深奥的简洁

【英】约翰·格里宾（John Gribbin）

剑桥大学天文物理学博士，畅销书作家，曾任职于《自然》科学期刊、《新科学人》杂志，目前身份为《新科学人》杂志物理顾问，以及英国萨塞克斯大学（University of Sussex）天文学访问教授。格里宾著作颇丰，写作范围极其广泛，内容涉及量子物理、宇宙起源、气候变化等，目前已创作了超过50本科普著作，获得英美多种奖项肯定，并被译成30多种语言广为流传，包括《寻找薛定谔的猫》《盖亚乐章》《霍金传》等，其中，《寻找薛定谔的猫》更被普遍认为是《时间简史》之前好的一部有关量子物理学的著作。2009年，格里宾被英国科学作家协会授予“终身成就奖”。

前 言 蕴含于复杂中的简洁
章　 混沌中的秩序　
第二章　 重返混沌
第三章　 秩序衍生混沌
第四章　 混沌的边际
第五章　 地震、物种灭绝与突现
第六章　 生命的真相
第七章　 远方的生命

蕴含于复杂中的简洁

我们居住的世界似乎是个复杂的地方，即使存在一些似乎永恒的真理（苹果总是掉到地下而不是天上，太阳总是由东边升起而不是西边）。尽管有现代科技的帮助，我们的生活仍必须提防突如其来的意外事件气象预测既是科学也是艺术；地震与火山爆发随机发生，难以预料；股市震荡也没有固定的模式。自从伽利略开始（约从17世纪起），突飞猛进的科学发展便忽略这些复杂的问题，而专注于简单的部分，试图解释为什么苹果往下掉与太阳为什么从东方升起。

科学进步得如此迅速，到了20世纪中叶，所有简单的问题都有了答案。广义相对论与量子力学解释了宇宙在大尺度与小尺度中的运作机制，而对于DNA的结构以及它们在遗传复制机制中的了解，使得生命与演化可以在分子层次上简单地被解释。但生命是如何从无生命体中产生的？这个有趣的问题，依然无解。宇宙中难以用传统科学探索的复杂的生物，就是人类。因为在原子这些较小的尺度中，个体以相当简单的方式彼此互动，只有当许多原子以复杂又有趣的方式连接，才会产生像人类这样复杂又有趣的生物。但这过程不能无限的持续，因为如果越来越多的原子结合在一起，它们整体的质量将使得重力压垮一切。一个原子或是水分子的结构比人类简单，因为其中只有少许的内在结构；一个星球或星球内部也比人类简单，因为重力把所有的结构都压垮了。这就是为什么科学能告诉我们很多关于原子行为与星体内部的运作方式，却难以描述人类的行为。

当简单的问题被解答了，很自然地，科学家会试图挑战复杂系统中更困难的问题。虽然先前曾有零零星星的针对这些难题所做的勇敢尝试，但直到强大、快速（以当时的标准来说） 的电子计算机在20世纪60年代出现后，我们才得以真正了解复杂世界的运作。这些新发展在20世纪80年代中期之后渐渐引起人们更多的注意，特别是在伊利亚·普里戈金（Ilya Prigogine）的《从混沌到有序》（Order out of Chaos）与詹姆斯·格
雷克（James Gleick）的《混沌》（Chaos）出版之后。当时我忙着写有关旧科学的丰功伟业方面的内容，虽然也想要了解关于混沌与复杂的概念，但那实在令人头疼，因此我多半抱着观望的态度。

过了十年，混沌理论没有消失，但并没有人以让人容易理解的方式将之诉诸文字，因此我决定自己动手来做，这意味着我必须阅读所有相关书籍，并自行吸收理解。在这个过程中，我发觉它其实一点也不难。相对论与量子力学刚被建立时，大家都以为只有专家才能懂，但两者都建立于简单的概念之上，即使是门外汉，只要不深究那些数学运算，也都能理解。而混沌与复杂具有同样的特性，这点也没什么好惊讶的。但当我终于知道混沌是怎么一回事时，我还是大吃一惊。我的理解是：重点只在于某些系统（“系统”可以包含的范围很广，像是摆荡的钟摆、太阳系或水龙头的滴水规律）对于初始条件非常敏感，因此初始“那一刹那”的少许差异，会造成截然不同的结果。此外，还有“反馈”（feedback），反馈使得系统会影响自身的行为。这一切看起来太完美了，简单得令人难以置信！因此当我请教朋友吉米·拉夫洛克（Jim Lovelock）时，我问道：“是否混沌和复杂所探讨的一切，只是建立于两个简单的概念之上——系统对初始状态的敏感以及回馈？”他回答：“一点也没错，全都包在里面。”

这有点像是说，狭义相对论“全都包在”光速对所有观测者来说皆一致这样的概念。这的确是实情，也很简单易懂。然而，建立在简单事实上的复杂结构相当惊人，需要有一定的数学背景才能完全体会。以我过去给不具备科学背景的人士解释相对论本质的经验，以及明白了在混沌与复杂架构下也是类似的简单真理，我有信心能以浅显的方式介绍这个领域。而这个成果正捧在你的手中，《深奥的简洁》是一本针对一般大众、以由浅入深的简单方式尝试解释混沌与复杂的著作。本书的重点在于，混沌和复杂遵循简单法则，基本上就和牛顿三百年前发现的简单法则一样。某些论调会让你以为四个世纪以来的科学努力被颠覆了，然而，这些新发展却大大不同，它们显示了简单法则长久累积出的科学认知，如何能成功地解释（虽然无法预测）看似无法解释的天气系统、股票市场、地震，甚至人类。我也将试图说服你，混沌与从简单系统中孕育出的复杂，就快要解开生命起源之谜了。美国物理学家默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）的一句话也呼应了物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）的猜想：我们在周遭世界所见的复杂行为——甚至在生命世界中——只是“从深奥的简洁中所浮现出的复杂表象”。而支撑着复杂的“深奥的简洁”，正是这本书的主题。