第一推动丛书 综合系列:物理之外的世界

作者简介

斯图尔特·考夫曼是一名医学博士、理论生物学家和复杂系统研究员。他曾在芝加哥大学和宾夕法尼亚大学担任教授，并于1987年获得麦克阿瑟进化生物学奖学金（MacArthur Fellowship）。斯图尔特·考夫曼出版过多部具有开创性的作品，其中包括《秩序的起源》（The Origins of Order1993年）、《宇宙为家》（At Home in the Universe，1996)、《调查研究》（Investigations，2002年）和《富有创造力的宇宙中的人类》（Humanity in a Creative Universe，2016年）。 译者介绍： 叶文磊，上海人，本科毕业于复旦大学、“？政”学者；美国南加州大学生物学博士；现于加州大学旧金山分校从事博士后研究。

内容简介

序 牛顿创立的经典物理学，是以“被动语态”描摹这个世界的：河流淌水、岩石下落、行星运动、恒星在被其质量所扭曲的时空中划过一道弧线。这些都不是物体的“所作所为”，只是顺势发生：形形色色，虽不可思议，但就这么简单。 我顾盼七十八载，刚从厨房拿了个油桃吃罢，坐下写作。昨天，我晃晃悠悠地登上我的“平衡世界”号22英尺小艇，驶向奥卡斯岛的仙鹤坞，再驱车前往华盛顿州的伊斯特海湾，为的就是买些午后闲食——我刚吃的那种油桃。我怦然心动，是我自己的“心”动，我的大部分读者也都有各自的“心”动。 不过，自宇宙137亿年前宇宙大爆炸以后，我那颗心、油桃、厨房、小艇、伊斯特海湾，这些都是从何而来呢？ 基于牛顿的理论，我们会用物理来评价这个真实世界，知道何为“真实”。但是物理并没有告诉我们，我们从何而来，如何而来，不会告诉我们为什么会有“心”的存在，也不会告诉我们我为什么要从伊斯特海港去买油桃，更不用说，“买”是什么意思。 我们会津津乐道于此，因为相比我们已知的部分，还有更多未知，相比我们说得清的部分，还有更多说不清。 我们还有物理之外的世界。 我们在一个生命物体可以自力更生的世界，但我们尚未有一种理论，可以说清它的来龙去脉。一棵树，从种子开始，构筑自己、朝着阳光伸展自己，我们能够看到但却说不清道不明；一片森林也是这样构筑自己，生根扩展，一声不响、仿佛充满希望。我们纷繁复杂的生物圈，也是这样竭尽全力地生长，已经有37亿年了。长颈鹿？这在30亿年前有吗？那时可没有。油桃？那时根本不知道会有这东西。 我们估算，在已知宇宙中的10的22次方（1022）颗恒星中，50% 到90%会有环绕它们的行星。我一直这么想也这么说：如果到处有生命，那么宇宙会充满传奇，虽基于物理、但超出了我们已知的所有物理。 有1022个生物圈，这种想法让我震惊。是的，我们陶醉于哈勃呈现的宇宙大约有1011个星系的图景，但倘若说1022个和我们地球一样的生物圈？那真不得了！这不是“物理之外的一个世界”，而是“物理之外的很多世界”了，就跟我们已知的全部的物理世界一样巨大，这简直是不可估量的。 在科学中，我们似乎忘记了这个概念：一个体系可以构建自己。我这里要介绍一个梅尔?蒙特维尔（Mae?lMonte?vil）和马提奥?莫西奥（Mateo Mossio） 2015年提出的重要概念：约束闭合（constraintclosure）。这几位年轻的科学家发现了生物系统构成中被遗忘那个——也许是唯一的那个——概念！我们来清楚理解它、运用它。这里的想法有点复杂，但并不晦涩，我们会提到的。不过我们现在姑且这样来理解“约束闭合”：这是一组约束条件，既作用于非平衡体系中能量释放过程、又作用于使这个系统构建自己约束条件的过程。这是一个了不起的想法。细胞就是这么干的，汽车则不会。 有生命的系统达到约束闭合状态，进行的是所谓“热力学运作周期”，这样自我繁殖。有生命的系统同时也体现了达尔文提出的可遗传变异、从而能够进行自然选择，实现演化。关于后者，我在之前写的几本书中提到过，但我同时感到困惑的就是也许其中有所疏漏。现在约束闭合的概念，仿佛是拼图上关键的一片，把之前的疏漏填满了。 演化是无法提前预知的：会演化产生什么，来提高生物圈的复杂程度，是不可预知的——我只能这么说了。我们都是演化的产物，长颈鹿、油桃、海参，也都如此。 几年前，我的一位物理学家朋友过70大寿时，他拿生物学家看世界的方式开起了玩笑。如果伽利略是和生物学家一起登上比萨斜塔，那么它们也许会扔下红色的石头、橙色的石头、粉色的石头、蓝色的石头、绿色的石头…… 我的物理学家朋友们都会意地笑起来。物理学家是在力求简化、寻找规律，而生物学家则在研究生命如何变复杂。不然呢？红色的石头是长颈鹿、橙色的石头是油桃、蓝色的石头是海参、绿色的石头就是我们人类自己吧。不过问题并不是海参、长颈鹿、人、还是油桃，哪个下落最快，而是，追根溯源，它们究竟是怎么来的？ 物理学家是不知道的。没有人知道。 这是一个物理之外的世界。 达尔文告诉我们，新的物种需要在既已拥挤的大自然中抢得一席之地，才能生存下来。对，但也不对。生物，只要存在，就已经创造出了一个让其他生物生存的特定条件。大自然中那让新的物种得以生存的“一席之地”，正是已经存在的物种构建出来的；前者的生存，又创造出了更多的让新物种涌现的“一席之地”。 生物圈的繁荣，创造出了更新成就的可能性，会变得更多元、更丰富。 对于全球经济的蓬勃发展，也是一样的道理——不过差点被忘了。新的产品创造出了更新产品的生存空间：万维网的发明，创造出了网络购物，从而有了eBay和亚马逊；这进而又反过来创造出更多网上的内容，从而给了搜索引擎——比如谷歌——发展的空间；对于投身这场游戏的生意人，研究搜索引擎的算法，可以卖出更多商品。或者，看看iPhone的应用程序，一个催生另一个，还有了“屏蔽”广告的程序，让你屏蔽浏览器中兜售商品的广告。 我们蹒跚地来到这个世界——这个我们对眼前的知识一无所知地趔趄前进，却使一切变得可能的世界。我能去伊斯特海湾，买到油桃。 我们认为，在物理——狭义和广义相对论、有了标准模型的量子力学和量子场论——之中，我们可以找到推演世界的基础，知道变化的本质。但不是的。这本质也许依赖这些物理基础，但却不是以此推演而来。这本质，是一种不可知晓的变化力量，从物理基础的海港里溜了出来、自由漂泊。正如赫拉克利特所说：世界喷涌前进。 生命系统是由“组织”概念界定，而在之前的研究中，“组织”的概念还没有得到足够的关注。细胞是自我构建的自组织系统：它们实际构建自身的限制，通过把能量释入几种自由度，自由则构建细胞赖以建造自我创造性限制的热动力效力。 高度跨学科性：将吸引生物化学家、理论生物学家和物理学家的关注。提出关于地球上生命进化的基本问题，为读者阐述了物理学无法解释的答案。 考夫曼在圣达菲研究所（Santa Fe Institute）工作，是一名复杂系统研究员。本书以考夫曼在他之前书中介绍的主题为基础，进一步解释生命问题。