——實(shí)驗(yàn)室真人統(tǒng)計(jì)物理學(xué)簡介

當(dāng)你透過藍(lán)色眼鏡看一張白紙，你眼中看到的將是“藍(lán)紙”而非白紙。與此類似，在當(dāng)前關(guān)于金融數(shù)據(jù)的研究中，金融數(shù)據(jù)就是鋪在你眼前的“白紙”，而你使用的各種統(tǒng)計(jì)分析方法就是你佩戴的“藍(lán)色眼鏡”。也就是說，基于各種統(tǒng)計(jì)方法分析金融數(shù)據(jù)得到的結(jié)果通常依賴于統(tǒng)計(jì)方法本身，這就導(dǎo)致這些結(jié)果可能與事實(shí)不符。然而，人們?nèi)羰褂梦锢韺W(xué)的思想和方法來研究這些金融數(shù)據(jù)，那么，這個問題就可以從最大程度上加以克服。無疑，此舉不僅對金融學(xué)有益，而且對物理學(xué)也有益。于是，一門新的物理學(xué)新方向誕生了，它就是實(shí)驗(yàn)室真人統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，也叫實(shí)驗(yàn)金融物理學(xué)。

那么，什么是物理學(xué)的思想和方法呢？

(1) 什么是物理學(xué)的思想？

這里以中學(xué)物理課本中介紹的自由落體為例，假設(shè)一個小球從屋頂自由下落：影響小球下落高度(h)的可能因素非常多，例如：時間(t)、空氣阻力、大氣壓力、濕度，甚至暗物質(zhì)、暗能量、等等。然而，伽利略（1564-1642）只考慮了時間與高度的關(guān)系，而忽略了其余所有因素的影響，結(jié)果他發(fā)現(xiàn)h和t滿足h =(1/2)gt2這個簡單的關(guān)系式，這里的g是一個常數(shù)。基于這個表達(dá)式，他創(chuàng)立了自由落體定律，這個定律隨后幫助牛頓（1642-1726）創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)使得今天的人們能夠把火箭和衛(wèi)星送上天，從而造福全人類。鑒此，可以說，物理學(xué)的第一個思想就是：尋找原因時應(yīng)該選擇最主要的原因——這其實(shí)就是一些物理學(xué)家常說的“粗?；薄?/span>

基于伽利略的自由落體定律h =(1/2)gt2，牛頓建立了他的第二定律，即F=ma,這里F就是力，m是質(zhì)量，而a就是加速度。這時如果把牛頓的F視為重力、把牛頓的a視為伽利略的g，我們發(fā)現(xiàn)牛頓的這個第二定律不僅可以幫助解釋伽利略在地球上做出的自由落體定律，而且可以幫助解釋開普勒(1571-1630)針對太陽系中運(yùn)動的行星得到的行星運(yùn)動三定律。更為重要的是，牛頓第二定律不僅可以用于解釋這些已知的規(guī)律，而且可以用于預(yù)言未知的現(xiàn)象，例如，海王星的發(fā)現(xiàn)就得益于牛頓第二定律（和萬有引力定律）的理論預(yù)言。牛頓第二定律的成功蘊(yùn)含了物理學(xué)的第二個思想，即獲得的結(jié)果應(yīng)該具有普適性。這里的普適性有兩層涵義，一是可以用于解釋過去或已知（解釋力）、二是可以用于預(yù)測未來或未知（預(yù)測力），兩者缺一不可。

(2) 什么是物理學(xué)的方法？

上述物理學(xué)的兩個思想是從戰(zhàn)略層面上講的，要實(shí)現(xiàn)這兩個戰(zhàn)略目標(biāo)，那么戰(zhàn)術(shù)上該怎么走呢？這就涉及具體的物理學(xué)方法了。眾所周知，任何一個學(xué)科的誕生，都是人們從身邊事物或熟悉的事情觀察分析開始的，物理學(xué)也不例外，例如，從亞里士多德(公元前384-322)時代到開普勒時代，物理學(xué)家首先觀察身邊熟悉的自然界，然后分析、歸納這些觀察數(shù)據(jù)，之后，獲得了許多結(jié)果，例如亞里士多德得出地球是球形的結(jié)論、開普勒總結(jié)了行星運(yùn)動三定律。這些結(jié)果都是分析自然界中已有的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象（例如海平面不平、行星繞著太陽旋轉(zhuǎn)）獲得的結(jié)果，即都是實(shí)證分析的結(jié)果。所以，“實(shí)證分析”該是物理學(xué)第一個方法，它自物理學(xué)這個學(xué)科誕生之初就有了。

物理學(xué)第一個方法的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果可靠、數(shù)據(jù)巨大。這里的“結(jié)果可靠”是指因?yàn)楸环治龅臄?shù)據(jù)來自自然界、非人為構(gòu)造，故而其結(jié)果應(yīng)該是針對自然界中特定對象或系統(tǒng)的客觀描述。至于“數(shù)據(jù)巨大”則是指，龐大的自然界中蘊(yùn)藏各種海量數(shù)據(jù)，無疑這對人們認(rèn)識、理解自然界大有裨益。

物理學(xué)第一個方法的缺點(diǎn)：不可控性、非格式化。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)來自自然界，所以，人們無法（或很難）控制產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的條件，這就是這里說的“不可控性”。也正因?yàn)閿?shù)據(jù)的不可控性，所以，實(shí)證分析通常只能得到相關(guān)關(guān)系而非因果關(guān)系——要知道，與相關(guān)關(guān)系相比，因果關(guān)系代表了更深層次的認(rèn)識，對人類通常也更為有用。另一方面，自然界的這些數(shù)據(jù)格式是由人們的采集方式?jīng)Q定的，也就是說，不同的人可能會用不同的格式，這就為人們研究這些數(shù)據(jù)帶來了一些額外的麻煩——這也就是前面提及的“非格式化”的意思。

那么如何克服這兩個缺點(diǎn)呢？這就有了物理學(xué)的第二個方法。

物理學(xué)的第二個方法就是實(shí)證分析與可控實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法。因?yàn)閷?shí)證分析揭示的（通常）是相關(guān)關(guān)系，而非因果關(guān)系，所以，伽利略開始在實(shí)驗(yàn)室中做實(shí)驗(yàn)，以便可以有目的地調(diào)節(jié)一個或少數(shù)參數(shù)（同時固定其余所有參數(shù)），以便揭示這些參數(shù)與結(jié)果之間的因果關(guān)系。這樣的實(shí)驗(yàn)就是可控實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)通常是在實(shí)證分析結(jié)果的啟發(fā)下開展的。

物理學(xué)第二個方法的優(yōu)點(diǎn)：可控性（因果關(guān)系）、格式化。這里的優(yōu)點(diǎn)正對應(yīng)物理學(xué)第一個方法的缺點(diǎn)。因?yàn)槿藗兛梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)參數(shù)、并考察其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，所以，這些可控實(shí)驗(yàn)揭示的自然是這些參數(shù)與結(jié)果之間的因果關(guān)系。至于“格式化”，則是指在開展可控實(shí)驗(yàn)的過程中，因?yàn)榭烧{(diào)的參數(shù)簡單、明確，所以，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集格式自然也就簡單、明確，并且，對于不同的人做同樣的可控實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)的格式也基本相同或相近。

物理學(xué)第二個方法的缺點(diǎn)：偏離事實(shí)、數(shù)據(jù)稀疏。要知道，這些可控實(shí)驗(yàn)是特定的人（例如伽利略）在特定的實(shí)驗(yàn)室針對特定的實(shí)驗(yàn)樣品或系統(tǒng)做出來的，所以，最終獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能會偏離真實(shí)世界中的規(guī)律，或者說，不能被其他人重復(fù)。這就是我所說的“偏離事實(shí)”。另一方面，一般而言，實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與自然界中蘊(yùn)藏的海量數(shù)據(jù)相比，通常少得可憐，這也正是我說的缺點(diǎn)之一——“數(shù)據(jù)稀疏”。

那么，這兩個缺點(diǎn)又該如何解決呢？這就有了物理學(xué)的第三個方法。

物理學(xué)的第三個方法就是實(shí)證分析、可控實(shí)驗(yàn)、理論分析三者相互結(jié)合、互為補(bǔ)充的方法。鑒于物理學(xué)第一個方法隱含的缺點(diǎn)，牛頓當(dāng)年就直接從第二個方法出發(fā)，例如，當(dāng)他解釋了開普勒的行星運(yùn)動定律（實(shí)證分析結(jié)果）后，他也同時解釋了伽利略的自由落體定律（可控實(shí)驗(yàn)結(jié)果）。更為重要的是，牛頓還意識到第二個方法產(chǎn)生結(jié)果的狹隘性，例如：開普勒的實(shí)證分析結(jié)果“行星運(yùn)動三定律”是針對太陽系的行星歸納總結(jié)得到的，所以，這個行星運(yùn)動三定律只適用于太陽系中當(dāng)時已經(jīng)觀察到的幾個行星，并不適合其他的行星和恒星；同樣，可控實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與特定的實(shí)驗(yàn)樣品和器材甚或開展實(shí)驗(yàn)的人有關(guān)，這些結(jié)果的可靠性自然令人生疑。鑒此，牛頓基于微積分、使用理論分析的方法推廣了物理學(xué)第二個方法獲得的結(jié)果，使其突破狹隘性、具有普適性。例如他的第二定律不僅可以解釋已知的行星運(yùn)動定律或自由落體定律，而且可以預(yù)言其他物體的運(yùn)動行為——這些物體可以小到分子、原子甚至更小。

今天，人類的生活已經(jīng)在物理學(xué)的影響下產(chǎn)生了翻天覆地的變化（例如電的使用、在家里看的衛(wèi)星電視、以及很多人每天離不開的智能手機(jī)），由此，無論愿意與否，人們不得不承認(rèn)：物理學(xué)第三個方法的成功是巨大的、是空前的。

上面介紹了物理學(xué)的思想和方法，接下來該切入正題了。

(3)“實(shí)驗(yàn)室真人統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”具體是如何基于物理學(xué)的思想和方法開展研究的呢？

好，這里不妨以兩個具體的例子來回答這個問題：第一個失敗、第二個成功。

圖1 計(jì)算機(jī)輔助的真人可控實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。所有電腦通過局域網(wǎng)相聯(lián)，實(shí)驗(yàn)組織者通過電腦提示被試如何操作，并通過電腦在線收集、實(shí)時計(jì)算每輪實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

第一個失敗的例子：風(fēng)險與收益均衡

風(fēng)險與收益關(guān)系的研究課題與每位投資者的切身利益密切相關(guān)。所謂風(fēng)險與收益均衡就是指風(fēng)險越大收益越大、或風(fēng)險越小收益越小，也就是說，風(fēng)險與收益呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。這是研究人員基于市場中大量金融數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，它是文獻(xiàn)中的主流觀點(diǎn)。然而，基于上述物理學(xué)第三個方法可以知道，這個結(jié)果僅僅是實(shí)證分析的結(jié)果，還缺可控實(shí)驗(yàn)和理論分析的研究。鑒此，有研究人員構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)室金融市場，開展了一系列可控實(shí)驗(yàn)（圖1），可是他們揭示了一個相反的（統(tǒng)計(jì)）結(jié)果：當(dāng)金融市場是封閉且有效時，風(fēng)險與收益呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系（同時他們還揭示了一些有趣的人類動力學(xué)行為規(guī)律）。進(jìn)一步的理論分析也支持了這個實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。有趣的是，這個結(jié)果與Bowman悖論一致，而Bowman悖論正是指風(fēng)險與收益呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，但是，這個悖論同樣僅僅是實(shí)證分析的結(jié)果，它是相關(guān)文獻(xiàn)中的非主流觀點(diǎn)，自1980年提出以來，就一直爭議至今。換言之，文獻(xiàn)中基于實(shí)證分析得到的主流觀點(diǎn)（“風(fēng)險與收益呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系”）并沒有經(jīng)受得住物理學(xué)第三個方法的檢驗(yàn)，故而名之“失敗”。

第二個成功的例子：市場中存在“看不見的手”

正確認(rèn)識市場的宏觀性質(zhì)和微觀機(jī)制有助人們利用金融市場造福人類。200多年前，斯密(1723-1790)分析了各種市場的數(shù)據(jù)后，得到結(jié)論：市場中有只“看不見的手”起著調(diào)節(jié)作用，這只“手”使得市場在沒有外界干預(yù)下能夠自動達(dá)到供求平衡。顯然，對照物理學(xué)第三個方法，斯密的結(jié)論僅僅是實(shí)證分析的結(jié)果，還缺少可控實(shí)驗(yàn)和理論分析。鑒此，有研究人員設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室金融市場，開展了一系列可控實(shí)驗(yàn)（圖1），同時也進(jìn)行了相關(guān)的理論分析（基于多體計(jì)算機(jī)模擬），可喜的是，實(shí)驗(yàn)和理論皆支持了斯密的結(jié)論，并且同時還揭示市場中存在一些新奇的相變現(xiàn)象?？梢姡姑芑趯?shí)證分析獲得的結(jié)論通過了物理學(xué)第三個方法的檢驗(yàn)，故名之“成功”。

(4)結(jié)束語

本文首先系統(tǒng)介紹了物理學(xué)的思想（即尋找原因時的粗?；枷搿⒆非蠼Y(jié)果的普適性思想）和方法（即實(shí)證分析、可控實(shí)驗(yàn)和理論分析相互結(jié)合、互為補(bǔ)充的方法），并把其用于研究金融數(shù)據(jù)或市場，同時舉了兩個例子，結(jié)果說明物理學(xué)的思想和方法確實(shí)有助人們從金融數(shù)據(jù)或市場中獲得更為可靠的結(jié)論。這也正是實(shí)驗(yàn)室真人統(tǒng)計(jì)物理學(xué)在新時期應(yīng)運(yùn)而生的主要原因。

當(dāng)然，現(xiàn)有的金融學(xué)研究中也有可控實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬研究，但是，這些研究通常并不同時遵循此文中提及的兩個物理學(xué)思想，具體細(xì)節(jié)此處就不展開闡述了；從這個角度也可以看出，實(shí)驗(yàn)室真人統(tǒng)計(jì)物理學(xué)可以與現(xiàn)有金融學(xué)研究形成一個良好的互補(bǔ)關(guān)系，當(dāng)然，難能可貴的是，它的誕生更豐富了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的研究范疇——不再僅僅研究無智能的物質(zhì)系統(tǒng)，也可以研究有智能的人類系統(tǒng)了！

最后，需要指出的是，若以任何未知的應(yīng)用價值來抬高或貶低“實(shí)驗(yàn)室真人統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”這個方向，都是不智之舉。這正如襁褓中的一個嬰兒，未來是做工人、教師還是科學(xué)家，皆是未知數(shù)，當(dāng)前唯有踏踏實(shí)實(shí)地做好撫育工作，才是務(wù)實(shí)之道、明智之舉。

【此文應(yīng)邀為《文匯報》撰寫。完成于2015年3月2日。】