第 118 期·中文精读

格兰特·桑德森:数学、Manim、神经网络与 3Blue1Brown 的教学之道

Grant Sanderson: Math, Manim, Neural Networks & Teaching with 3Blue1Brown

以动画讲解数学的创作者谈 Manim 工具的由来、神经网络可视化,以及如何把抽象概念讲清楚。

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在咖啡馆里,格兰特·桑德森(Grant Sanderson)正捧着一本关于费曼的书。一个陌生女人瞥了一眼封面,凑过来说:哦,费曼,我爱他,我读过《别闹了,费曼先生》。然后她开始解释,费曼其实从来不算是个“数学型的人”。

格兰特当时坐那儿有点懵。一个物理学家,被公众认知成“跟数学没什么关系”,这事怎么想都别扭。但更别扭的是,这句话反过来倒像是一种赞美:在很多人心里,费曼的伟大恰恰在于他“绕开了”数学,用最直白的方式触碰到了真实世界。

这是格兰特第二次上 Lex Fridman 的播客。他做 YouTube 频道 3Blue1Brown,做数学可视化,做了 Manim 这个动画引擎。两个多小时里,话题从费曼聊到拓扑学,从指数增长聊到 GPT-3,从贝尔实验室聊到神经元网络,中间穿插了不少关于创作、孤独和教育的自我剖白。

如果你只想知道结论,大概有这么几条:让人爽的内容不等于让人记住的内容;最有资格讲某件事的人,往往最不敢点发布;万物理论是块太大的肉,啃不动;而人这一生最大的遗憾,可能是没和同事共用过一间办公室。

咖啡馆里那句话,把费曼说成了“不算数学型的人”

格兰特对费曼的兴趣不在那些段子。让他真正记住费曼的,是一封信。

那是费曼写给妻子的信,写在妻子去世两年之后。她在曼哈顿计划期间得了脊髓灰质炎,很年轻就走了,两个人当时正爱得不可开交。信里费曼说,他有多爱她,没有任何女人能和她比。

你在《别闹了,费曼先生》里看到的那个费曼,和现实里的费曼是两个人。(格兰特·桑德森)

公众印象里的费曼,有点像个油嘴滑舌、略带性别歧视的花花公子。可那封信是完全另一个人写的。格兰特说,这跟费曼在科学上的形象也有点像:表面上他是那个拍着桌子说“你们别搞那些花里胡哨的公式,我就要最本质的东西”的家伙,看着特别接地气,特别反理论。可他真正在做的事,深得很,数学密度极高。

那句“他从来不是个数学型的人”之所以能流传,大概是因为观众太想相信这个故事了。我们想相信,伟大可以绕开枯燥的技术细节,靠直觉和天分直接抵达真相。这种叙事听着舒服,但它不真。

费曼身上另有一件事让格兰特着迷:他读论文的方式是先自己解一遍。看到一个别人提的问题,他会先试着从零开始想,建立起自己的手感,然后才去看别人是怎么做的。

格兰特很认同这一点,也承认这方法极其拖慢进度。他自己不是活跃的研究者,某种程度上就是因为这个:学东西太慢。但他也由此得到了一些别人不会有的东西,那些说不清道不明、但真实存在的直觉。因为你自己试过,所以你会去构造反例,会去想象边界情况,会在大脑里堆积一堆属于自己的数据和例子,而不是作者给你的那些。

如果你只是顺着证明读一遍,那些直觉是不会长出来的。(格兰特·桑德森)

费曼效应:让你爽的,不等于让你记住的

但费曼也有一个“坑”。

教育界有个说法叫费曼效应:你看他讲课、读他的讲义时,一切都顺得像水,那种“我终于懂了”的快感,别处真找不到。可是一周之后,你回想不起来到底是什么让你产生了那种感觉。

格兰特说,这个风险对他自己的视频同样成立。他做的东西,最理想也就是一份“智力糖果”,给人一次“好像懂了”的幻觉。想要真的留住,必须自己动手:重新推一遍,做题,用间隔重复把术语的砖块垒住。否则什么都留不下。

让费曼讲座如此令人享受的那个东西,可能恰恰也是我们作为教育者应该警惕的那个缺陷:它和长期学习并不成正比。(格兰特·桑德森)

对自己这份工作,他做过最清醒的一次审视就在这儿。他不否认视频的价值,但他清楚那条线画在哪儿。

狐狸和刺猬:他为什么不去钻同一个洞

有人问他,你游过那么多领域,懂得那么深,有没有想过扎进去,发现点新东西?

格兰特提到一个老比喻:狐狸知道很多事,刺猬只知道一件,但知道得极深。冯·诺依曼是狐狸,爱因斯坦更接近刺猬。两种人都推进了科学。

他把自己归到狐狸那一类,还说了一句很实的话:他现在什么都知道得不够多,不足以在任何领域做出有分量的贡献。他最大的本科遗憾是没和教授们建立好关系,因为他觉得科研的成功很大程度上靠师徒制,靠有人给你递上一层层垫脚的问题。

但狐狸有一个产出:讲解上的新贡献。有些东西是“已知的,但没被讲清楚”,这就留出了空间。他说,如果自己未来能做出点什么,大概率是在这一类。

这也解释了为什么两个相邻的数学分支,可以彼此听不懂对方在说什么。把做复分析的和做代数几何的博士生放进彼此的讨论班,两边都像你我一样懵。所以,一个愿意在好几个山头之间来回走、试着把大图景连起来的人,本身是有价值的。

数学要么平凡,要么不可能,以及拓扑学被讲坏的方式

Lex 说,跟格兰特聊天有个感受:机器学习里两周你就觉得自己“基本掌握”,数学里则是另一种节奏。

格兰特的回答很精准:在数学里,一个东西要么平凡,要么不可能,中间那条线薄得惊人。你刚接触一个主题时它完全不可穿透,等你有点感觉了,回头看又觉得“整个主题其实挺平凡”。所以每个研究者其实都站在那道坎的另一侧,你从外面看觉得遥不可及,走上一步其实就到了。

聊到教学,他把矛头指向了拓扑学的科普方式。

你可能听过那种经典说法:拓扑学家关心的是“可以扭曲拉伸,但不能剪开也不能粘合”的形状。这个说法很可爱,甜甜圈和马克杯,但格兰特说它根本没讲到点子上。

难道真有数学家坐那儿想,我想研究一下黏土的性质?不是的。(格兰特·桑德森)

拓扑学真正的动机是:有一大堆数学对象,它们共享某种“几何但没有精确距离、只有远近概念”的结构。你把这些结构抽象出来,就能在不同数学分支之间建立映射,翻译成非平凡的事实。这才是数学家真正在做的事,但它很少被讲出来。

学习者因此陷入两难:要么听了一堆咖啡杯和甜甜圈,觉得“这也太软了”;要么一上来撞见开集公理,发现“开集不是闭集的反义词”,觉得“这也太硬了”。中间那段真正有意思的路,被跳过去了。

他自己拍过一支莫比乌斯环的视频,就是想补这段路:你想把一个莫比乌斯带的边界刚好放在平面上,同时整个带子都在平面之上,直觉告诉你不可能不自我相交,但你没法说清为什么。要去说清,你就得开始定义“可定向”和“不可定向”,而一旦有了这个动机,拓扑学教材开头那一堆看起来随意的定义,忽然就有了来由。

我们对指数的直觉,是被训练掉的

很多人以为自己不懂指数增长。格兰特的看法相反:人类天生对指数极其敏感,是后来的教育把它训练掉了。

他举了一个人类学观察。在一些还没有系统算术的社会里,问“1 到 9 之间是几”,人们的第一反应往往是 3。因为 3 在几何意义上位于中间:1 乘 3 得 3,3 乘 3 得 9。同理,1 个朋友和 100 个朋友之间“中间是什么”,答案是 10 个朋友,那才是社会地位上的中点。

我们天生就是用对数思考的,然后被基础算术训练成了线性思维。(格兰特·桑德森)

但真正反直觉的部分,在大数那一端。你让一个没有算术的社会去算“1 颗石头连翻三倍七次是多少”,答案也会让他们吃惊。这意味着:小数段的指数直觉我们天生就有,大数段的指数直觉需要靠训练补上。

米粒、睡莲,和“倒数第二天”

他讲了两个经典例子。

一个是棋盘上的米粒。国王答应给一份赏赐,对方说只要在棋盘第一格放 1 粒米,第二格 2 粒,第三格 4 粒,一直翻倍到第 64 格。最后一格需要的米粒,超过全世界所有米的总和。

另一个是湖面上的睡莲。一片睡莲每天翻倍,第 50 天铺满整个湖。问:第几天铺满一半?第 49 天。

Lex 听到这儿停了一下,说“我下意识觉得这不可能”。格兰特说这一下正好证明了问题。你知道了规则,算之前还得先愣一下,这就是我们的直觉塌陷的地方。

他还有一个更狠的版本:不要问“第几天铺满一半”,改问“第几天铺满百分之一”。答案是第 43 或 44 天左右,需要翻 6.5 次。也就是说,在 50 天里的第 44 天,你还在看着 1% 的湖面,然后一转眼,整个湖都是了。

你已经在 50 天里的第 44 天了,而这个睡莲才铺了 1% 的湖面。下一秒,整个湖就是它了。(格兰特·桑德森)

这个改法比“一半”那个版本更狠的地方在于,它对应的是真实世界里疫情早期的心理状态:数据看着还挺温和,然后忽然就不是了。

摩尔定律算不上指数增长

Lex 提到马斯克喜欢讲指数思维,喜欢说“大家以为不可能的事,因为指数就变成了可能”。

格兰特的回应分两层。第一层,1960 年代认真对待摩尔定律的那批人,确实预言了个人电脑、智能手机这些东西,那种“相信”本身产生了作用。

第二层更有意思。严格来说,摩尔定律算不上“指数增长”,它更像一个被设定出来、然后所有人被逼着去达成的基准。真正的指数增长要求变化率正比于自身,就像软件让你能写出更多软件。而摩尔定律更像“四分钟一英里”:一旦有人证明这事可行,这件事就变成了全行业的压力,一堆微创新被挤出来,把曲线硬顶着走。

摩尔定律更像全行业被逼着去达成的一个目标,睡莲自己在那儿长这种解释,套不到它头上。(格兰特·桑德森)

所以真正值得问的问题在于:什么时候变化率真的正比于自身,这条曲线画成什么样反而是次要的。只有搞清楚机制,你才能判断它什么时候会断。疫情是反过来的版本:你希望传播越快越好的是思想,而病毒恰恰是你不希望它遵循这个机制的。

孤独,是格兰特最想改掉的东西

聊到曼哈顿计划和贝尔实验室,Lex 问了一句:你一个人做这些,孤独吗?

整场对话里,格兰特最坦率的地方在这儿。

说实话,那是我人生里最想改变的部分。我看着贝尔实验室那种状态,心里想,天哪,我太羡慕了。(格兰特·桑德森)

他读费曼的传记,发现费曼和施温格(Julian Schwinger)共用一间办公室,脱口而出“那当然了,他们当然共用办公室,想法就是这么长出来的”。虽然这两人实际上大概率是各干各的,但那种“你去拿个零食的路上撞见人”的魔法是真的。

他自己有一点点这种环境,因为他刻意保持和一些思维方式相近的人的联系。但这不是日常,不是每一天都在发生。

Lex 提到他弟弟的日程表上有一项,标题就叫“没有具体议程”。两人都觉得这是个好办法,等于人为制造偶遇。我们平时在酒吧、在火车上碰到的陌生人,那种随机的对话,是被远程办公悄悄拿掉的东西。

关于“一个人工作”,格兰特还有一句很有意思的话:他其实更喜欢独自工作。这是性格上的怪癖。但他也承认,那种“这个太长、这个太短、这个可视化烂透了”的自我怀疑,对自己说比对合作者说容易得多。所以他会很轻易地扔掉一版脚本,却很难开口让别人也扔掉。

写作是最难的部分,所以第一件事是拔网线

格兰特的工作有四种模式:研究、写脚本、动画编程、处理邮件。他明确说,最难熬的是写脚本。

他理想中的一个高效写作日是这样的:早起,锻炼,然后把网线拔掉。想查的东西先记在便签上,等允许上网的时候再查。写不下去的时候,解决写作卡壳的办法是去读点东西,甚至不用相关,读个十五到三十分钟,再回来继续写。

但他也承认自己不是个系统性的人,不打卡、不数小时。Lex 提到卡尔·纽波特(Cal Newport)的深度工作法,格兰特说,那些“完美的一天”的日程表,写出来比执行起来好玩得多,而且写的时候你写的是最好的自己,你不会写“我今天想赖床但又不得不起”这种细节。

写作这件事上,他有一条很明确的建议:不要先立项目再去学。

更糟的做法是:我要开始做这个视频了,所以我现在开始研究。更好的做法是平时在背景里广泛地学,等某一天你感觉“这个我懂了”,再把它放进“可以做视频”的清单里。(格兰特·桑德森)

先立项目再学,结果只有两种:要么卡死,要么讲不好。

他还提到一个判断标准:如果一个题目没有一个“啊哈”的瞬间能把整个故事串起来,就不该开工。他有一大袋子这种时刻,随时可以掏出来用。

评论区的人,代表不了观众的大多数

聊到创作心理,格兰特说了一句可以做所有内容创作者座右铭的话。

评论的公众,不代表真实的公众。(格兰特·桑德森)

你自己想想,你多久看一次 YouTube 评论?大多数人会意识到:我从来不看。那些意识到自己从来不看的人,应该反过来推一下:和你一样的人,也不会去留评论。

所以评论区是严重有偏的样本。觉得无聊的人不会看完,更不会留言;只有特别爱你的人,或者特别愤怒的人,才会花时间打字。前者让你高估自己,后者让你怀疑人生。

格兰特说他自己如果只看评论,会以为自己的内容比实际更好,因为留言的人都太友善了。而那些真正被打动的、他真正想触达的观众,通常什么都没写。

他还讲了个段子。他妈妈早年每天手动把频道里所有视频的播放量加起来,然后发短信告诉他“频道现在有 990,000 次观看了”,她以为自己在给他提供一份别处看不到的“全局分析”。

Lex 提到乔·罗根(Joe Rogan)不读评论,而且不是假装不读,是真的不在乎。两人都觉得,这种状态在今天挺稀缺。你听那些善意观众的代价,是你的心理被互联网底层的毒性一点点侵蚀,这两笔账,其实记在一起。

格兰特自己的做法是:发内容的时候顺便看一眼前一天的,一天一次,90% 的日子能做到。然后每两周会有一次破功,刷到停不下来。

直播课、OBS,和“商品化的讲解”

疫情期间他做了一系列直播课,叫“Lockdown Math”。这对他来说几乎是反向操作:出镜、实时、不能剪。

他做这个的动机很直接:他平时出片太慢,帮不上当时那些在家找学习资源的人。那就干脆双周一次直播,学生知道什么时候来,老师知道往哪儿指。

技术上他说得很细。他之前完全不懂这些,是一个朋友带的。核心是用 OBS 这类直播软件,而不是直接屏幕共享:你可以预设好几个场景(对着脸、俯拍纸面、演示 Desmos),然后用键盘快捷键切换。以前需要一个导播团队喊“切三号机”,现在一个人就能干。练一练,偶尔出错,但整体可以很顺。

他为此写了一篇博客,讲自己的设备布置,以及怎么把 OBS 和 Zoom 整合起来。

这次疫情里,教育上可能发生的最好的一件事,是把一大批老师训练成了内容创作者。(格兰特·桑德森)

他有个说法叫“商品化的讲解”。一个代数一的知识点,全世界每年被不同老师讲几百万遍,这非常低效。理想状态是:互联网上存在那么几份最好的讲解,谁需要谁去看;课堂时间则用来做讲解之外的事,而那才是教学的大部分。

要走到那一步,就得让已经在讲课的人把讲解公开出来。疫情逼着所有人上线,如果这个上线成了“一件本来就要给更多人看的东西”,而非一场恰好被录下来的 Zoom 会议,那就值了。

他还给了一个非常实用的建议:一个老师一年只挑一个自己最懂的主题,做出这个世界上关于它的最好的一支讲解视频。就一个。所有好老师都这么做,互联网上就什么都有了。

这件事还有自利的一面。对学者来说,这相当于在《自然》上发一篇所有人都能读的 letter,你毕生的热爱会被远超预期的人看见。而且,是这些视频在告诉年轻学生该对什么感兴趣。想让系里招到更好的研究生?做出你能做的最好的视频,等八年。

最有资格讲的人,往往最不敢点发布

设备这块他说得很朴素。旁白用 USB 麦克风,Blue Yeti;直播用领夹麦,大概率是 Røde 的。至于音频难不难搞,他说去听自己频道早期的视频就知道了,很长一段时间他都搞不定,“你听自己的声音会觉得怪,分不清是你不习惯,还是真的有音频瑕疵”。

直播用的是两到五台相机,一台俯拍纸面,一台对着脸。俯拍那台也可以换成 iPad 电子书写,但他想要纸张的质感。相机输出会经过压缩再进电脑。

Lex 提到 MIT 的机器人教授拉斯·泰德拉克(Russ Tedrake),讲欠驱动机器人,课很受欢迎,也在玩 Manim,还专门来问该买什么设备。格兰特笑着说:我不推荐我这一套,太贵也太难搞。

更重要的那段在后面。Lex 说,他父亲是等离子体物理的好老师,能把很复杂的东西讲得很简单,可你去搜等离子体物理,几乎没有视频。那么多好老师,哪怕一年只做一个,互联网也会比现在丰富得多。

格兰特接过话,说真正的障碍跟技术无关,是怕丢人。

我真希望那些会说“我凭什么来讲这个”的人,才是真正去发视频的人。(格兰特·桑德森)

真实情况有点残酷。现在的教育内容里,有相当一部分是两周前才开始学的人在做,节奏还被算法推着走。真正该讲的人,因为有自知之明,反而闭嘴了。

他说这也是为什么那些在纸上讲数学的频道(numberphile 一类)有价值:把一个极聪明的人按在那儿,逼他对着一张纸讲清楚。但一个频道做不成规模,得靠每个领域的行家自己动手。

而且现在正是时候。你反正在做线上内容了,就按一下那个发布键,看看会怎样。

YouTube 有个好处:它可能很久都没动静,但十年之后还在那儿。(格兰特·桑德森)

不过这份“永久”也得打个折扣。Lex 提到乔·罗根把整个长视频库从 YouTube 撤走搬到 Spotify,那一刻他才第一次意识到,YouTube 上的东西未必会一直在。格兰特说他自己也想过这个:快进五十年,Alphabet 可能已经不是当年那个公司了,那些没人看的视频服务器成本很高,说不定哪天就开始清理。

要是五十年后人们根本不用 YouTube 了呢,他们在看别的东西,这好像挺可能的。(格兰特·桑德森)

他甚至提了一个技术上的解法:内容寻址(content addressing)系统,地址直接指向内容本身,只要网络上还有一个人托管,它就永远在那个地址上可访问。但他也承认,这改变不了一个事实:如果人们不再习惯去那儿,链接再稳也没意义。想到这儿他还是有点难过,因为那本来会是一片可以永远回去的、关于每个主题的经典视频集合。

神经网络的迷人之处:自动的抽象

聊到深度学习,格兰特说最让他着迷的是分层结构。

每一层干的活看起来性质完全不同:靠近输入的那几层抓纹理、边缘这种极低层的东西,越往后越抽象,开始识别“眼睛在哪”“这个眼睛组成了什么动物”“是猫还是狗”。但每一层遵循的数学规则是一样的:一个非线性,加一个矩阵乘法。

一台通用的机器,层层跑过抽象,而抽象在某种意义上构成了智能。(格兰特·桑德森)

他管这个叫“自动化的抽象”。这一点他觉得非常有力量。你看克里斯·奥拉(Chris Olah)那些对卷积网络的经典可视化:问一个神经元在做什么,问一组神经元在做什么,答案是一层层往上升的语义。同一块数学,长出了完全不同的东西。

当然他也自嘲,深度学习的研究风格有点像“先做一堆临时试验,再看哪个灵,然后回头补一个数学解释,说它本来就该 work”。不过他说,只要最后能拿到那个漂亮的数学,怎么走到的其实无所谓。

为什么这么“笨”的梯度下降能 work

Lex 提到一个常见感慨:神经网络要优化的那个曲面,到处都是局部极小值,可这么蠢的梯度下降居然能找到好解,太反直觉了。

格兰特给了两层回答。

第一层,他不太惊讶。参数空间维度那么高(GPT-3 有 1750 亿个参数),里面当然到处都是“好解”,最优解未必有,但足够好的解无穷多。真正值得问的是效率:怎么能这么快地碰到一个。

第二层是真正的答案。梯度下降在神经网络上好用,而在任意参数化上都好用不了,靠的是分层结构让导数的分解在计算上可行,也就是反向传播。这才是那个“魔法”的来源。

这跟斯蒂芬·沃尔夫勒姆(Stephen Wolfram)的一个观察呼应:如果你把所有可能的计算空间铺开,会惊讶于其中“有意思”的比例有多高。我们习惯性以为智能是极小的一撮,其实有意思的计算多得是。

但真正难的问题在于:哪些有意思的东西可以用极低的信息量描述出来。因为只有这样,你才能把它写出来、建出来、工程化。

香农、随机编码,和低信息量的描述

他举了香农(Claude Shannon)的噪声信道编码定理作为例子。

你要给对面发一串比特,中间有噪声,会有位翻转。你想找到一种编码方式,能抗住噪声。香农证明这种好编码存在的方式非常奇特:他不构造,甚至不做常规意义上的非构造性证明,他说的是随便随机选一个编码,它几乎就贴着理论极限。

听起来很爽。但后果是:之后几十年,没人真的找到接近极限的编码方式。

因为“随机选一个”和“高效地把它写出来”是两件完全不同的事。那个随机选出来的编码,你要真实现它,就得有一张巨大的查找表告诉你每一位怎么映射,这在计算上根本不可行。

有时候,从一个巨大到离谱的集合里随机取一个元素,和找到一种高效描述它的方式,完全是两回事。(格兰特·桑德森)

这就是他眼里真正难的问题:怎么让一个东西既有极低的信息量描述,又能表现得足够有意思。这个问题解决了,才谈得上工程化。顺带一提,这也正好解释了为什么大量“可能存在的程序”毫无意义,真正稀缺的是那些用几行方程就能写出来、却依然复杂到无法预测的东西。

GPT-3:丧尸末日,和它不会数数

聊到 GPT-3,格兰特说前几天刚收到一封邮件,有人想拿 GPT-3 配 Manim,给它一段高层描述,让它自动生成数学动画,“这是想让我失业啊”。

他被逗乐的地方在于,他不太相信这东西能按描述的样子工作,但承认如果挑对例子,能生成点酷东西出来已经足够有价值。他打了个比方:写作很多时候就是把一堆东西先倒在页面上,再决定删到剩什么。如果 AI 能当那个生成器,人当那个筛选器,这种人机共生就挺强。

他最喜欢的 GPT-3 演示,是 Tim Blais(频道 Acapella Science)发在推特上的。因为 GPT-3 训练数据截止在疫情之前,所以它不知道新冠。Tim 给它喂了个开头:一种新型病毒在中国武汉出现,开始向全球扩散。以下是一个月接一个月的记述,一月……

然后它写出来的东西,会发展成一场丧尸末日,当然如此,因为它的训练语料里全是这种故事。但你看到的,是一个“如果新冠是丧尸末日”的版本,前几段意外地还挺合理,然后迅速失控。

另一方面,它在数学上很弱。给它一串五位数,让它找规律,它不行。斐波那契数列喂几项,它很快就错。

格兰特解释得挺细。人类看 1、1、2、3、5、8、13,不会只凭直觉猜下一个,而是脑子里同时挂着好几个假设,然后主动去检验:是不是由前两项生成?是不是乘一个常数?你的直觉围着这些假设转,但你还是得去验证。数学和别的领域的区别就在这儿:模式识别到不了终点,模式只是通往终点的路标。

1、2、4、8、16、31

他讲了个例子,是他频道早期的一支视频。在一个圆上取点,把每两个点连起来,数圆被分成了几个区域。

1 个点:1 个区域。2 个点:2 个。3 个点:4 个。4 个点:8 个。5 个点:16 个。

看到这儿,几乎所有人都会说:2 的幂。这规律我们见过一百万次了。

然后下一个是 31。

差不多是 2 的幂,但差了一点。而这个“差一点”背后有非常漂亮的解释。

这挺能测试一个人,看你思考机制解释的时候清不清楚,你有多快就跳到“一定是 2 的幂”。(格兰特·桑德森)

真正成熟的数学家和初学者在这里的差别,不在谁见的模式更多,而在看到模式的瞬间,会不会先去问“这个问题本身长什么样,它该不该产生这种模式”。

他说,如果真有一个算法能主动做到这件事,他会非常佩服。那基本上就是个小科学家。

Python 最好和最糟的地方,都在同一件事上

话题切到 Manim 和 Python。他说自己一直对 Manim 有愧疚感,因为它是“一个数学老师拼凑出来的代码库”,很多设计上的别扭都源于他不是软件工程师。他这一年花了些功夫改,也承认自己在社区维护上“羞愧地疏忽了”。

他给了个很实在的建议:先想清楚你要做的东西该不该用代码做。只是画个函数图,加点动效,那就用 Desmos、GeoGebra、Jupyter,或者 Mathematica。这些工具能把你带得很远,而且省事得多。他自己的视频里有些部分,用现成工具其实更合理,但他因为要持续改进 Manim,就顺手用自己的了。

照我说的做,别照我做的做。(格兰特·桑德森)

他做 Manim 的原始动机,是不满足于“函数只能画成图”。函数有很多种表示方式,其中一种是用时间上的运动来传达输入和输出的关系,不必非要横轴 x、纵轴 y;向量场也是同一个思路。他想要一个足够灵活的东西,让人不被“坐标图”这种视觉范式困住。

同时他又想吃到代码的红利。如果一个场景需要按参数微调,或者要按条件走不同分支,或者要造出任意增长的复杂度,那就该用循环、条件、抽象这些编程原语去做。反过来,只是往屏幕上打字、挪几个方块,用 Keynote 就够。真正的手艺,是把该写代码的那部分拆出来丢进 Manim,剩下的交给别的工具。

问他 Python 最满意和最不满意的地方。最满意:它既是面向对象的,又是函数式的,你可以按需要挑一种结构来组织东西。想快速

想快速拼个原型,函数式那套很顺手。Python 对他来说是“家”。最不满意:慢。做计算密集的事情,要么得多想一步怎么优化,要么就干等着。

Manim 老版本的渲染慢得离谱,后端处理方式“几乎是荒谬的”。他后来重写成全部走 shader,硬活交给 GLSL 在 GPU 上算,快到开发过程中可以实时交互:3D 场景能随手转,元素能跟着鼠标动。观众体验不到这些,因为视频只有播放和暂停两个按钮,但写代码的时候那种手感完全不一样。

然后 Lex 问了个很程序员的问题:你怎么看海象运算符(walrus operator)?

格兰特的第一反应很淡:我不太在乎,两边都行。直觉上它让代码更难读,但列表推导一开始也难读。用得惯就用,用不惯就不用,关于空格还是 Tab 的那些争论,大家都冷静点。

Lex 提到它背后的故事:Python 3.8 引入这个运算符时,核心开发者里的反对声音极大,那场讨论的毒性最终累积到 Guido van Rossum 卸任 BDFL(终身仁慈独裁者)。格兰特说,那大概是毒性最浓的一次讨论,反对 Guido 决定的开发者数量是历来最多的。他本人未必特别在意这个特性,只是觉得批了是个好主意,然后他不喜欢随之而来的那些负面情绪。

Lex 说,这件事在他看来体现了开源社区里优秀领导力的价值。伟大的领导者会在还有分歧的时候做决定。如果每次遇到争议都等着分歧自然消失,那就成了国会式的瘫痪。等一等是好的,但某个点上你必须往前走。

这世界不会因为你一直在等分歧消失而前进。(格兰特·桑德森)

万物理论是太大的一口,你根本咽不下去

2020 年物理圈挺热闹。埃里克·温斯坦(Eric Weinstein)的几何统一,斯蒂芬·沃尔夫勒姆的物理项目,一个用几何,一个用超图,都打着“万物理论”的旗号。Lex 问格兰特怎么看。

他的回答可能是整场对话里最不客气的一段。

就科普而言,人们对万物理论的兴趣,超过了他们应有的程度。(格兰特·桑德森)

理由很直接:不管你在读爱因斯坦的讲义、沃尔夫勒姆的项目,还是听人讲弦论,你其实不会真的理解它在说什么。少数物理学家会,但你不会。所以花在这个方向上的注意力,回报极低。

他说更有生产力的是另一条路:让自己真正对某些仍然深刻、但你确实有机会搞懂的现象发生兴趣。

他举了个例子,来之前刚看的 Steve Mould 的视频,讲糖为什么会让光以某种方式偏振。要真搞懂这件事,你得往下挖圆偏振光到底是什么意思,而这条线能把你带到对二态量子系统相当不错的理解。相比之下,你去读“量子场论和广义相对论为什么难以统一”,永远到不了那儿。

所以他的判断是双向的:观众该比现在更少关注万物理论,科普者该比现在更克制。对真正做物理的人也许不是这样,但科普这条线是。

而且还有一个现实约束:你几乎不可能做出一支 3Blue1Brown 风格的万物理论视频。它没法在二十分钟里被真正讲清楚。

费马大定理的 n 等于 3,和孪生素数的诱惑

他顺势讲了个例子。如果他要做费马大定理的视频,他不会去讲怀尔斯的证明,而会讲 n 等于 3 的特例。这个情形仍然勉强可及。

里面涉及到的东西挺硬:看数字所在的数域,它在复平面里长得像个六边形格,然后你在这个格上问因式分解的问题。他之前在其他语境里讲过这种格上的算术,观众能走到理解那一步。而让费马大定理真正难的东西,比这深得多。你想理解一般情形为什么难,必须先走完这些可及的路。跳过它们直接讲一般情形,只能讲得浅,浪费观众的时间。

他还讲了小时候的一段。孪生素数猜想曾经把他整个吸进去,因为它看得懂。他有过一个梦想:也许我就是证明它的人。那段时间他学任何新数学,都会拿它当透镜看,想着这个能不能用上。

然后人会长大,会意识到一件事:你该把脑力花在那些你能看到它被解决的问题上。因为只有看到问题被解决,你才知道“解决”是什么感觉,才会长。

你应该把脑力花在你能看到被解决的问题上,而不是花在那些不会在你手上开花的事情上。(格兰特·桑德森)

他举了詹姆斯·梅纳德(James Maynard)作为正面例子:年轻、有创造力,不去正面硬刚孪生素数猜想,而是去找一批因为相似原因而难、但变得可处理的问题,让自己真正扎进去。

“生命的意义”这个问题,缺一个主语

最后 Lex 问了个大问题:生命的意义是什么?

格兰特说他不理解这个问题。

意义是被赋予给那些带着意图被创造出来的东西的。(格兰特·桑德森)

这个水瓶上的标签有意义,因为有人带着“把某个意思传达给另一个意识”的目的把它做了出来。绝大多数东西没有这个属性。所以问“生命的意义”,有点像问“高度是多少”:你不能脱离对象问高度,也不能脱离一个带意图的意识问意义。他说这大概暴露了他不太宗教。

但他也不认为提问的人是空的。他猜人们实际在问的可能是:我每天做决定的时候,该做什么?那盏指引的灯是什么?

如果是这个问法,他的答案很朴素:与他人的互动,与想法相近的人的互动。给别人带来快乐。你创造的东西以某种方式与人连接上,反过来也一样。我们用“意义”这个词形容的那种被幸福和能量填满、想继续创造更多的状态,他从这里得到了太多。

Lex 追问:那一个人独自待在荒岛上,是不是就没什么意义了?

我觉得我们都是孤独地在一起。(格兰特·桑德森)

一朵花,和科学只做加法

节目最后,Lex 放了费曼的一段话,讲一位艺术家朋友。

他会举起一朵花说,看多美。我同意。然后他说,我作为艺术家能看到它有多美,但你作为科学家把它拆开,它就变乏味了。我觉得他有点疯。首先,他看到的美,对别人、对我同样存在。同时,我看到的花比他多得多:我能想象里面的细胞,里面复杂的活动,那也是一种美。不只是那一厘米尺度上的美,还有更小尺度上的美,内部结构,还有过程。花的颜色演化出来是为了吸引昆虫传粉,这很有意思,这意味着昆虫能看到颜色。这又引出一个问题:这种审美感在更低等的生命里也存在吗?为什么是审美的?科学知识只会给花增加兴奋、神秘和敬畏。它只会增加。我不理解它怎么减少。(理查德·费曼)

这段话放在整场对话的结尾,回头再看前面那些内容,会发现线索是通的。

格兰特说费曼读论文要先自己解一遍,说拓扑学被讲成了黏土的性质,说费曼效应让你爽却留不下东西,说最有资格讲的人最不敢点发布。这几件事指向同一个方向:真正理解一件事,需要你自己走一遍那段路,被别人的顺滑叙事带着滑过去是不够的。

科学只做加法。这句话既是费曼的,某种程度上也是 3Blue1Brown 这个频道存在的理由。

如果这篇读完你想做点什么

  • 挑一个主题,一年只做一个。选你最懂、最热爱的那一个,做出这个世界上关于它最好的一支讲解。就一个。所有领域的行家都这么做一次,互联网上你想学的任何东西都会有一支能看的视频。
  • 写东西的时候拔网线。想查的内容先记在便签上,等允许上网时统一查。卡住的时候去读点东西,读十五到三十分钟,不相关也行,然后再回来写。
  • 不要先立项目再去学。平时在背景里广泛地学,等某个“啊哈”的瞬间自己冒出来,再把它放进可做的清单。没有那个串起全片的瞬间,就别开工,否则要么卡死,要么讲不好。
  • 学新东西时,挑几个核心概念先自己推一遍。哪怕慢,哪怕绕远。你会自动去构造反例和边界情况,长出来的直觉是别人给不了的。
  • 用睡莲的百分之一版本校准你的直觉。下次看到“增长很快”的数据,别问“什么时候到一半”,先算“到百分之一要多久”。那个数字通常会让你重新估计自己还剩多少时间。
  • 面对宏大叙事时,先问自己能不能算到底。万物理论、终极统一、颠覆性突破,这类话题的阅读快感极高,留存率极低。找一个深刻但你能真正推完的问题,走一遍完整的路。
  • 如果你在创作:把评论区当成有偏样本。沉默的大多数既不留赞美也不留批评。想校准自己,去看留存曲线和完播率,别去看留言。
  • 如果条件允许,给自己排一个“没有具体议程”的会议。远程办公拿走的那些偶遇,得靠人为制造补回来一点。

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