欢迎来到乐高的世界 (original) (raw)

湖南科学技术出版社的第一推动丛书推出了它的第十二本书《物理之外的世界》，它将带你打开一扇门，给你展露一个新兴的学科：复杂科学。 该书是从生命的出现和进化的底层规律为切入点，再迁移到其他各种非平衡态复杂场景。都有哪些复杂场景呢？大自然的生命（包括人类）、人类社会的经济等具有无限多样性的场景。 解释世界是人类的本能 从亚里士多德到牛顿、莱布尼兹，再到爱因斯坦，无数的数学家、物理学家都在用简洁优美的公式解释这个世界。物理科学家们用分解的方法（还原论）将这个世界不断拆分，直至拆分到粒子然后再寻找其规律。随着越来越多的物理定律被人们掌握，人们越来越坚信宇宙的一切皆有规律可循，人们终将用优美的公式解释宇宙的一切规律。 真的是这样吗？不完全是！ 我儿时曾将闹钟拆散后学到了闹钟的运行原理，可安装时却发现有一些零件装不回去了。 我们将世界拆散理解，可是我们却不知道宇宙原子以上的世界是怎么组装起来的，因为这是一个复杂的世界，多样性多到没有足够的算力计算其规律，像谢顿（阿西莫夫的《基地》小说中类似先知的科学家）这样的人是根本不存在的。我们眼中的复杂世界就像一个黑盒子。 复杂的世界毫无规律可言，可是我们可以通过生命的出现来理解复杂世界底层的运作规律。 现在让我们来看看生命是如何开始的吧！ 在40亿年以前地球存在有机分子，有地球本土的坐地户还有外来陨石带来的外来户，它们在大海中形成了一锅“汤”，当某些大有机分子浓度达到一个阈值时，奇迹发生了！它们会按自己的样子将其他有机分子拼接到一起，构成了一个和自己一模一样的的分子。 这个过程叫埃尔德什-雷尼相变。 经过实验DNA是这样，RNA也是这样，蛋白质分子也是这样，这个不是偶然，这是一个必然的规律。所以咱们的生命过程就是一个复制的过程。 好了，现在有了DNA、RNA、蛋白质这些喜欢搭乐高的家伙，那么积木是哪里来的呢？这需要另一个伙伴—新陈代谢系统。 所有的有机分子都是由碳氢氧硫磷等原子组成，当在肽的催化下一些原子会发生聚合 ，同时这些分子又会催化另一些原子聚合，再然后又会催化其他分子聚合，然后大家互相催化（很绕吧？这和咱们的复杂人类社会相似吧?）最终形成了一个可以产生有机分子的系统。 现在组成细胞的材料全了，那么这些材料又是如何产生细胞的呢？ 科学家们猜测，细胞产生在冷热交替水池的边缘，水分蒸发后水中的脂质贴在岩石壁上，一些DNA，RNA等分子贴在脂质上，然后下一层脂质又覆盖在其上，形成了“三明治”的泡泡结构。泡泡的外壁是脂质，中间是一些可以复制自己的有机分子。后面我把它们的组合—细胞称为“乐高俱乐部”，其中的一些俱乐部演化出复制整个自己的能力—分裂。 从此，生命的意义就产生了！ 有些物质适合“乐高爱好者”们，可以提供“积木”或者有利于催化积木就是“好的”，反之就是“有毒”的。（插一嘴，从细胞角度看新冠病毒不就是不利于人体这个“乐高俱乐部”吗？） 再然后咱们看一个轻松点的故事： 很久很久以前，一个叫帕特里克的细胞被刮在了一个岩石上，它发现在这里也可以获得养分，于是它在这块岩石上不断复制自己，产生了无数个自己附在岩石上。有一天，有个叫鲁伯特的细胞演化出了在其他细胞上钻洞，吃掉对方内部的能力，它碰到了帕特里克们，于是它就在这里一直吃帕特里克。又有一天，一个叫斯赖的细胞无意中沾到鲁伯特身上，它发现鲁伯特钻帕特里克漏出的液体可以给自己带来养分，于是它也定居在这里。有一个叫格斯的细胞碰到了帕特里克，它有一种功能，它能分泌一种胶质帮助帕特里克粘在岩石上。这样形成了一个微观情境。 每一个细胞的诞生就产生了生态位，其他细胞有机会“被适应”这个生态位。同时这些细胞又产生了更多的生态位。这样生命以爆炸式的演化形成了生态环境。 下面的故事情节交给达尔文吧。 这就是生命的诞生历程，繁殖是我们与生俱来的属性，因为这是物理世界的规律！复杂的世界以物理世界为基石，其演化却又无法用物理定律解释，这就是物理之外的这个世界！ 拓展： 复杂世界和生命的世界是类似的，都是无数多样性的个体之间按简单的规则相互作用，当达到一个阈值后会涌现出一个特点。在生命系统中，我们可以通过埃尔德什-雷尼相分析这个系统中的E和N以及阈值就可以模拟建立这个系统的模型。同样人类社会、人类的经济体系都是复杂系统，也同样具有这种特性。 如果大家想进一步了解可以看看杰弗里.韦斯特博士的《规模》和梅拉妮.米歇尔的《复杂》一书。

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