夸克与美洲豹 作者:[美]盖尔曼-第44章

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。同样，在宇宙历史的早期，当存在某种导致星系形成的涨落时，那些涨落的潜在复杂性也是相当大的。
　　　　应该将一个系统或一个数据流的有效复杂性与其算法信息量（AIC）区分开来，后者与整个系统或数据流的简要描述的长度有关，不仅包括它的规律性，还包括它的随机特征。当AIC　很小或接近于最大值时，有效复杂性趋近于零。只有当AIC　为中等大小的时候，有效复杂性才可能具有很大的值。因此，重要的行为同样也是有序与无序之间的那种中间状态。
　　　　一个复杂适应系统通过观察输入数据流各部分的某些共同特征，从而发现其中的规律性。各部分之间的相似性以所谓的互信息来测度。世界的规律性来源于简单基本定律与偶然性作用的结合，后者能导致被冻结的偶然事件。这些偶然事件导致某种特定结果，虽然它们本来也可以其他不同的形式出现，并产生出多样性来。所有这些由先前一个偶然事件引起的结果，其共同起源可以在一个数据流中产生大量互信息。我引用这样一个例子，即亨利三世在他哥哥死后继承英国王位，使大量有关亨利国王的参考文献在硬币、文书与书本上出现。所有这些规律性均来自于一个被冻结的偶然事件。
　　　　许多偶然事件，比如大量分子水平上的涨落，并没有被放大以至于具有重大的影响，而且它们也没有导致许多规律性。这些事件可能成为到达复杂适应系统的数据流中的随机部分。
　　　　随着时间的推移，越来越多被冻结的偶然事件同基本定律一同发挥作用，并产生出规律性。因此，随着时间的推移，越来越高级的适应系统趋向于通过自组织的作用产生，即便如星系、恒星和行星那样的非适应系统也是如此。但并非所有事物的复杂性都不断增加，更确切地说，是最大复杂性呈现出增加的趋势。对复杂适应系统来说，有利于复杂性的选择压力大大地加强了这一趋势。
　　　　热力学第二定律告诉我们，封闭系统的熵（无序性的量度）有增加或者保持不变的趋势。例如，如果一个高温物体与一个低温物体相接触（但它们与宇宙其余部分物体没有什么相互作用），那么热量倾向于从高温物体流向低温物体，从而减弱联合系统中温度有序的隔离。只有在对自然粗粒化，即重视有关封闭系统的某些信息，而忽视其余信息或干脆忽略时，熵才是一个有用的概念。总的信息量保持不变，而且，如果最初它主要集中于重要信息，那么其中一部分信息将倾向于流入未被计入的不重要信息之中。这种情况发生时，熵就倾向于增加。自然界的一种基本粗粒化是由历史提供的，它构成一个半经典领域。对于一个复杂适应系统所观察到的宇宙来说，有效的粗粒化可以非常地粗糙，因为系统只能接收到极小一部分有关宇宙的信息。
　　　　随着时间的推移，宇宙像钟表发条一样越来越松弛，宇宙的一些彼此多少相互独立的部分也倾向于越来越松弛。各种时间之箭都永远指向未来，不仅对应于熵增加的箭头是如此，而且那些对应于因果关联、向外的辐射流、对过去而非将来的记录（包括记忆）形成等的箭头也是如此。一些反对生物进化论的教条主义者试图证明，越来越复杂生命形式的出现违背了热力学第二定律。它跟银河规模的复杂结构之产生一样，当然并不违背热力学第二定律。而且，在生物进化中，我们可以看到，随着生物越来越适应其周围环境，一种“信息”熵不断增加，因而使信息上的差异缩小。这里的信息差异很容易使人联想到高温物体与低温物体之间的温度差别。事实上，复杂适应系统都显示出这种现象——真实世界给系统施加选择压力，图式倾向于根据那些压力来调节它们所容纳的信息。进化、适应以及复杂适应系统所进行的学习，都是宇宙膨胀式发展的一些方面。我们可以问：进化系统是否能与周围环境达到平衡，像高温物体与低温物体达到相同温度那样。有时它们确实能达到平衡。如果设计程序使计算机演化出游戏策略，那么，它可能会找到最理想的策略，于是搜寻即告结束。如果游戏是一种儿童玩的三连棋（tic…tac…toe），那情形就无疑正是如此。如果游戏是棋类，计算机可能也会在将来某一天发现最好的策略，但那一策略迄今为止仍未发现，而计算机继续在一个抽象的巨大策略空间寻求最好的对策。这种情况非常地普遍。
　　　　我们可能会看到少数这样的情形，即，在生物进化过程中，适应问题似乎在生命历史的早期就已经得到了最终解决，至少在表型层次上如此。生活在海洋深处地壳板块交界处的高温、酸性、含硫环境中的圆齿蛇卷螺，很可能至少在新陈代谢方面非常类似于35　亿多年前生活在那种环境中的生物。但是，其他许多生物进化问题一点也不像三连游戏，事实上甚至也不像棋类游戏，后两者毫无疑问可在将来某一天成为已解决的问题。首先，选择压力根本就不是恒定不变的，在生物圈的许多部分，物理化学环境不断发生着变化；而且，在自然群落中，各种不同物种一起构成其他物种的环境的一部分，这些生物共同进化，可能达不到任何真正的平衡。
　　　　在不同的时间与地点，系统似乎的确会达成暂时的近似平衡，对整个群落来说尤其如此，但不久之后，那些平衡即被“打断”，有时是由物理化学环境变化所致，有时则是长期“漂变”之后的少数突变所致。这里的长期漂变是指这样一系列基因变化，它们只对表型有细微的影响，对生物生存没有大的影响。漂变可为很微小的基因型改变作准备，而那些基因型改变将导致重大表型变化。
　　　　这种比较适度的基因型变化时常会导致关口事件，导致一些全新的生物种类产生。单细胞真核生物的出现就是例子之一。称它为真核生物是因为它的细胞拥有一个真正的核，还有其他细胞器，如叶绿体或线粒体等，它们被认为是由原来独立的生物被合并入细胞后形成的。另一个例子是由单细胞生物发展成多细胞动物与植物，它们大抵是通过一种胶状物质以集聚的方式来实现的，这种胶状物质是由于一种生物化学的突破而产生出来的一种新物质，它能将细胞连结起来。
　　　　当一个复杂适应系统不管是以集聚还是其他方式，产生出一种新的复杂适应系统时，这一过程就可以认为是一个关口事件。常见的例子是哺乳动物免疫系统的进化，其运作有点像生物进化自身，只是时间标度小得多，入侵者能在数小时或数天内被识辨出来并被消灭，而进化出新生物物种则需要数十万年时间。
　　　　生物进化的许多显著特征也能在其他诸如人类思想、社会进化及适应性计算之类的复杂适应系统中发现，而且它们具有非常相似的形式。所有这些系统都在不断探究新的可能性，开辟新的行为方式，发现关口事件，并不时地产生新型复杂适应系统。恰如生物进化过程中不断出现新的小生态环境一样，经济中也不断发现新的谋生方式，科学活动中则不断发明新的理论，等等。
　　　　　　　　多个复杂适应系统集聚成一个复合复杂适应系统，是开辟更高级组织的有效方式。此后，复合系统的组成成员，通过建构图式来解释与对付彼此的行为。经济就是一个很好的例子，生态群落也是如此。关于这种复合系统，科学家们正在进行广泛的研究。他们提出了一些理论，并将这些理论与不同领域的经验进行比较。大部分研究表明，这种复合系统倾向于进入有序与无序之间的一个有明确定义的过渡区，在那里，它们能够有效地适应环境，并按幂定律分配资源。那一区域有时被比喻为“混沌边缘”（edge　ofchaos）。没有迹象表明太阳系里行星系统的形成或包括地球那样的行星有什么特别之处。也没有证据表明，导致地球生命起源的化学反应在任何别的行星不可能发生。因此，有可能在散布于宇宙之中的无数行星上，都存在着复杂适应系统，并且，其中至少有一些复杂适应系统与地球生物进化及其产生的生命形式有许多共同特征。然而，关于生命的生物化学是唯一或近乎唯一的，还是只是大量可能结果中的一种，仍然是个有争议的问题。换句话说，它是主要决定于物理，还是在很大程度上归因于历史，还没有定论。
　　　　地球上近40　亿年的生物进化，通过试误的方法，提炼出大量关于生物不同生活方式的信息，这些生物都生活在生物圈中，彼此相关。同样，经过5　万多年的时间，现代人揭示了非同一般的大量信息，这些信息显示了人类在彼此之间及与自然界其余部分相互作用中生活的方式。不管是生物多样性还是文化多样性，现在均受到严重的威胁，努力保护这两种多样性是一个重要而紧迫的任务。
　　　　文化多样性的保护与其他目标之间呈现出大量的矛盾与冲突。其中一个挑战是使多样性与全世界人们联合起来的迫切需要协调起来。现在人们面临许多全球的问题，但这种协调是非常困难的。另一个挑战是由许多教区文化对普遍化的、科学的、非宗教的文化所表现出来的敌意所引起的，后者熏陶出了许多保护文化多样性最有力的倡导者。
　　　　迫切需要进行自然保护，保护尽可能多的生物多样性，但除非将它置于更广阔的环境问题背景中来考虑，否则这种目标最终是不可能实现的。而这些环境问题也必须与人类所面临的人口、技术、经济、社会、政治、军事、外交、机构、信息以及观念问题放到一起考虑。尤其是所有这些领域中的挑战，可以认为是需要在21　世纪完成的一系列通向更持续发展的连锁转变。如果能实现的话，更大的持续性将意味着全球及大多数地区人口停止增加；实行鼓励索取真实成本、质量提高甚于数量增加、靠自然的收入而非其资本为生的经济政策；具有对环境影响较小的技术；更加公平分配的财富，尤其是极度贫困现象不再普遍存在；有更加强大的世界性与国际机构来处理紧急的全球性问题；公众更加了解未来多种彼此相互牵连的挑战；还有，也许是最重要与最困难的是普遍赞赏多样性的联合——各种不同文化传统和国家合作与无暴力竞争，以及与我们人类共享生物圈的其他生物持续共存。这样一种情形似乎是乌托邦式的，也许不可能实现，但值得我们去建构未来的模型——不是作为蓝图，而是作为想象的辅助手段——并看是否能设想出可导向21　世纪后期这样一个理想的持续发展世界的途径，在这样一个世界中，整个人类与自然的其余部分，将比现在在更大得多的程度上发挥复杂适应系统的作用。译后记
　　　　M．盖尔曼教授（1929—）是世界著名的物理学家。1929　年他出生于美国的纽约，　1948　年毕业于耶鲁大学，1951　年获麻省理工学院哲学博士学位。他先后在普林斯顿大学、芝加哥大学工作过，1955　年起在加州理工学院任教，1956　年晋升为教授，年仅27　岁。此后一直在加州大学任教，直到退休。
　　　　1961　年，盖尔曼根据他提出的理论预言有两个新粒子存在，3　年后这两个粒子被实验发现了，这使盖尔曼声誉大振。接着，为了对日益增多的“基本”粒子进行分类，并进一步深入了解基本粒子的性质，盖尔曼破天荒地假定存在一些带有分数电荷的粒子，他称它们为“夸克”（quark），并认为夸克共有6　种。
　　　　1969　年，盖尔曼“因为关于基本粒子的分类及其相互作用方面的贡献和发现”，荣获该年度诺贝尔物理学奖。1977　年，除了顶夸克（top　quark）外，其他　5　种夸克均先后被实验证实；又过了18　年，到1995　年（本书英文版出版后的一年），顶夸克也终于被人们用实验证实。
　　　　盖尔曼退休后，对宇宙间万事万物（包括人类和社会）的复杂性与简单性的关系有浓厚的兴趣，并作了深入的研究。研究的成果之一，就是写作并出版了这本《夸克与美洲豹》。我是1996　年春才知道这本书的。我哥哥杨建军从美国纽约回武汉探亲，送给我4　本书，其中一本就是《夸克与美洲豹》。我一看见这本书就十分惊奇：夸克和美洲豹风马牛不相干，怎么被盖尔曼拉到一起来了？这种好奇使我决定把这本“奇”书翻译出来，幸运的是李永平先生恐怕也有与我相同的好奇心，立即支持我翻译这本书，并以最高的速度谈妥了版权。这真是我们译者和中国读者的幸运！盖尔曼在前言中清楚地说明本书的写作目的。他说：
　　　　“研究已经表明物理学、生物学、行为科学，甚至艺术和人类学，都可以用一种新的途径把它们联系到一起。有些事实和想法初看起来彼此风马牛不相关，但新的方法却很容易使它们发生关联。”
　　　　是一种什么样的“途径”和“方法”呢？说起来话长，最好请读者自己去看、去思考、去下结论，我在这儿实在用不着赘述。我只指出两点：一是这本书在美国出版后受到好评。普洛特金博士
　　　　（Dr．MarkJ．Plotkin，《一个巫师学徒的故事》的作者）说：“这是一本与作者一样十分有趣的书。他把那些看起来似乎完全不相关的东西，如黑猩猩的行为、雪崩力学、超弦理论以及莎士比亚等等，都编织到一个迷人的故事当中。真是神奇极了！”著名学者萨根（Carl　Sagan，《布鲁卡的脑》的作者）说：“能够在这本书中看到第一流的学者与最大的秘密较量，而且坚决反对神秘主义，真是令人十分振奋。”所以，读者可以相信，这本书值得您认真一读。
　　　　二是这本书涉及面之广，令我惊讶，其中涉及宇宙学、基本粒子物理学、量子场论、生物学、经济学、语言学、社会学、人类学、考古学、文学艺术等等，而且讨论也比较深入。因此，看这本书恐怕不能很消闲地去看，得伏桌认真地看才能看懂，才能大有收获。当然，您也不必担心看不懂。盖尔曼在前言中保证他的书一定能为广大读者看懂。诚哉斯言！
　　　　最后，在本书出版之际，除了应该感谢湖南科学技术出版社和感谢我哥哥杨建军把这本书的原版送给我以外，我还应该感谢华中理工大学物理系的张端明教授和吴颖教授，本书在翻译过程中得到了他们许多有益的帮助和建议；我还理所当然地要感谢李湘莲和周雁翎两位同志，如果不是他们两位鼎力相助，这本书至少现在还不会在读者手中。李湘莲翻译了第一篇和第四篇的全部以及第三篇的第十六章；周雁翎翻译了第三篇的十七、十八两章；其余的是我翻译的。全书审校、统稿、索引等，均由我完成。这本书涉及面太广，很不容易翻译，我们在译的时候真是如鲁迅先生在译《死魂灵》时所说的那样：“字典不离手，冷汗不离身。”尽管我们冷汗出了不少，恐怕错误之处仍会不少，我们诚请读者和专家们不吝指正。杨建邺1997　年　1　月　21　日于武汉华中理工大学宁泊书斋（完）