Ngẫu nhiên: Ý nghĩa trong cuộc sống hàng ngày và trong khoa học

"Thật là ngẫu nhiên!" Cụm từ phổ biến được sử dụng để diễn đạt điều gì đó bất ngờ hoặc không theo khuôn mẫu. Có phải ngẫu nhiên có nghĩa là một cái gì đó khác nhau trong khoa học? Câu trả lời ngắn gọn là không, nghĩa của từ “ngẫu nhiên” là như nhau trong bất kỳ ngữ cảnh nào. Tuy nhiên, có sự khác biệt trong nhận thức của con người về tính ngẫu nhiên và ý nghĩa thực sự của ngẫu nhiên.

Merriam-Webster định nghĩa "ngẫu nhiên" là được thực hiện, thực hiện hoặc chọn một cách ngẫu nhiên. Từ điển không phân biệt giữa ngẫu nhiên trong khoa học và trong cuộc sống hàng ngày nhưng có sự khác biệt trong cách sử dụng từ này trong thực tế, xuất phát từ thực tế là mọi người rất kém trong việc nhận ra sự ngẫu nhiên.

Ngẫu nhiên: Ý nghĩa trong cuộc sống hàng ngày

Hãy tưởng tượng bạn muốn thử vận may của mình và ghé thăm một sòng bạc. Bạn ngồi xuống và bắt đầu chơi một trò chơi. Thật không may, bạn liên tục thua và bạn tự nghĩ “được rồi, một lần nữa, mình phải gần chiến thắng”. Đây được gọi là "ngụy biện của người chơi cờ bạc" . Các nhà nghiên cứu về Tâm lý học và Khoa học Nhận thức không phải lúc nào cũng đồng ý về những khái niệm tâm lý nào tồn tại, nhưng hầu hết họ đều đồng ý rằng sự ngụy biện của Người chơi cờ bạc làsự thiên vị nhận thức che đậy sự phán xét của con người không chỉ ở các sòng bạc.

Sai lầm của người chơi cờ bạc là một niềm tin phi lý rằng xác suất của một sự kiện trong tương lai được xác định bởi các sự kiện trước đó trong một chuỗi. Điều này đôi khi có thể là một kinh nghiệm hữu ích, nhưng sẽ không hữu ích khi chúng ta xem xét các sự kiện độc lập và được phân phối giống hệt nhau (IID) chẳng hạn như trò chơi tại sòng bạc.

Một vấn đề khác mà con người có liên quan đến tính ngẫu nhiên là hiện tượng gọi là Pareidolia. Nó xảy ra khi bạn nhận ra một đối tượng hoặc một người đã biết theo một mẫu ngẫu nhiên. Bạn đã từng nghe về những câu chuyện về Đức Mẹ Đồng Trinh Maria xuất hiện trong bánh mì nướng hoặc nhìn thấy những động vật nông trại trong hình dạng của những đám mây? Vâng, sau đó bạn hiểu nó.

Một lĩnh vực sống và thở "ngẫu nhiên" là mật mã. Khi chúng tôi có thể phát hiện một mẫu trong một quy trình, chúng tôi cũng có thể dự đoán quy trình có thể thay đổi như thế nào trong tương lai. Điều đó rất hữu ích trong khoa học dữ liệu và học máy, nhưng không thực sự là về an ninh mạng. Trong Serious Cryptography , Jean-Philippe Aumasson mô tả hai sai lầm mà mọi người mắc phải khi nhận ra sự ngẫu nhiên

1. Nhận thức không ngẫu nhiên là ngẫu nhiên, tức là một cái gì đó “trông có vẻ” ngẫu nhiên nhưng không được tạo ra bởi quá trình ngẫu nhiên.
2. Sai lầm ngẫu nhiên với không ngẫu nhiên, tức là nhìn thấy một mẫu khi không có mẫu nào như Pareidolia trước đó.

Dãy nào trong số các dãy 0 và 1 này là ngẫu nhiên?

a) 00000000

b) 11010110

Bất ngờ, ngạc nhiên. Cả hai đều ngẫu nhiên vì chúng có cùng cơ hội được tạo ra. Cả a) và b) đều không có nhiều khả năng xảy ra hơn. Nhưng b) có thể trông giống như ngẫu nhiên hơn vì nó có ít mẫu rõ ràng hơn.

Vậy thì ngẫu nhiên có nghĩa là gì?

Ngẫu nhiên: Ý nghĩa trong Khoa học và Công nghệ

Các phương pháp luận khoa học được phát triển để giảm thiểu nhận thức sai lầm của con người về (không) ngẫu nhiên. Có nghĩa là, phương pháp luận thực thi định nghĩa thống kê của ngẫu nhiên là một cái gì đó không thể đoán trước, tức là đến từ sự hỗn loạn và không chắc chắn. Khi các nhà nghiên cứu thiết kế các thí nghiệm , họ muốn kiểm soát môi trường nhiều nhất có thể, tức là giảm thiểu sự không chắc chắn. Ví dụ, khi một loại thuốc mới được phát triển, nó cần phải trải qua một loạt các thử nghiệm lâm sàng. Chỉ sau một thử nghiệm với hai nhóm, một nhóm dùng giả dược và một nhóm dùng loại thuốc mới, họ có thể nhận thấy thuốc có tác dụng. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu phương pháp luận không được tuân thủ một cách chính xác, số lượng môn học ít, v.v.? Trong trường hợp đó, kết quả có thể được quan sát một cách tình cờ trong trường hợp đó, loại thuốc mới sẽ không hữu ích.

Quay trở lại với mật mã , tính ngẫu nhiên không phải là điều cần tránh. Thay vào đó, ngẫu nhiên có nghĩa là an toàn nên các nhà mật mã cần tạo ra sự ngẫu nhiên theo ý muốn. Làm sao? Đầu tiên, họ cần một nguồn không chắc chắn ở dạng bộ tạo số ngẫu nhiên và thứ hai, họ cần một thuật toán giúp họ tạo ra chuỗi bit ngẫu nhiên mới từ nguồn không chắc chắn, tức là bộ tạo số giả ngẫu nhiên.

Nghe có vẻ như các số ngẫu nhiên nên được ưu tiên hơn các số giả ngẫu nhiên, điều này đúng về mặt lý thuyết nhưng việc tạo ra các số ngẫu nhiên từ nguồn không chắc chắn là rất tốn kém. Độ không đảm bảo có thể đến từ tĩnh điện hoặc nhiễu âm hoặc nó có thể được thu thập từ hệ điều hành đang chạy và các cảm biến hoặc thiết bị kèm theo. Có nghĩa là, "ngẫu nhiên" đến từ thế giới tương tự. Không dễ dàng để tạo ra các bit ngẫu nhiên đủ nhanh theo cách này. Vì vậy, các máy phát điện số giả đến để giải cứu. Chúng có thể tạo ra nhiều bit nhân tạo từ một vài bit thực sự ngẫu nhiên và vì vậy chúng rất quan trọng trong thực tế.

Ngẫu nhiên: Ý nghĩa trong Kết luận

Vì vậy, không, ngẫu nhiên có nghĩa là giống nhau trong các bối cảnh khác nhau, ngoại trừ chúng ta là con người không giỏi trong việc nhận ra cái gì là (không) ngẫu nhiên. Tôi hy vọng câu chuyện này đã giúp bạn hiểu ngẫu nhiên thực sự có nghĩa là gì.

Bạn cũng có thể thích đọc quan điểm của nhà vật lý về sự ngẫu nhiên .