考古中的数学

高暄

是“矮人族”还是骨骼畸形?

2003年,考古学家在小小的弗洛勒斯岛(印尼诸多岛屿中的一个,位于亚洲大陆和澳大利亚之间)上发现一具1米高的成年女子的骨骼以及11具类似她的其他的保存完好的骨骼。他们的身高相当于黑猩猩,大约都在1米左右:脑袋有小柚子那么大,只是相当于现代人类的脑袋的三分之一。由于酷似《魔戒》玄幻世界里的一种小矮人“霍比特人”,因此被科学家亲切地称为“霍比特人”。据考证,这种人生活在大约1.8万年。

这一重大发现在考古界以及生物界同时掀起轩然大波,一部分人认为,这些是直立人,因而可以证实,直到1.8万年以前,仍有直立人的后代生活在地球上。他们的理由是,这个物种的头骨的脑容量如此之小,无法被认为是矮小的现代人。还有个重要理由是头骨的X射线分析表明,该头骨的臼齿前面的那两颗牙有双重牙根,和人类完全不同。并且其头骨与直立人有相似处,因此,他们确认这些“霍比特人”是直立人的后代,是这座岛屿从大陆分离出来形成的新物种。

直立人是与现代智人完全不同的人种,生存年代大约在二三百万年到三四十万年前,后来全部灭绝。如果证实1.8万年前还有直立人存在,可谓是考古学界使人震惊的重大发现。

而一部分人则认为这些“小矮人”仅仅是骨骼畸形病患者。主要理由如下:第一,如果他们是直立人的后代,其大脑不会如此之小,按照一般的物种演化的规律,现代智人的形体虽然比直立人大一些,但大脑不会显著变大。而这次发现的小矮人大脑如此之小,令人不敢相信这是直立人。反过来,骨骼畸形病患者大脑变小倒是可能的。第二,在同一个洞穴发现的工具已远远超过已知的直立人的工具水平,基本相当于人类新石器时代的工具。

那么,究竟谁的推断是正确的呢?

概率公式奇想

同一种化石,导致两种不同的结论:一种是直立人,一种是现代智人的骨骼畸形病患者。究竟哪一种结论的可能性更高呢?一些数学爱好者突发奇想,应用数学概率论中的公式来解决这个恼人的两难问题。

概率论中有一个Bayes公式,其意义是:假设导致事件A发生的“原因”有Bi(i=1,2,…n),它们互相独立、互不相容,现已知事件A确已经发生了,若要估计它是由“原因”B所导致的概率,则可用Bayes公式求出,即可从结果分析原因。

在这个小矮人的考古争论中,B1有两种情况:直立人或现代人骨骼畸形病患者。有数学爱好者利用Bayes公式比较了出现这两种情况的概率,作出了如下推算:一个覆盖全岛的新物种,留下化石的概率是非常高的。而几个小头畸形的病变现代人,在蛮荒时代的原始森林长到成年,能制造并使用较为复杂的工具,并且留下化石,概率非常之小,即使在现代社会,也算是件稀罕事。就算两者之间的比值为100:1好了。

接下来考虑另一个情况,在人类之中,小头畸形的概率很低,大约只有百万分之一:而弗洛勒斯岛作为一个与大陆隔绝的小岛,根据其他地方的情况来估算,其存在不同于大陆的直立人的概率有80%。

这样一算,直立人和小头畸形条件概率的比值大概是80:0.000001,也就是说前者是后者的8000万倍!

值得鼓励的新思路

不过,业余数学爱好者概率推算毕竟只能作为参考,更何况,早期人类小头畸形的概率是不是只有百万分之一也是个问题,专业科学家的研究表明,早期人类由于普遍营养不良,患小头畸形症的概率还是挺高的,在世界其它地区发掘的人类化石也证实了小头畸形症是普遍存在的。

美国科学家应用新的数学方法则排除了小矮人是更古老的直立人种的结论。他们将已知的直立人大脑尺寸的所有数据制成曲线图,小矮人的大脑尺寸是唯一一个游离于曲线之外的,因此它们不是直立人,而更可能是现代人种中的畸形人。小矮人的各项特征并不是独一无二的,在其他现代人中间同样存在。

这些新的研究成果表明,对小矮人骨骼化石是直立人的猜测可能是错误的,小矮人仍然是我们现代智人的一支。

业余数学爱好者的概率公式没能在这次考古研究中帮上忙。但他们跨学科的活跃思维却给了我们很大启示,处于深宫殿堂中的数学居然也有可能在野外考古中起到作用,并且也正是应用了现代数学方法,科学家最终确定了小矮人的身份归属,这说明所有的学科都在交又着互相影响。说不定,以后考古学家去野外时,都会带上一个数学家呢。

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