打字猴:1.707609334e+09
1707609334 世界因何美妙而优雅地运行 [:1707606701]
1707609335 世界因何美妙而优雅地运行 90COSMIC COMPLEXITY纷繁复杂的宇宙
1707609336
1707609337 约翰·马瑟(John C.Mather)
1707609338
1707609339 NASA戈达德航天中心高级天体物理学家,合著有《第一缕光》(The Very First Light)。
1707609340
1707609341 基 于从夸克到加速膨胀宇宙的全部尺度,对已被观测到的宇宙所具有的无以伦比的复杂性,我们能给出怎样的理论呢?我所心仪的理论(当然肯定不是我发明的)是,生成自然不稳定性的物理学基本定律,即能量流和混沌。一些人把这样的结果称为生命力,另一些人认为,地球本身就是一个生命系统,还有些人则认为,可观察到的复杂性需要一种超自然的解释(我们已经有诸多事例)。我的爸爸是一位在乳制品领域工作的统计学家,在我很小的时候,他就教我关于细胞、基因、进化和概率的知识。从那时起我就明白,一个科学家必须要去寻找,大自然的定律和统计规则是如何将我们带进有意识存在的世界的。而且,看似不可能发生的事件一直都在发生,原因是什么呢?
1707609342
1707609343 关于自然的不稳定性,物理学家握有数不胜数的案例,如果我们能解开其中的奥秘,那么世间那些复杂的事物就都能得到简化了。最常见的就是,在冰点以下的温度下冷却水蒸气,其可以生成雪花,这些雪花各不相同,纷繁而美丽。这些现象都是我们日常所见,所以我们不以为奇。但物理学家却观察到这其中的变化,从一种结果变为另一种结果的诸多变化类型,我们称之为相变,该发现对理解共同特性的数学运算大有裨益,因而此项发现赢得了1992年的诺贝尔奖。
1707609344
1707609345 下面我们列举一些事例,来阐释自然定律生成的不稳定性是如何导致我们自身的存在的。首先,宇宙大爆炸(一个多么缺乏想象力的名字啊!)显然是来自于不稳定性的,宇宙从“假真空”最终衰减为我们今天所具有的普通真空,还有我们已经获知的最基本粒子:夸克和轻子。所以,宇宙作为一个整体,起源于不稳定性。接踵而至的是大爆炸和冷却的发生,自由夸克发现自己过于不稳定,于是自行集聚捆绑在一起,形成了今天的次基本粒子:质子和中子,这些次基本粒子释放了一些能量并具有了复杂性。
1707609346
1707609347 接下来,不断膨胀的宇宙略微冷却了一些,从而中子和质子,不再因为极高的温度而分离,但由于它们自身的不稳定性,最终形成了氦核。然后再继续冷却,原子核和电子也不再分离,宇宙变得透明。等到又冷却了一些时,下一个不稳定性又显现了:重力将横跨整个宇宙的物质牵拉在一起,形成了恒星和星系。这种不稳定性被称为一种“负热容”(negative heat capacity),从重力系统提取出的能量使得它更热,显而易见,热力学第二定律在这里并不适用。这就是美国诗人卡明斯(Cummings)“让星辰分离的奇迹”这句话的物理学版本。
1707609348
1707609349 再接下来出现的不稳定性是,氢和氦原子核熔合后释放出能量,这导致恒星燃烧数十亿年。当燃尽燃料之后,恒星变得不稳定,从而发生爆炸并释放化学元素进入太空。鉴于此,诸如地球这般的行星,持续的能量流恰好支持了不稳定性的增加,并发展出各种复杂的模式。重力的不稳定性牵引着密度最高的物质进入到地核,并在内部不断翻腾搅动,向外部释放热流,只留下一层薄薄的水和空气。来自太阳的热量,绝大部分在靠近赤道的地方被吸收,再流向南北两极,于是造成了复杂的大气和海洋环流。
1707609350
1707609351 由于上述原因,地球上遍布天然的化学实验室,元素在此集中混合,升高或降低温度,通过产生无数不稳定的事件,永不停息地进行着各项实验。其中就有一种被称为“生命”的新实验。现在我们了解了,宇宙中存在像恒星一样多的行星,很难想象,在大自然不停歇的实验之下,会无法在某处制造出生命,但这点我们时至今日还没有找到原因。
1707609352
1707609353 伴随着在环境中广泛生存的生物、地球环境的变化、繁荣与萧条的循环往复、食物链上的环环相扣、每种罪行的罪犯、防止犯罪的政府以及政府自身的不稳定性,生命在不断地制造新的不稳定性和进行着永无止息的进化。
1707609354
1707609355 其中一个不稳定性就是,人类需要新型武器和各种新产品,从而吸引对科学技术的投资,因而构建了自然与人类竞争和斗争的世界,从而制造了先进的武器和手机。到了2012年,人们竞相撰文和思考,他们的后代子孙是否会以人工生命的形式回到太空去旅行一番。让我们仔细沉思一番,万物生长的自然之力,究竟起源于何处。荷兰理论物理学家埃里克·韦尔兰德(Erik Verlinde)曾提出,万有引力,是迄今为止,唯一仍抗拒我们在量子理论方面的研究成果的力量。它的本质就是一种基本力,如渗透作用一样,是一种统计的力量。
1707609356
1707609357 这是多么惊人的大颠覆啊!但我已经说了,我对这样的颠覆毫不诧异。
1707609358
1707609359
1707609360
1707609361
1707609362 世界因何美妙而优雅地运行 [:1707606702]
1707609363 世界因何美妙而优雅地运行 91THE GAIA HYPOTHESIS盖亚假说
1707609364
1707609365 斯科特·桑普森(Scott Sampson)
1707609366
1707609367 研究恐龙的古生物学家,犹他州自然历史博物馆研究馆长,著有《恐龙奥德赛:生命网上的化石线》(Dinosaur Odyssey)。
1707609368
1707609369 我 所心仪的,最为深邃、美妙而优雅的科学理论是盖亚假说,该假说的内容是:地球上的物理与生物过程相互密切交织,从而形成了一个自我调节系统。1965年,化学家詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock)提出了这个概念,这是他的呕心沥血之作。其后,又得到了微生物学家林恩·马古利斯(Lynn Margulis)的进一步推动,他指出:空气(大气层)、水(水圈)、地球(岩石圈)和生命(生物圈)相互作用,形成了一个单一的进化系统,该系统能够维持环境条件与生命保持一致。洛夫洛克最初提出的盖亚假说,其目的是为了阐释地球上的生命何以存续近40亿年,尽管在此区间内,太阳的强度增加了30%。
1707609370
1707609371 盖亚假说是如何做到的呢?洛夫洛克和马古利斯证实,在缺乏有意识命令的控制系统的条件下,盖亚假说使用反馈回路来追踪和调整关键的环境参数。比如说氧气,这是高活性生命的副产品,它通过光合作用的藻类和植物生成,并源源不断地予以补充。目前大气的氧气浓度约为21%,如果低几个百分点,依靠空气呼吸的生命形式将不复存在;如果氧气浓度再高几个百分点,陆地生态系统将变得过于易燃,就会极易发生火灾。根据盖亚假说,是生成氧的有机体使用了反馈回路,从而使数亿年的大气氧含量维持在狭小的限度内。
1707609372
1707609373 基于研究的不断增加与深入,类似的结论也适用于其他的大气成分,以及全球地表温度、海洋盐度和其他关键的环境指标上。盖亚假说强调生物圈规模的合作,研究人员也记录了若干实例,表明在某个层级的合作,是如何通过较低层级的竞争和自然选择完成进化的。最初洛夫洛克激进的观点,被严苛的科学家批判为“新纪元”天书,但目前已渐渐汇入到科学正统当中,而且其中的关键原理还时常作为“地球系统科学”的授课内容。我们对涵盖更高物种多样性的食物链复杂度的经验,至少有一部分是来自于盖亚研究,这于我们来说犹如一场及时雨一般,该复杂度提升了生态和气候的稳定性。
1707609374
1707609375 因此,尽管地球可能栖息于一个宜居区内,而且恰好距离太阳不远不近,但是生命在这个“淡蓝之点”(15)(Pale Blue Dot)上的成功蔓延,不能仅仅归功于运气。生命有自己直接的方式来确保自己延续下去。
1707609376
1707609377 但在科学领域还未完全接受盖亚假说。我们必须承认的是,作为一种阐释与解答,盖亚假说还存在着片面性。源自盖亚的见解,毫无疑问,兼具深邃、美妙的特点,它将整个生物圈和地球的表层变化过程纳入到一个单一的、新兴的、自我调节系统中。但该理论还未达到本书Edge年度问题所定义的第三个特点:优雅。盖亚假说缺乏如爱因斯坦的E=mc2的数学精准性。目前还没有一个关于地球和生命的统一理论,并以此来解答为什么生命的稳定性强于它的动摇性。
1707609378
1707609379 进化生物学家威廉·汉密尔顿曾把洛夫洛克的理论与哥白尼的理论进行过对比,他补充道:“我们仍然在等待像牛顿这样的人出现,对这个宏大且看似不太可能的关系给出定律。”汉密尔顿自己对于寻求这个问题的答案极为痴迷,他所开发出的电脑模型似乎也可以说明,稳定性和生产率是如何相辅相成的。如果不是因为早逝,汉密尔顿或许可以成为当代的牛顿。
1707609380
1707609381 盖亚假说的文化内涵也不断引发人们的争论。洛夫洛克思想最为深刻的含义是,作为一个整体考量时,地球具有生物体的诸多特征。但盖亚是否如同一个单一生命形式存活着,或是更为准确地把她视为一个如行星大小的生态系统呢?林恩·马古利斯极力推崇后一个观念,我也由此比较信服后一个观念。于2011年离开人世的马古利斯,其研究工作革命性地颠覆了进化生物学的方方面面。作为一名精明务实的科学家,马古利斯曾经这样说道:“盖亚很强悍,它是一个在并无人类参与的情况下,已经运行了超过30亿年的系统。这个行星的表面和大气以及环境,在人类和偏见都消逝许久之后,仍然会持续进行着进化。”
1707609382
1707609383 虽然我并不排斥这样生硬直白的评价,但我也从盖亚假说上得到了相当大的灵感。事实上,据我所知,这个想法可以帮助转移人类对大自然的感知。从以现代主义者的角度来看,自然世界仅仅是一个有着无限资源的、可供人类开发利用的集合体。盖亚的观点鼓励着我们,把地球上的这个自然视为一种相互交织的有限整体,我们在其中上演着生与死。所以,将盖亚假说这个深邃且美妙的观点广而告之已然迫在眉睫。
[ 上一页 ]  [ :1.707609334e+09 ]  [ 下一页 ]