宇宙从何而来

作者简介

傅渥成本名唐乾元。「诺贝尔奖获得者大会」中国博士生代表。南京大学物理学院博士、东京大学博士后，东京大学综合文化研究科特任研究员曾于物理学重要期刊《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）发表学术论文。知乎ID：傅渥成知乎物理领域、生物学领域，优秀回答者知乎“盐CLUB”荣誉会员

内容简介

按照这种简单的定义，我们可以把“智能”理解 为在可能存在对称破缺的系统中，系统追求并保持最 大的对称性，因为最大的对称性也就意味着未来有最 多选择的可能性。但系统为了让自己维持在这样一个 对称的状态，就必须从外界获取能量或信息。如何让 一根铅笔在指尖上保持直立？通过不断移动手指的位 置，我们很艰难地在很短的时间内让铅笔平衡在竖直 的状态。之所以有可能让系统保持在这样的状态，是 因为我们的手指本身让许多“信息”源源不断地流入 这个体系中，让铅笔的演化具有某种智能的特征。对 于任意的实际物理体系，怎样才可以构造一种“力” ，使得这种“力”起到我们手指的作用，让系统始终 处于“未来可能的选择最多”的状态？2013年，在哈 佛大学和马萨诸塞理工学院（MIT）工作的威斯奈· 格罗斯（A.D.wissner-Gross）在他发表的一篇论文 巾提出j，一种方案，这种方案构造出一种力的形式 ，系统在这种力的作用之下，可以被驱动到“选择更 多”的位置上，作者将这种力命名为“因果熵力”（ causal entropic fnrce）。 尽管我们可以构造出某种“力”将系统驱动向“ 最智能”状态，但这种“力”的构造很难推广到多粒 子的体系。因为每个粒子有着不同的优化目标，例如 ，当资源有限时，“个人利益”与“公共利益”就会 发生矛盾，每个人都希望自己获得最多的可能性，那 么就很可能伤害到其他人，我们必须从其他角度来思 考这种智能的状态。对于一根竖立的杆子，我们很容 易会发现的是这根杆子“最敏感”的状态：一个微小 的扰动就可能使这根杆子倒下。事实上，“敏感”正 是“智能”的一种表现——我们常常在夸奖一个人聪 明时会夸他“随机应变”“巧妙灵活”，这都暗含了 “敏感”的意味。当我们将个体的智能推广到集体时 ，保持“敏感性”是一个非常重要的考量。这是因为 一个集体常常要不表现得过度有序（例如跳广场舞的 大妈们），要不就是表现得过度无序（例如广场上随 意行走的其他人），这两种体系都不能维持敏感性。 以鸟群为例，如果鸟群过于团结（类似于有序的同体 ），那么它们将会盲目地朝着一个方向飞，此时，如 果有一个个体注意到前方的障碍物，在其他个体没有 看到障碍物的情况下，它将没有办法阻碍集体的力量 ，最终，整个群体将撞上障碍物；而如果鸟群过于松 散（类似于无序的气体），那么它们就没有办法组织 起来完成那些个体无法实现的行为（如一起对抗天敌 ）。因此，对鸟群而言，最智能的状态应该足某种“ 团结紧张”的状态。这种状态恰好处在“有序”与“ 无序”之间，类似于相变的临界点（critical point ）处，此时，一个群体既能保持其稳定性，又能保汪 个体的信息在群体中有效地传递。 奇妙的是，类似于在指尖保持平衡的铅笔，鸟群 的确处于并且可以长期处于这样一个“团结紧张”的 高度敏感的状态，这种状态处在对称破缺的边缘，都 是“临界态”。意大利物理学家安德烈·卡瓦尼亚（ Andrea cavagna）等人对鸟群的运动进行了长期的观 察，他们用两个摄像机拍摄同一个鸟群，从而重建出 鸟运动的三维坐标（这与我们在电影院观看3D电影的 基本原理是相同的），他们从这样一个3D的影片中算 出来各个时刻，群体中的各只鸟分别处在怎样的位置 ，又根据相邻各帧画面，计算出鸟的速度。卡瓦尼亚 等人的研究表明，虽然每只鸟只受到附近较少的儿只 近邻的影响（保持速度的一致性），但如果群体中任 意一只鸟的速度发生变化（这种变化可能是由发现了 障碍物或者天敌所造成的），那么这种速度的变化不 只会对这只鸟的邻居们产生影响，更可以遍及整个群 体。这充分展示了鸟群中存在着“长程关联”，这种 长程关联正是我们所说的“敏感性”的来源。 P40-41 诺贝尔奖获得者大会中国博士生代表傅渥成，直面霍金提问之作。北师大系统科学学院博士生导师点名推荐。·