个大麻烦的不是魔法咒语，而是勤奋的思索和对细节的关注。

气候变化是一个超越以往任何问题的大问题。我希望它能激发出更多的创造力和奉献精神，成为自然进化的一部分。随着我们的目标变得越来越远大，我们必须突破的限制条件也越来越棘手。这些限制条件会驱使我们苦思冥想，寻找新的更宏大、更有创造性的解决方案。我们每个人都是如此，整个社会也是如此。我们不能故步自封，甚至不能放慢脚步，我们需要直面那些迎头而来的限制条件。

我敢肯定你遇到过一些看似非常复杂的任务，但是你苦思冥想，想了一会儿后，还是完成了任务。我们都有过这样的经历，不过在大多数情况下，这些事件通常很微小但有教育意义，比如用方程式表达一个用粉笔画在黑板上的讨厌的椭圆形。我们偶尔也会遇到真正艰难的挑战，不过从小事中汲取的经验可以给我们提供灵感，帮助我们克服更大的困难。这说明，限制条件可以让问题看起来不那么难以解决，并帮助我们找到最可行的解决方案。这就是当前全世界所面临的情况，我们需要利用这些重要的生活经验，拥抱这些限制条件，面对问题，行动起来，而不是绝望或逃避。

《怪客思维：像斜杠科学家一样思考》，[美]比尔·奈（Bill Nye）著，科里·S.鲍威尔（Corey S.Powell）编，赵亚男 赵龙飞译，中信出版集团2021年11月。