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一群科学家“推翻”了牛顿?高山科学经典导读《复杂》

2022年11月19日晚八点,科普公益项目“高山科学经典”邀请到了中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃;电子科技大学教授,国际网络科学学会理事吕琳媛;苇草智酷创始合伙人段永朝,一起导读“复杂性”入门级科普读物,米歇尔·沃尔德罗普的著作《复杂》。

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作者米歇尔·沃尔德罗普是一位基本粒子物理学家,后加入圣塔菲。《复杂》这本书出版于1995年,其实是一本关于圣塔菲研究所的传记。书中采用了报告文学的写作方法,叙述了一群美国科学家如何开创“21世纪的科学”的故事。

而这个“21世界的科学”,其实就是复杂性科学。

如果你理解了事物的各个部分,以及把这些部分“整合”起来的机制,你就能够理解这个整体。你同意这个理论吗?

这是17世纪在科学中占主导地位的“还原论”学说,从逻辑上看这完全正确,毫无问题。

在之后的18-19世纪,牛顿更是给人们描绘了一个机械性、确定性的世界:只要设定了初始状态,世界万物都将按照确定的规律运行,如同精心设计的机械钟表一样准确无误。

1814年,法国数学家拉普拉斯提出的一种假想生物——即后人所谓的“拉普拉斯妖”。如果此“妖”知道宇宙中每个粒子确切的位置和动量,原则上就能够使用牛顿定律来展现宇宙事件的整个过程,过去以及预测未来。

但到了20世纪,人们慢慢发现,牛顿力学理论时不时“掉线”,拉普拉斯妖也经常不灵。

太多的问题无法用科学理论来解释,比如:

大脑中数以亿计的神经元,是如何涌现出“智能”和“意识”,产生了像感情、思想、目的和意识这样不可言喻的特征的? 

仅靠简单地分泌信息素来沟通的蚂蚁几乎没有“智商”,但为什么上百万只蚂蚁在一起,就具备了“逢山开路,遇水架桥”的本领? 

根据化石标本的记载,古代物种和生态系统常常稳定地保持了几百万年,而后却在地质期的某一瞬间灭种或演变为新的物种,这又是为什么呢? 

在孟加拉这样的国家,即使在实行免费节育措施之后,农村家庭仍然平均要生七个孩子?虽然民众完全清楚人口过多使他们蒙受苦难,为什么他们仍要明知故犯? 

为什么股票市场会在1987年10月的一个星期一猛跌500多个百分点?

这些问题有一个共同的答案:“无人知晓”。有些问题看上去甚至根本就不是科学问题。进一步研究它们时就会发现,这些问题其实有许多共同之处。

比如,它们都属于一个系统,即复杂系统。新千禧年来临之际,霍金说:“我认为,下一个世纪将是‘复杂性’的世纪。”

什么是“复杂性”?什么是“复杂系统”?这门科学是如何诞生的?牛顿又是怎样被一群科学家们“推翻”的? 

王飞跃教授在高山科学经典导读现场

在本周的经典书籍导读活动中,王飞跃教授分享说,什么是复杂性?现在有几百种不同的定义,很难说已经统一。但有几个核心的概念已经稳定,我个人非常赞同的是“所谓复杂,就是对立统一”。复杂性科学的原理很简单,但复杂性科学的核心,却是最难掌握的东西。这本书开启了科学和人文的新时代、新阶段、新舞台,是今天元宇宙、新理科、新文科、新工科的启鸣笛和长鸣笛。对区块链、比特币等都有现实的指导意义。

吕琳媛教授在高山科学经典导读现场

圆桌对谈过程中,80后吕琳媛教授补充说,大家在生活中都会看到六度分离、黑天鹅、蝴蝶效应、混沌、自组织等等词语,单独看每个词都明白,但凑在一起就不明白什么意思了。其实这些耳熟能详的概念都属于复杂科学研究的范畴。复杂科学研究的理论和方法实际上可以帮助我们解决很多与生活息息相关的现实问题,它不仅仅是一个学科研究的理论,实际上也和我们密切相关。作为一个普通人,了解复杂科学的知识能帮助我们培养一种认识复杂问题的方法,让思维模式升级或重塑。所以开玩笑说,一台电脑高不高级,实际上并不取决于电脑里存了多少数据,而是电脑的CPU高不高级。学习复杂性科学的这种思维模式,实际上就是在升级我们的CPU。

段永朝老师在高山科学经典导读现场

本期节目主持人兼嘉宾段永朝老师总结道,《复杂》一书讲的是一个主角、三个配角和一个隐藏配角的五人故事,他们在当年都是不安分的异类,位于主流学科的边缘地带,却涌现出丰富的创新思想。我们读《复杂》这本书,不应只是去猎奇当年好玩的故事,更重要的是学习了解复杂性思维。一方面可以让我们了解当年这个复杂性学科是怎么在众多的传统学科、主流学科的边缘地带创生的,另一方面可以让我们学习里面关于复杂思想的一些精辟的阐释、通俗的解读。身处21 世纪这种飞速变化的信息爆炸时代,《复杂》对我们穿破迷雾去驾驭这种复杂的现象非常有帮助。

聊到当年圣塔菲研究所这一群科学家们是否真的“推翻”了牛顿这个问题时,王飞跃教授说:“牛顿没有过时,他的理论是一定精度条件下的近似。如果人类生存的时间足够长的话,我们能保证今天的复杂性科学原理不是近似吗?能保证量子力学、相对论不是近似吗?事实上不能。牛顿系统是绝对系统,书中探讨的莫顿系统是交互系统,这两类系统并不一样。”

段永朝老师也分享了自己的观点:“任何一个理论,都有它的历史背景、适用条件,都有它一定程度上的认知的不足。随着时代的发展,相信理论会一个又一个地被超越。但是我们不能说它错,或者说不错,它只是不够用了,我们需要对它扩容。”

“高山科学经典”是一个由高山科学促进中心发起的公益科普项目。邀请百位知名科学家每周导读一本科学经典书籍,引领公众参与阅读的大型科学传播公益项目,旨在提升全民科学素养、培育科学精神、传播科学思想。期望在全民学科学的时代背景下,高山科学经典能在科学传播领域尽一份绵薄之力。

高山科学经典项目书单

高山科学经典的目标是,让科学精神通过书籍,跨越地域、阶层、年龄、民族的界限,传播到每个角落、每个人心中。希望科学成为一种生活方式。除此之外,每期更有科学KOL和科普UP主,与科学家们跨界对谈,让科学更有趣。

高山科学经典世界读书日发布会现场

未来,“高山科学经典”项目将打造三大重点产品:出版《高山科学经典》系列丛书;开展线上导读直播;沉淀专业级科学导读视频节目。达到出版、传播、教育多重效应。开展全民科学阅读,共同推动“科学复兴”,提升全民族科学文化素质,实现“公心大用”。

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