复杂-第10章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
来越多的非线性方程式时，他们发现了他们在对付线性系统时从未想象到的奇怪而绝妙
的情形。比如，在量子场理论中，通过一条浅狭沟渠的水波会对某种微妙的动力产生深
刻的关联：它们都是一种叫做“孤粒子”的孤立而独立动作的能量脉冲。木星上的大红
斑（The Great Red Spoton Jupiter）也许是另一个这样的孤粒子。它是一个比地球还
要大的旋转飓风，已经独立存在了至少四百年。
物理学家伊尔亚·普里戈金声大张旗鼓地宣扬的自组系统也是被非线性动力支配的
系统。确实，致使一锅汤沸腾的自组运动的动力被证实与其它非线性形态非常相似，比
如像斑马身上的斑条，或蝴蝶翅膀上的斑点。但最令人吃惊的是被称为混沌的非线性现
象。在人类的日常活动中，没有人会因为听说这儿发生的一件小事会对那儿发生巨大影
响而吃惊。但是，当物理学家开始在他们的学科领域对非线性系统给予高度重视时，他
们才开始认识到，支配非线性系统的规律有多么深奥。产生风流和潮气的方程式看上去
极其简单。比如，研究人员现在才认识到，德克萨斯州一只蝴蝶翅膀的扇动，一个星期
以后会影响到海地的一场雷暴雨的走向。或者，蝴蝶翅膀扇动朝左一毫米也许会整个改
变雷暴雨的方向。这一个又一个的例子都表明了一个相同的意思：即一切都是相互关联
的，这样的关联敏感到令人不可思议的地步。微小的不可测性不会总是很微小。在适当
的条件下，最小的不确定性可以发展到令整个系统的前景完全不可预测——或用另一个
词来形容：混沌。
反而言之，研究人员也开始认识到，即使是一些很简单的系统也会产生丰富到令人
震惊的行为模式。所有这些只需要有一点点非线性因素。比如说，从一个漏水的水龙头
滴下来的滴答滴答的滴水声，可能会像节奏器发出的节拍一样规律得让人发疯。但如果
你不去理会它，让水滴的流速稍稍加快一点儿，水滴立刻就会变得大一滴、小一滴、大
一滴、小一滴地往下滴。如果你还是不去理会，让水滴流速再加快一点儿，水流速度很
快就会成倍增加，先是四滴一个序列，然后是八滴、十六滴一个序列，一直这样下去。
最终，水滴的序列变得极为复杂，以致于水滴似乎是随机地滴下来——混沌再次出现了。
这种不断增加的复杂性，在果蝇繁殖的数目变化中、在汹涌澎湃的水流中、或在任何领
域中都可以看到。
物理学家感到难堪是毫不奇怪的。他们当然知道在量子力学、黑洞这类理论里有些
古怪的现象。自牛顿时代以来的三百年间，他们和他们的先辈们已经习惯了把日常世界
看作是一个受着他们非常能够理解的规律的支配。这个世界是一个本质上很紧凑的、可
以预测的地方。而现在看来，仿佛这三百年来他们一直是住在一个被废弃的小孤岛上，
对周围的世界漠然无视。考温说：“当你一旦离开线性近似法，你就开始航行在一个非
常广阔的海洋上了。”
罗沙拉莫斯正巧是这样一个近乎理想的从事非线性研究的环境。这不仅是因为自五
十年代以来，罗沙拉莫斯实验室一直在计算机技术上处于领先地位，同时也因为那儿的
研究人员从实验室一创立就开始探索非线性问题了。比如对高能物理学、流体力学、核
聚变、热核冲击波等问题的研究。事实上，到了七十年代初，事情已经很清楚了：许多
非线性问题从深层次上来说都是同样的问题，它们都有同样的数学结构。所以，只要人
们对这些问题一并进行研究，明显就会节省很多力气。结果在罗沙拉莫斯理论小组的热
情支持下，小组内部出台了一个非线性科学方案。这个方案最终变成了一个完全独立运
作的非线性系统研究中心。
然而，虽然分子生物学、计算机模拟和非线性科学作为单个领域都非常引人入胜，
但考温总怀疑这仅仅只是个开始。他觉得在这些领域之下有一个统一的规律，这一统一
性规律最终不仅囊括物理化学，也囊括生物学、信息处理、经济学、政治科学，以及人
类生活的每一个方面。在他的脑海里，这一统一性规律的概念是一个近乎中世纪式的学
术。他想，如果这种统一性真的存在，则我们将能够认识到，这是一个在生物科学和物
理科学之间只有微小区别的世界，或像考温曾经说的那样，在科学和历史或哲学之间
“整个知识的结构天衣无缝”。也许知识会重新变成这样。
对考温来说，现在似乎是一个绝妙的机会。所以为什么大学里的科学家不扑向这个
方向呢？当然，在有些大学里，在某种程度上科学家们已经这样做了。但他所寻找的真
正宽广的思维却似乎掉入了裂缝。就这种宏观思维的本质而言，任何一个大学科系都力
所不及。确实，大学不乏“交叉学科研究所”，但就考温所见而言，这些研究所无非是
一群偶尔过来共用一个办公室的人们。教授和学生仍然要效忠于他们自己的科系，因为
他们自己的科系有权授予学位、终身教职和决定升迁。考温认为，如果由大学自由发展，
那至少再过三十年大学也不会开始对复杂系统的研究。
不幸的是，罗沙拉莫斯似乎也不是个理想的研究复杂系统的地方。这很糟糕。通常，
武器研究所是一个比大学要理想得多的从事多学科研究的地方。这是一个使访问学者们
常常感到非常吃惊的事实。但罗沙拉莫斯实验室缺乏经费。曼哈顿计划始于一个特殊的
挑战——制造原子弹——这个计划把科学家从每一个相关领域召集到一起，形成一个团
队，共同来应付这个挑战。这里有一支被公认的出类拔萃的队伍：罗伯特·奥本海默、
尹利柯·弗米、尼尔斯·波尔（Niels Bohr）、约翰·冯·诺意曼（John von
Neumann）、汉斯·贝瑟、理查德·费曼（Richard Feynman）、尤金·维格纳（Eugene
Wigner）。曾有一位观察家把这支队伍称为自古希腊以来最伟大的智者的集结。自从把
这些优秀人才集结在一起后，实验室就以发展核武器为研究领域。实验室管理的重要工
作就是要确保让恰当的专家们能够相互交流。“我有时觉得自己就像是一个媒人。”考
温说。
唯一的问题是，考温宏大的学科整合方案正好不是实验室的基本任务。确实，考温
的想法与核武器的发展根本就挨不上边。而如果研究不属于实验室的使命之内的课题，
几乎没有可能获得项目资金。当然，实验室还是会做一点复杂理论的研究，就像他们一
直在做的那样。但这样做进展不会太大。
不，这样不行。他想，只有一个办法。考温开始想象创建一个新型的独立机构。最
理想的方案是，这个机构能够同时具备两个世界的长处：既有大学的广博，又能保持罗
沙拉莫斯融合不同学科的能力。但如果可能的话，这个机构最好靠近罗沙拉莫斯，这样
就可以共享实验室的人力和计算机设备。假设这个地方是距罗沙拉莫斯三十五英里的桑
塔费这个离得最近的城市。但不管这个机构设置在哪儿，它都必须是一个能够吸引最优
秀的科学家的地方——那些在自己的研究领域中真正知道自己在说些什么的人。这个机
构要能够为他们提供远比通常更广阔的学科内容。这个机构应该是这样一个地方：在这
里，资深学者们可以探究自己还不成熟的想法而不被同事们所讥笑，而最优秀的年轻科
学家们可以和世界级的大师们一块儿工作，使他们满载而归。
总之，这个机构应该是一个培养自二次世界大战后已经非常少见的一种科学家的地
方：“培养二十一世纪的文艺复兴式人物。他们从科学出发，但却能够面对混沌无序的
现实世界，面对一个并不优雅，科学尚未真正研究到的世界。”
天真吗？当然，但考温觉得，如果他能把这个惊人的科学挑战的前景描述出来，说
服其他人，这个想法也许能够实现。他自忖自问：“应该向八十年代和九十年代优秀的
科学家灌输什么样的一种科学呢？”
而且，谁会愿意听他说呢？谁有这样的神通能将这个想法付诸实现呢？有一天在华
盛顿，他尝试着对科学顾问杰伊·凯华兹和他的同僚，科学顾问委员会委员，惠普公司
创办人之一，戴维·派卡德（David Packard）讲了他的想法。令他吃惊的是，他们没
有笑话他。事实上，他们两个人都很支持他。所以在1983年春天，考温决定把这个议题
带上罗沙拉莫斯的每周中餐讨论会上交由资深研究员们讨论。
结果他们都喜欢他的这个主意。
罗沙拉莫斯的资深研究员们
在外人看来，应该很容易做出解聘这些资深研究员的决定。他们是一帮老家伙，过
着悠闲的日子，薪水却高到荒唐的地步。从表面上，情况正如人们看上去的那样。这个
资深研究员小组由六名像考温这样长期在罗沙拉莫斯效力的成员组成。这些人对罗沙拉
莫斯实验室做出了杰出的贡献，因而被聘为实验室的资深研究员。他们不用负责任何具
体的行政事务，也不用忙忙碌碌地周旋于官场。他们作为一个小组的唯一工作就是每周
一次在咖啡馆聚头，偶尔就各种政策问题给实验室主任提出些参考意见。
但事实上，这些资深研究员都是些十分活跃的人物，这些人往往会在获得一个新职
位时说：“感谢上帝，我终于能够真正干点什么了。”而且，由于他们都在某一段时期
担当过罗沙拉莫斯实验室的重要行政职务，所以不管试验室的现任主任爱不爱听，他们
都不会怯于告诉他应该怎么干。所以当考温对他们说出自己想成立一个研究机构的想法，
想从他们这儿得到建议和支持时，他得到了令人满意的回应。
比如像彼特·卡罗瑟斯（Pete Carruthers），立刻就与考温的想法一拍即合：他
们都认为某种新思想正在萌芽之中。他认为这个机会已经在叩我们的大门了。不修边幅，
脸上总是挂着嘲讽的卡罗瑟斯对“复杂”系统的研究十分热衷。他宣称，复杂性理论是
“科学的下一个主要推动力”。他有理由这么认为。他1973年从康奈尔大学来到罗沙拉
莫斯，担任理论部的主持人。他是在由考温负责的人才招聘委员会的推荐下进入罗沙拉
莫斯的。他来后新雇用了将近一百名研究人员，成立了六个新的研究小组，而且是在实
验室经费走下坡路的情况下。1974年，在他的坚持下招聘了几个狂妄无羁的年轻人来从
事那时还是一个朦胧不清的分支学科，非线性动力学。［卡罗瑟斯说，当时他的副手迈
克·西蒙斯（Mike Simmons）问他：“我拿什么钱来付他们的薪水？到别处给他们找钱
去吧。”」正是在卡罗瑟斯的领导下，非线性动力学这个分支才得以迅速发展，罗沙拉
莫斯也随之成为世界上研究后来被称之为混沌理论的中心。所以如果考温的想法是基于
非线性动力学的，卡罗瑟斯会非常乐于帮助他。
另一个资深研究员，天文物理学家斯特林·科尔盖塔（Stirling Colgate）出于另
外的理由而表示热烈支持考温的想法。“我们需要一切能够组织和加强美国知识分子力
量的事情。”他说。尽管罗沙拉莫斯尽了一切力量对外部世界开放，但它仍然是一个科
学异地，以其绚丽的孤独高居于现实社会之上。科尔盖塔在距罗沙拉莫斯二百英里的索
考罗新墨西哥采矿及技术研究所担任了十年所长，他非常清楚罗沙拉莫斯之外的新墨西
哥州是一个美丽而落后的地方。自四十年代以来，联邦政府在这个地区投入了数十亿美
元，对这个地区的学校和工业基地起到的作用小到令人沮丧。这个州最好的大学的水平
也很一般。这主要是因为高科技企业家如果想移出拥挤不堪的加州，会直接越过里奥格
兰德河谷，趋向奥斯丁和东部。科尔盖塔与卡罗瑟斯最近正在致力于大力提升新墨西哥
大学体系的水平，但他们很快就因为无望而放弃了。这个州实在是太穷了。所以考温的
研究所计划在他看来就像是最后的、也是最可能的希望。他称：“任何能够提高这个州
知识水准的事情，都不但关系到我们个人的利益，实验室的利益，而且更关系到我们国
家的利益。”
资深研究员尼克·麦特罗博利斯（Nick Metropolis）喜欢考温的想法，是因为考
温强调了计算机的重要性。他是从他的角度出发的。麦特罗博利斯在罗沙拉莫斯几乎就
是计算机先生。正是他在四十年代指导了实验室第一台计算机的建造。这台计算机的建
造基于普林斯顿高级研究所神奇的匈牙利裔数学家约翰·冯·诺意曼的设计创意。冯·
诺曼也是罗沙拉莫斯的顾问和常客。（这第一台计算机的名称MANIAC，是由数学分析器、
积分仪、计算器、计算机的每一个词的第一个字母组合而来。）正是麦特罗博利斯和波
兰数学家斯坦尼斯劳斯·乌兰（Stanislaus Ulam）一起创导了计算机模拟技术。麦特
罗博利斯的另一个重大贡献，是使罗沙拉莫斯拥有了地球上功能最大、速度最快的超级
计算机。
但麦特罗博利斯感到，实验室目前并不是很富创造性，即使是在计算机领域。他和
麻省理工学院的数学家，常来罗沙拉莫斯小住的访问研究员江卡罗·罗塔（Gian－
CarloRota）都向同桌的资深研究员们指出，计算机科学正处于与生物学和非线性科学
同样的动荡之中。他说，计算机硬件设计正在发生革命性的变化。一次只能运算一步的
计算机的运行速度已经到头了，硬件设计者们正在设计一次能够同时做几百、几千、甚
至几百万次运算的计算机。这是一件非常好的事情：任何真想认真研究考温所说的那种
复杂问题的人都会需要这样的计算机。
但计算机科学的作用还远远不止于此。罗塔觉得，计算机的作用，尤其表现在它可
以一直伸延向对人脑的研究——他认为人脑做思考与计算机处理信息在本质上基本上是
一回事。他所说的被称为认知科学（cognitive science）的领域，正是一个热门学科，
而且正在变得越来越热门。如果处理得当的话，这门学科能够将研究神经网络连接的脑
神经科学家、研究高级思维和推理的每一秒钟过程的心理学家、以及力图用计算机来模
仿人脑思维过程的人工智能研究人员的研究结果融合起来，甚至还能够综合研究人类语
言结果的语言学家和研究人类文化的人类科学家的研究成果。
罗塔和麦特罗博利斯告诉考温，为这样一个跨学科的课题成立地的研究机构是很值
得的。
另一个来访者大卫·潘恩斯（David Pines）应麦特罗博利斯的邀请，也于1983年
盛暑开始参加这个讨论。潘恩斯是伊利诺斯大学理论物理学家、《现代物理学评论》
（Reviews of Modern Physics）的主编、罗沙拉莫斯理论物理学部咨询委员会主席。
他也成为热烈响应考温关于宏伟的科学整合主张的人。自从五十年代做博士论文开始，
他的许多研究就着重于创造性地理解由许多粒子组成的系统的“集成”行为。他的研究
包括从对某种大量的原子核粒子的震动形式到液态氦的量子流动。潘恩斯还公开推测说，
这类
