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費米估算法 (美國《世界日報》)
2015/01/19 00:50:07瀏覽2688|回應1|推薦23

(與美國世界日報副刊同步刊載)

費米估算法
by ■吳怡仁
01.18.15 - 06:00 am

最近為了整修浴室,找了一個工人來估價。這個人做事仔細,且不隨便給估價。他說重要材料都已確定才能做出有意義的估價,旁人會以低標來獲得工作,開工後肯定 超出預算,到時就賴在資料不完整上,但是他不做這種事。講得有道理,但我們還是希望有個參考數字,於是我請他給個「球場內的估計」吧。

「球 場內的估計」(ballpark figure)是美國俚語,當年台灣英文課堂不教這類的俚語,我是在美國一家航空工業公司上班後學到的。因為工作需要會參加一些新企畫的準備工作,企畫開 始前,通常由我們工程師們先與外面廠商談談,在這一階段當然以技術問題為主,不過會後還是需要向上級報告大概的預算。如果超過預期太多也許就要改弦更張, 不在這條路上浪費財力與時間。廠商當然無法當場根據不完整的資料給我們準確的數字,那時,我們就說給個「球場內的估計」吧。他們也是有備而來,通常與最後 簽約的數字是八九不離十。

美國文化重視運動,所以許多俚語跟運動有關。記得1991年第一次「波斯灣戰爭」開戰前夕,美國參謀總長克林鮑 爾(Colin Powell)在電視轉播的記者會裡,解釋美軍的主要戰略,最後說「一旦開戰,一切都要隨機應變」。「隨機應變」是我的翻譯,他當時用的名詞是 「audible」,那是美式足球術語。比賽時,場上負責指揮攻擊的四分衛(quarterback)如果臨場覺得對方的防守陣勢對我方不利,會大聲喊出 改變戰略的訊號,因為敵我雙方都聽得見,所以稱為「audible」。另一個更常用的美式足球術語是「Monday morning quarterback」。早期美式足球賽通常都在周末,到了星期一很多人憑著「後見之明」發表高見,評論球隊戰略使用的缺失,而通常都是針對著四分衛而 來。講得當然頭頭是道,其實就是我們中文所說的「事後諸葛」。因為世界上充滿了這類人,所以日常生活裡使用這個俚語的機會特別多。

「球場 內的估計」則緣自棒球,它也不是直接借用棒球術語。通常棒球被擊出之後,大都會落在球場內,偶爾有飛出球場外的全壘打,那屬於特別情況。所以,美國人以 「球場內」來做「合理範圍」的代名詞。「球場內的估計」就是合理的估計的意思。有趣的是,我後來讀了一本名為《The Fermi Solution》的書,發現連注重精準的科學家也會在工作上使用估計的方法,只是他們不用「球場內的估計」這個名詞。

話說二十世紀初的 三、四○年代,許多偉大的科學家陸續地在物理界的量子力學裡有重大發現,是科學史上最大放光采的一段時期,而費米(Enrico Fermi,1938年諾貝爾獎得主)是其中的一位。費米是少見的同時精於理論和實驗的物理學家,他與眾不同的地方是討厭繁雜的數學公式,喜歡用簡潔的方 法來取得快速而且合理合用的解答。1945年美國試爆第一顆原子彈時,費米在引爆前從筆記本裡撕下一頁紙,撕成一條條細長的紙條捏在指頭間,當爆炸引起的 沙塵暴吹過他所站之處時,他鬆手讓那些紙條隨風而飄,再根據那些紙條的著地點,當場估計那顆原子彈的威力大約一萬個TNT。幾個星期後,經由精密儀器計算 所得的數字是二萬個TNT。費米的估計雖然不完全準確,但是已經符合當時的需要。他的同儕對他用那樣粗糙的方法而能快速得到那樣接近的估計,佩服不已,他 的這種估算法因此廣為人知。因為不是正統科學方法,所以英文名稱並不統一,有些人稱它「Fermi problem」,有些人說「Fermi method」,或是前面所提的「The Fermi solution」,不論是哪一個英文原名,翻成中文是「費米估算法」。

我們普通 人也可以應用「費米估算法」嗎?當然可以。舉例說,如果有人問地球的圓周是多少,若一時無法查資料時,先想一想有什麼已知的相關資訊可用。我們知道美國洛 杉磯市離紐約市大約是二千到三千英里遠,我們又知道洛杉磯市和紐約市的時區差別是三個鐘頭,而地球自轉一圈需時二十四小時,意思是二十四小時內,洛杉磯市 可以轉一個地球的圓周的距離,而洛杉磯市轉到紐約市要三小時,那麼洛杉磯市到紐約市的距離應該是地球圓周的八分之一。由此可推算地球圓周大約是二千五百英 里(取其中間值來估計,不求完全準確)乘以八,也就是二萬英里(正確答案是二萬四千九百零一英里),這個答案當作參考綽綽有餘。洛杉磯市和紐約市並不在同 一圓周線上,二千五百英里和三小時也是大概的數字,但是我們卻可以由此快速地得到一個相當接近的答案,這是「費米估算法」應用得當的妙處。

「費米估算法」的原則是將複雜的問題簡化成一些相關的、小而易解的問題,然後逐項解決。它同時也教我們臨事要知變通,所以它不只是一個估計的方法而已,也是個很好的人生哲理,我們應該以這樣的態度來面對人生裡有形或無形的難題。 (寄自加州)

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米若思
等級:7
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2023/03/21 05:42
令人想到"費米悖論",他早就說沒有外星人(文明),過了這麼久,還是很多人認為應該有外星人,人類除了特有好奇心,也常常自以為是(理所當然)。
吳怡仁(yizenwu) 於 2023-03-21 07:07 回覆:
也比較有趣.