开创新科学》

　　作者：詹姆斯·格莱克（美）

　　成书时间：1988年

　　推荐版本：上海译文出版社1990年版

　　【作者简介】

　　詹姆斯·格莱克（James Gleick，1954-），自由撰稿人，现居美国纽约市，曾多年担任《纽约时报》的编辑和首席科学记者。

　　1988年，他出版了第一本著作《混沌：开创新科学》，书中收有多幅彩色分形图片。此书获得了美国非小说类国家图书奖的提名，并被翻译成约20种文字，在世界各地销售。1992年，格莱克为当时刚去世不久的杰出理论物理学家费恩曼写成一本传记《天才：理查德·费恩曼的生活和科学》，此书一出版，又成为美国的一部畅销书。

　　格莱克本人不是一位科学家，自身也并不是理工科出身，但他能够深入地了解和分析自然科学和技术，能够以一种独到的视角去看待科技界发生的事件。因此，不仅自然科学家可以得到有益的补充，而且广大阅读者都可以从格莱克写的书里获得教益、受到启发。

　　格莱克的作品主要有：科学报告文学集《混沌：开创新科学》、《天才：理查德·费恩曼的生活和科学》、《越来越快———飞奔的时代飞奔的一切》等。

　　【内容提要】

　　作者提出现代混沌研究始自60年代，当时人们缓慢地意识到十分简单的数学方程能成为完全同瀑布一般猛烈的一些系统的模型。输入的微细差异可能很快成为输出的巨大差别，这种现象被为“对初始条件的敏感依赖性”。例如在气象中，这就成了人们半开玩笑说的“蝴蝶效应”———今天在北京有一只蝴蝶扇动空气，可能改变下个月在纽约的风暴。

　　作者提出自然界的不规则的方面，不连续和不稳定的方面，一直是科学的观念题，或许更糟些，是无法理解的怪物。但是在20世纪70年代，美国和欧洲的少数科学家开始找到了无序的门径。他们是数学家、物理学家、生物学家和化学家，他们都在寻求各种不同的不规则现象之间的联系。生理学家们在人类心脏生发出来的混沌中发现了令人惊奇的有序，这种混沌曾是无法解释的猝死的主要原因。经济学家们发掘出陈旧的股票价格数据，并试用新的方法来分析。由此种种方面得到的启示，直接引入了自然界，包括对云彩的形状、闪电的径迹、微血管的缠结、星体形成银河星团的过程的认识。在物理学内部，混沌的研究是从一潭死水中产生的。在20世纪的大部分时间内，主流曾是粒子物理，它在更高更高的能量、更小更小的尺度和更短更短的时间范围内探索物质的构造模块。除粒子物理之外，就是关于自然界基本力和宇宙起源的理论。然而，还是有一些年轻的物理学家越来越不满足于这种最有声望的科学方向。科学的进展开始显得缓慢了，新粒子的命名无济于事，理论体系乱糟糟。混沌打破了各门学科的界限。由于它是关于系统的整体性质的科学，它把思考者们从相距甚远的各个领域带到了一起。

　　作者说当混沌革命走上正轨时，优秀的物理学家们觉得他们毫不为难地回到了与人同尺度的现象。他们不仅研究星系，还研究云彩。他们不仅在“克雷”计算机上进行有成效的计算，还使用“麦金多施”。重要的期刊把关于球在桌上弹跳的奇怪动力学的论文与星子物理的文章同时发表。现在人们看到最简单的系统提出非常困难的可预见性问题。然而，有序也在这些系统中自发地出现———混沌和有序同在。只有一种新科学才能开始跨越这巨大的知识深渊，它的一岸是单个的对象———一个水分子，一个心脏组织细胞，一个神经元———的行为，而另一岸是成百万这种对象的行为。这门新科学就是混沌学。作者认为一位物理学家所说的很对：“相对论排除了对绝对空间和时间的牛顿幻觉；量子论排除了对可控测量过程的牛顿迷梦；混沌则排除了拉普拉斯决定论的可预见性的狂想。”在这三大革命中，混沌革命适用于我们看得见、摸得到的世界，适用于和人自己同一尺度的对象。

　　作者认为混沌创造了特殊的计算机使用技术和各种特殊的图像，于是抓住复杂性背后的古怪而精致的结构。混沌无所不在。上升的香烟柱破成缭乱的旋涡。旗帜在风中前后飘拂。龙头滴水从稳定样式变成随机样式。混沌出现在天气行为中，出现在飞机飞翔中，出现在高速公路上阻塞的汽车的行为中，出现在地下的油流中。不管在什么介质中，这些行为都遵从新发现的同样的定律。这种认识已经开始改变企业经理作保险决定的方式，改变天文学家看待太阳系的方式，改变政治理论家谈论紧张局势导致武装冲突的方式。

　　作者认为这门新科学产生了自己的语言，亦即分形和分岔，阵发和周期等等高雅的行话。这些是新的运动要素，正像在传统的物理学中，夸克和胶子是物质的新要素一样。对一些物理学家说来，混沌是过程的科学而不是状态的科学，是演化的科学而不是存在的科学。混沌所提出的问题使科学上业已公认的工作方法失效。它强烈主张复杂系统有普适行为。第一批混沌理论家们，亦即使这门学科发动起来的那些人，具有共同的敏感性。他们注视着图样花纹，特别是那些同时在不同尺度上出现的图样花纹。他们对随机性和复杂性有特别的爱好，喜欢参差不齐的边缘和突然的跳跃。

　　作者认为，说到混沌，也得提到霍金，他是宇宙学家，身居剑桥大学牛顿讲座席位。1980年作了题为“理论物理看到尽头了吗？”的演讲。在对他的这门科学作估量时，霍金就物理学的大部分说了一番话：“我们已经知道支配日常生活中我们所经历的每件事的物理规律。……现在要用庞大的设备和巨额的金钱来做我们不能预言其结果的实验，这件事本身就是对理论物理长足进步的称颂。”作者认为人们长期有一种感觉，只是不常公开表露，即理论物理已经同人类对世界的直觉偏离太远。谁也不知道，这是富有成果的异端，还是直截了当的邪说。但是，有些认为物理学正走进死胡同的人，现在把混沌当作一条出路。

　　作者对霍金所描述的物理学有不同的看法，他表示疑惑：霍金的理论能回答关于自然界的某些最基本的问题而完成它的使命吗？生命是怎样开始的？湍流是什么？首先，在一个由熵支配的宇宙中，一切都无情地趋向更大的无序，怎样出现有序呢？同时，人们日常经历的许多对象，如流体和机械系统，在我们看来是很基本和普通的，从而使物理学家们自然倾向于假定它们已经被很好地理解。但实际并非如此。

　　作者说，混沌的信徒们，他们有时自称是信徒，是皈依者，是福音传教士，他们思索决定论，思索有意识的智力的本质。他们感觉到，他们正在扭转科学中简化论的倾向，即只从系统的组成零件夸克、染色体或神经元来作分析的倾向。他们相信自己是在寻求整体。

　　作者认为大约10年之后，混沌已经成为一种迅速发展的运动的简称，而这个运动正在改变着整个科学建筑的结构。到处是混沌会议和混沌刊物。政府中那些负责军事机构、中央情报局和能源部的研究经费的官员，把不断增加的金钱投入混沌研究，并且为管理这种资助建立专门的机构。在每一所重要的大学和重要的共同研究中心，一些理论家们首先使自己同混沌结合起来，然后才结合到名义上的原有专业。在洛斯阿拉莫斯建立了一个非线性研究中心来协调混沌和有关问题的研究；全国各大学校园里都出现了类似的机构。一位负责科学资金的海军官员对一批数学家、生物学家、物理学家和医生说，“15年前，科学正陷入专业化越来越细的危机。由于混沌，专业化的过程戏剧性地倒过来了。”

　　精彩语录

　　1、自然界的不规则的方面，不连续和不稳定的方面，一直是科学的难题，或许更糟些，是无法理解的怪物。

　　2、混沌开始之处，经典科学就终止了。

　　3、云彩代表了自然界的一方面，既模糊又细致，既有结构而又不可预言。他们对随机性和复杂性有特别的爱好，喜欢参差不齐的边缘和突然的跳跃。

　　4、当混沌的探索者们开始回顾这门新科学的家谱时，他们发现许多来自过去的知识轨迹。但有一点颇为突出：对于那些带头进行这场革命的老年的物理学家和数学家们，蝴蝶效应曾是一个出发点。5、科学的最热情的鼓吹者们竟然宣称，20世纪的科学只有三件事将被记住：相对论、量子力学和混沌。他们主张，混沌是本世纪物理科学中第三次大革命。