深奥的简洁

用简单逻辑，理解复杂世界，如盖亚理论：地球是一个自我调节的系统，当系统被视为整体而非个别部分时，控制进化的物理定律可能都变得更简单。

深奥的简洁

• 核心主题
  • 用简单逻辑，理解复杂世界
• 混沌中的秩序
  • 17世纪科学革命之前，“混沌”这个名词和现代科学家使用的意义不同
  • 亲自做实验的伽利略
    • 第一个以科学方式解释运动概念的人
  • 牛顿的三个运动定律
    • 牛顿定律不能给出三个以上、由重力相互吸引的物体运动的精确计算，即三体问题
  • 麦克斯韦方程组
    • 关于时间的又一伟大物理成就
  • 热寂终结的宇宙
    • 德国的鲁道夫·克劳修斯在19世纪60年代提出熵的概念
    • 玻尔兹曼:推导出将熵与概率联结起来的数学公式
    • 认为宇宙的“热寂终结”已经开始，之所以世界仍有序是因为我们看到的世界只是更大宇审中的一部分
  • 吸引子
    • 定义:一个系统中最终的平衡状态，因为整个系统的运行方式宛如被吸到这个状态
    • 稍稍偏离平衡状态，就能由混沌中产生秩序
• 重返混沌
  • 相空间
    • 19世纪初，爱尔兰数学家威廉·哈密尔顿提出，将坐标的观念引入，以粒子的位置和动量(物体的质量乘以速度)这两项性质，重现牛顿物理定律
  • 亨利·庞加莱
    • 庞加莱是拓扑学的先驱，他将焦点放在与“简化的三体问题”有关的轨道运行所产生的相空间的几何面貌上
  • 庞加莱截面
    • 最大的简化过程，是只关注相空间中的一个截面
  • 气象学方面
    • 气象学家理查德森
      • 证明了物理定律与数学近似算法，可以预测天气;但计算过程过于复杂，获得的原始数据有限，导致结果不准确且预测时间太短，无意义
  • 蝴蝶效应
    • 源自1972年罗伦兹在华盛顿特区一场学术会议上发表的论文题目《巴西的一只蝴蝶舞动翅膀，可以引发德州的龙卷风吗?》成为“混沌”最有力量的隐喻
  • 小行星混沌带
    • 柯克伍德空隙
      • 一系列的小物体受他们的重力影响，在火星和木星轨道之间形成小行星带环绕太阳，但一些小行星轨道并非均匀分布在小行星带上，形成柯克伍德空隙
    • 小行星会受木星影响产生混沌，被赶出柯克伍德空隙
    • 受太阳的重力影响，星星自转时会摇晃，引起倾角;而月亮的存在让地球的倾角未产生混沌
• 秩序衍生混沌
  • 21世纪科学家讨论的混乱，不是杂乱无章的，而是全然有序、决定式的混乱，是预测的细节赶不上真实事件发生的速度，如乱流
  • 混沌的由来
    • 罗伦兹于20世纪60年代早期，从气象学的角度出发，对混沌进行探索
    • 1975年数学家詹姆斯约克和他的同事李天岩发表了一篇题为《周期三蕴含混沌》的论文，混沌才因此而得名，是具有现代科学意义的“混沌”一词的源头
  • 分形
    • 意大利数学家皮亚诺在1890年发表论文，描述如何构建一条可以完全填满平面的曲线
    • 类似的图像还有康托尔集合
    • 20世纪70年代，IBM沃森研究所的本华曼德勃将描述这种实体的语言创造出来
    • 1975年，“分形”这个词被创造出来
    • 生物系统存在大量分形，如人体的动脉与静脉的分布
• 混沌的边际:事物如何趋于平衡
  • 平衡无意义，但事物如何趋于平衡有意义:一个生物体最接近平衡状态的时候是死亡
  • 图灵式机制
    • 艾伦·图灵
      • 生于1912年6月23日，著名的密码学家，对人工智能有浓厚兴趣
      • 1950年，将电子计算机的知识应用到了生物系统和人脑的研究上
      • 1952年，发表论文《形态发生的化学基础》
    • 解释了哺乳动物皮毛上斑点与条纹之类标记的成因
    • 图案不取决于成年动物的大小与形状，而取决于图灵式的过程发生时，胚胎的大小与形状
  • 宇宙存在秩序的秘密
    • 能量在开放系统中流动耗散，处于不稳定状态
    • 在地球上，能量来自太阳
• 地震、物种灭绝与突现
  • 复杂系统只是由许多简单部分彼此交互形成的系统
  • 幂定律(1/f噪声)
    • 即事情的大小和1除以它发生概率的某个指数成正比，f代表频率
    • 所描述的对象是超越尺度的
    • 地震:古登堡-里克特定律
    • 海岸线:海岸线绘图遵循幂定律
    • 堵车:无需重大事件就能发生堵车
    • 人类的经济活动
  • 斯图亚特·考夫曼的纽扣实验
    • 当连接数超过节点数的一半时，系统会从一个无趣的状态进入另一个更多结构的稳定状态，这时再进一步改变的空间变得很有限，即一个相变现象的例子
    • 网络连接的不够，生命不会存在;但多加入一两个连接，生命会无可避免地出现
• 生命的真相
  • 达尔文式进化
    • 达尔文式进化的三个步骤
      • 子女和父母相似，特征是代代遗传的
      • 复制遗传的过程并非完美，所以个体间存在差异
      • 不是每个个体都有机会存活到成年繁殖下一代，“适者生存”
    • 竞争是同一物种间为取得食物而发生的竞争
    • 红后效应
  • 生态网
    • 当网络中的一种物种改变，其他物种也跟着改变
  • 大规模灭绝遵循幂定律
  • 物理环境与生物环境息息相关
• 远方的生命
  • 盖亚的概念
    • 概念:地球是一个自我调节的系统
    • 盖亚理论的基础:当系统被视为整体而非个别部分时，控制进化的物理定律可能都变得更简单
  • 海洋微生物帮助控制地球气候
    • 海洋与陆地之间的双向反馈机制
  • 彗星带来生命
    • 证据来自对太空中云状气体与微尘的光谱分析，太阳系的行星系统就是由这种云形成的
    • 氨基酸可以被带到任何一个类似地球的年轻星球的表面
  • 寻找其他盖亚
    • 首先必须观测出环绕其他恒星大小和地球差不多的行星，其次分析那些行星上衰减过程发生的证据