? 天天爽夜夜爽人人爽qc,亚洲,日韩,欧美综合网

亚洲 a v无 码免 费 成 人 a v,性欧美videofree高清精品,新国产三级在线观看播放,少妇人妻偷人精品一区二区,天干天干天啪啪夜爽爽av

深度書評 | 通向復(fù)雜系統(tǒng)的奇境

2022/10/15
導(dǎo)讀
隨椋鳥飛行，椋，liang，二聲

撰文 |  傅渥成

2021年，意大利物理學(xué)家喬治·帕里西（Giorgio Parisi）與另外兩名科學(xué)家一起分享了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎。帕里西是統(tǒng)計物理和復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域的知名學(xué)者，在許多物理學(xué)分支領(lǐng)域都都有突出的貢獻(xiàn)。在獲得諾貝爾獎之前，他已經(jīng)獲得了許多物理類的獎項，其中包括玻爾茲曼獎（1992）、費(fèi)米獎（2002）、昂薩格獎（2016）、沃爾夫獎（2016）等等。諾貝爾獎給帕里西的頒獎詞中提到，帕里西“發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和漲落的互動關(guān)系”，“對我們理解復(fù)雜系統(tǒng)做出了突破性貢獻(xiàn)”。
不過，由于帕里西的許多理論工作涉及到較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)，即使在物理學(xué)界，也并非所有人都能完全領(lǐng)悟帕里西究竟對我們理解復(fù)雜系統(tǒng)作出了怎樣的貢獻(xiàn)。這實在是太遺憾了。帕里西提倡讓更多人走近現(xiàn)代科學(xué)，主張要以平易近人的方式向公眾解釋清楚當(dāng)下的科學(xué)家都在做什么、面臨哪些挑戰(zhàn)。帕里西的科普作品《隨椋鳥飛行——復(fù)雜系統(tǒng)的奇境》很好地做到了這一點，是一本不可多得的好書。這本書不僅拉近了一般讀者跟科學(xué)研究最前沿的距離；也能幫助普通人領(lǐng)略復(fù)雜科學(xué)的魅力；還包含了很多有趣的八卦，例如書中介紹了帕里西在25歲的時候，是怎樣讓諾貝爾獎從他的眼皮底下溜走的。
點擊圖片，一鍵購買
  • 椋鳥群神秘的飛行秘密
這本書的標(biāo)題“隨椋鳥飛行”所描繪的，是一幅壯觀的場景。在天空中，成千上萬只的椋鳥聚成一個鳥群，它們不僅可以朝著相同的方向飛翔，也可以在空中自由變換各種形狀。觀察鳥群的形狀變化，我們不禁會認(rèn)為整個鳥群形成了一個擁有智慧的超級生命體，它的大小超過了地球上已知的各種生物，甚至可以“不知其幾千里也，怒而飛，其翼若垂天之云”。帕里西同樣為鳥群的集體行為感到著迷，于是他與許多物理學(xué)家和生物學(xué)家合作，拍攝記錄了大量的鳥群飛行視頻。他們又從視頻中重建出了每只鳥的三維坐標(biāo)變化情況。以此為基礎(chǔ)，他們試圖分析成千上萬的椋鳥個體究竟如何形成了智能的群體。通常，當(dāng)一個較大的系統(tǒng)由一堆基本單元或者許許多多的個體所構(gòu)成時，我們總可以試圖對它進(jìn)行不斷的拆解和約化，將宏觀的事物分解到更微觀的結(jié)構(gòu)，把握微觀結(jié)構(gòu)中的全部因果關(guān)系，從而掌握相關(guān)的發(fā)展規(guī)律。例如，以前的工匠門希望仿制一塊高級的手表時，他會嘗試著將它不斷拆分成更小的模塊甚至是零件，當(dāng)工匠理解清楚了各個模塊、各個零件的功能，他也就明白了整個手表的工作原理，這種認(rèn)識世界的方法叫做“還原論”。可是，在面對椋鳥群這樣的系統(tǒng)時，還原論的方法就遇到了問題。沒錯，整個椋鳥群的確是由無數(shù)只椋鳥個體聚集而成的，但鳥群卻不僅是“更多的鳥”。單個的椋鳥完全無法應(yīng)付游隼等捕食者的攻擊，可是作為一個群體，它們似乎突然產(chǎn)生了應(yīng)對天敵的能力。帕里西在書中提到，當(dāng)整個鳥群在面對游隼的襲擊時，椋鳥們會彼此靠近，收攏隊伍，迅速改變整個鳥群的運(yùn)動方向。面對椋鳥這樣的集體反應(yīng)，游隼等捕食者不得不一次又一次發(fā)起進(jìn)攻。鳥群在空中的集體行為表現(xiàn)出讓人驚訝的協(xié)調(diào)性與秩序，而這些集體行為又與鳥群自身的生存密切相關(guān)。這種應(yīng)對天敵的能力究竟從何而來呢？鳥群中專門有負(fù)責(zé)觀測天敵的相關(guān)部門嗎，又或者，鳥群中難道隱藏著某個高明的指揮者，它能把握遠(yuǎn)處天敵的實時動態(tài)，控制整個群體的行為？答案當(dāng)然都是否定的，我們沒有辦法找到究竟是鳥群中的那一個模塊、部門、或者領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)了這方面的功能。事實上，僅憑“還原論”的思維，我們無法搞清楚椋鳥群集體行為背后的秘密。帕里西等人的研究結(jié)果顯示，在鳥群中，每只椋鳥個體僅受到附近較少的幾個“鄰居”的影響，但這種影響可以不斷傳遞，最終遍及整個鳥群。
  • 規(guī)律從復(fù)雜中涌現(xiàn)
與鳥群相似的例子還有很多。例如，每只螞蟻的能力非常有限，但當(dāng)許許多多的螞蟻們聚集在一起時，作為一個群體，它們似乎突然產(chǎn)生了“智能”或者說某種“解決問題的能力”，它們不但相互交流、傳遞信息，還可以找到距離食物的最短路徑，甚至在災(zāi)難到來的時候還可以實現(xiàn)集體的遷移。螞蟻的群體中中似乎突然“涌現(xiàn)”出了單只螞蟻所不具備的全新性質(zhì)。再比如說，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)之父亞當(dāng)·斯密曾經(jīng)在《國富論》中提出過“看不見的手”的概念，雖然每個人在經(jīng)濟(jì)生活中只考慮自己的利益，但隨著市場交易的發(fā)生，在市場上也能發(fā)生自動調(diào)節(jié)，形成良好的經(jīng)濟(jì)秩序，并且讓社會朝著有利于所有人的方向上演化。在這個例子里，“個體規(guī)律”是追求每個人的最大利益，而“整體規(guī)律”則是整個社會集體利益的不斷優(yōu)化。復(fù)雜系統(tǒng)集體行為中表現(xiàn)出了一些全新的性質(zhì)，它們無法通過經(jīng)典的“還原論”，被分解到系統(tǒng)的某個特定的組成部分上。1972 年，諾貝爾物理學(xué)獎得主、美國物理學(xué)家菲利普·安德森就曾討論過這一問題。在安德森看來，復(fù)雜系統(tǒng)之所以“復(fù)雜”，不是因為復(fù)雜系統(tǒng)由許多基本單元所構(gòu)成，而是由于復(fù)雜系統(tǒng)在“個體”和“集體”兩個不同的層次上展現(xiàn)出不同的行為。因此，要想真正理解復(fù)雜系統(tǒng)，需要引入“涌現(xiàn)論”（也譯作“演生論”）這樣一種跨越宏觀和微觀尺度的全新的視角和思維方式。帕里西對鳥群的研究正是在由安德森等人所開創(chuàng)的“涌現(xiàn)論”基礎(chǔ)上完成的。在鳥群中，只有當(dāng)個體在發(fā)現(xiàn)外界的捕食者時，將這一關(guān)鍵信息在鳥群中不斷傳遞，讓其影響遍及整個鳥群，才能讓群體表現(xiàn)出對外界危險信號的高度敏感性、涌現(xiàn)出最高的集體智慧。在人類的集體協(xié)作中，也有類似的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，如果一個群體有更大的多元性，成員之間有大量密集的互動，每個個體都貢獻(xiàn)想法，并對其他人的想法作出響應(yīng)，這樣的群體中才能更好地整合來自每個個體的意見，讓集體智慧更好地涌現(xiàn)。帕里西對鳥群運(yùn)動的定量研究方法、以及描述椋鳥集體行為的這種模型，也可以推廣用于分析細(xì)菌群、昆蟲群、甚至大腦神經(jīng)元的集體動力學(xué)等問題。從鳥類集體行為中學(xué)習(xí)到的互動規(guī)則和控制策略也可以被應(yīng)用到人類在社交網(wǎng)絡(luò)上各種行為的預(yù)測、避免人群的擁擠踩踏、大型無人機(jī)群的運(yùn)動控制、復(fù)雜系統(tǒng)的組織和管理等領(lǐng)域。
  • 復(fù)雜系統(tǒng)的普適魅力
或許你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，復(fù)雜系統(tǒng)的研究似乎具有某種“觸類旁通”的特性，一旦深刻理解了某個具體的系統(tǒng)，我們很可能就完全搞清楚了大量同類系統(tǒng)背后的機(jī)制。但是我們必須非常小心，因為這可能會讓我們陷入到“隱喻”的錯誤中。在書中，帕里西就提到過這種隱喻性思維的危害。例如，常常聽到有人說“文化基因”，這其實就是一個隱喻，將不斷傳承的文化，比喻成不斷被遺傳的基因。然而這種比喻是不準(zhǔn)確的?；虻膫鬟f跟文化傳承背后的機(jī)制完全不同，我們所遺傳的基因是先天決定的，而文化則是通過后天的學(xué)習(xí)而獲得的。因此“文化基因”這樣的說法其實是跟進(jìn)化論的基本原理相違背的。不過，也有某種截然相反的情況，例如在書中，帕里西還談到了“麥浪”與“海浪”的類比。當(dāng)我們說到“麥浪”時，其實是在把麥田在風(fēng)吹拂下的運(yùn)動模式跟海浪在進(jìn)行類比，從表面上來看，這里似乎包含了某種隱喻，可是，在物理學(xué)家們看來，“麥浪”跟“海浪”其實是一回事。帕里西提到：“物理學(xué)家將具體的現(xiàn)象翻譯成數(shù)學(xué)語言，在這種語言中， 這些現(xiàn)象的許多形體特征都消失了，只保留了研究某種現(xiàn)象所必需的本質(zhì)特征?！边@種本質(zhì)的特征就是各種各樣的“方程”或者“公式”，由于描述海浪的方程與描述麥穗運(yùn)動的方程相似，因此從數(shù)學(xué)上來看，海浪跟麥浪就是一回事。發(fā)現(xiàn)完全不同的系統(tǒng)具有相同的數(shù)學(xué)描述是一件非常重要的事。正由于其可以歸為同一個數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，物理學(xué)家們可以將很多不同的模型根據(jù)其等價性分成不同的“普適類”，一旦屬于同一個普適類，那么兩個看似完全不同的物理領(lǐng)域就可以相互促進(jìn)、相互參照、共同發(fā)展。因此，對于各種復(fù)雜系統(tǒng)，用一個領(lǐng)域的結(jié)論在另一個完全不同的領(lǐng)域進(jìn)行預(yù)測并不是在使用“隱喻”，而是在數(shù)學(xué)意義上的“等價”。舉個例子，一根繩子上打了一個結(jié)，這個“結(jié)”就是繩子表現(xiàn)出來的一種結(jié)構(gòu)。不管你是用什么東西在打結(jié)，鞋帶、數(shù)據(jù)線、甚至一條蛇，只要這個結(jié)是相同的，那么，解開這個繩結(jié)或者打結(jié)的整個過程也是一致的。類似的，不管是社交網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)，還是大腦中某些區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，只要這些網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)有相似之處，那么，它們就會在某些方面表現(xiàn)出相同的性質(zhì)。從這個意義上來說，帕里西的《隨椋鳥飛行》是一本引人入勝的科普書，因為書中所介紹的每個具體的例子背后，還對應(yīng)著無數(shù)個其它與之等價的問題。它不僅為我們指引了“通向復(fù)雜系統(tǒng)的奇境”的道路，也為我們理解我們所生活的復(fù)雜世界提供了許許多多深刻而生動的參考。

BOOK TIME

點擊圖片，一鍵購買

《隨椋鳥飛行》是一本只有150頁的小書，帕里西在這本書里以風(fēng)趣幽默的語言，深入淺出地介紹了自己獲得諾獎的關(guān)鍵性成果。他用生動有趣的研究經(jīng)歷與巧思，帶我們重返科學(xué)探索的第一現(xiàn)場。書里沒有一條公式，只要帶上好奇心，就能與一位思維與眾不同的物理學(xué)家，一同飛入復(fù)雜系統(tǒng)的奇境，感受天馬行空的想象力與科學(xué)的確定之美。

特別提示
可開發(fā)票，請在購書備注中留下開票信息（單位、稅號和郵箱），確認(rèn)收貨后，由出版社開具。
歡迎關(guān)注我們，投稿、授權(quán)等請聯(lián)系
saixiansheng@zhishifenzi.com


參與討論
0 條評論
評論
暫無評論內(nèi)容
《賽先生》微信公眾號創(chuàng)刊于2014年7月，創(chuàng)始人為饒毅、魯白、謝宇三位學(xué)者，成為國內(nèi)首個由知名科學(xué)家創(chuàng)辦并擔(dān)任主編的科學(xué)傳播新媒體平臺，共同致力于讓科學(xué)文化在中國本土扎根。
訂閱Newsletter

我們會定期將電子期刊發(fā)送到您的郵箱

GO