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第3章 混沌的魅力和混沌中的混沌(1)

这个例子,我在其他的着作中已经叙述过不止一次了,但为了本着作的完整性,只得在这里再举一次,那就是汤川秀树关于基本粒子的新发现。

汤川秀树是日本着名的物理学家,1949年因对亚原子粒子理论的建树而荣获诺贝尔奖。

汤川秀树的祖父是个中国通,对中国的古典文学有极深的造诣。当汤川秀树还只有5岁时,就要他背中国的古书。那时汤川秀树吃了不少苦,许多的句子是一点儿也不仅,只得生呑活剥。不过,少年时代记忆力好,也的确让他背了不少东西,这些似仅非懂的东西长大后都成了他的宝贵财富。

汤川秀树后来谈到自己的成就时认为,中国几千年前的老庄哲学对他有极其深刻的彩响,使他对基本粒子物理学有一套独特的见解。1973年,汤川秀树在自传体着作《创造力和直觉》中替经写下了这样的一段话:

我在思索基本粒子问题时,想起了庄子的一段话。这段话见于《庄子内篇》最后一部分。意思是:南方的皇帝天帝叫做条,北方的皇帝(天命)叫做忽,中央的皇帝(天帝)叫做混沌。有一次,南方和北方的两位皇帝走访了混沌的国土,混池热情地款待了他们。倐与忽商量怎样表达他们的谢意。他们说,所有的人都有七窍一两只眼、两只耳朵、一张嘴和两个鼻孔一他们依靠这七窍来看、听、吃和呼吸。但这位混沌与众不同,睑上光溜溜的,没有七窍。因此,为了表达谢意,让他能看、听、吃和呼吸,我们不妨给他凿几个窍。于是,他们每天为混沌凿一个新窍,到了第七天,混先无了。

我研究基本粒子多年了,至今发现了30多种不同的基本粒子,每一种基本粒子都带来某种谜一样的问题。我们不得不深入一步考虑在这些粒子后面到底有什么东西,我们想找到最基本的物貭形式。但是,如果证明物貭竟有川多秤基本的形式,那就非常钂娩。更加可艇的是万物中最基本的东西并没有固定的形式,而且和我们今天所知道的任何基本粒子都不对应,这种东西也许就是一种混沌。我通过把倐和忽看成类似基朱粒子似的东西,只要它们还在自由地到处乱宁,就什么事也不会发生一直至它们从氽方到北方相遇于洗池之地,蚝会发生像基本粒子政撞珲样的一个事件。

这也就是说,汤川秀树所以能够发现新的粒子,探得其中的规律,并且还获得了诺贝尔奖,得益于庄子所讲的那个关于混沌皇帝的故亊。那么,庄子所讲的这个故亊具有什么样的魅力呢?它与科学的发现有什么样的关系呢?

若是按照后人的解释,北方象征昏暗之域,中国的五行学说中北方又厉水而南方是显明之域,厉丙丁火,火能焰,故称之为倏,以倏为有;水能流,故称之为忽,以忽为无。而中央之地呢,厉土,既不明也不暗,非有也非无,的确是一片混沌之地。这个故事的象征意义是,一个阳明之物《象征着阳和一个由暗之物(象征着阴》同时来到了无阳无阴的混沌之地,想要将这块混沌之地分出个究竟来,弄出个澝楚来,这便是南方皇帝和北方皇帝的作为,他们一定要为混沌凿出七窍。等真正开凿出七窍,混沌当然就不存在了。于是,眼便能看,耳便能听,嘴便能吃,鼻便能呼吸的清晰世界就出现了。阳的归了阳的,阴的归了阴的,天的清气上升,地的浊气下沉。于是,宇宙地球归于明朗,混沌不再存在。这个故事说明的是道家的宇宙观,原先在那没有大爆炸之前,宇宙只是一片混沌,是个无始无终什么也看不清楚的大鸡蛋、只有到了忽与倏来临,这两股力量共同来左右混沌之时,宇宙才诞生了,混沌才死亡了。

而汤川秀树对于这个寓言故事却是进行了别解。

汤川秀树的别解是:他把北方的皇帝当成一种基本的粒子,把南方的皇帝当成另一种基本粒子,再把中央的皇帝混沌当做又一种基本的粒子,这三种粒子没有相遇前,它们什么事情也不会发生,伹一旦三种不同的粒子相遇于混沌之地,发生了碰撞,那就什么情况都会发生。而这个世界,这个世界中的物质,其实是这三种粒子自由碰撞随机产生出来的多种样式。它们原本没有固定的形式,也没有什么固定的碰撞方式,之所以最后会用这种方式而不用那一种方式,会碰撞出这种新物体而不产生那一种新物体,完全是混沌的结果,没有多少道理可讲。

让我们再打个更确切一些的比方来说明。这三种粒子就像是男女之间的三角恋爱。一男二女或二男一女,当这三个人碰到-起,而且中间确是互生情感、互生怨恨,谈开了三角恋爱,那你瞧好吧,什么戏都从这里产生了。恩恩怨怨、哭哭笑笑,生离死别、仇杀械斗,什么样的事情都可能发生,什么样的故事都可能流传。我们没有傲过统计,这个统计工作可以让那些文学评论家去完成,即世界浩如烟海的文学作品中,到底产生过多少部描写三角恋爱的着作?在这些作品中,排除雷同的描写,方式不同而又进程不同、结局相异的作品,到底又有多少部?从而可以让我们清楚地知道,三角恋爱会发生几种不同的样式。

假如不止是三种基本粒子或三个男女众而是四种或五种基本粒子或四个到五个男女碰在一起呢?

从理论上讲,两个人的恋爱可以出现2x2的四种形式。由于甲可以爱乙,甲也可以不爱乙;乙可以爱甲,乙也可以不爱甲,把他们配合在一起就是:甲乙互爱;甲爱乙,乙不爱甲甲不爱乙,乙爱甲;甲乙相互不爱或互恨、要是算上似爱非爱、似恨非恨的形式,那可能花样更多了。

但如果说两个男女碰到一起有四种模式,则三个男女碰到一起就至少有2X2X2-共8种模式(状况),若是遇上了更多角恋爱,例如8个青年男女较长时间生活在一起,那么理论上就可能有2x2x2x2x2x2x2x2:256种花样了。这难道不是一种道不清说不明的混沌?不仅是基本粒子如此,植物、动物、人的基因、病毒与免疫系统之间,就是这样、一种混沌在左右着。科学家说若是有100条;基因的网络,就会出现2的100次方,也就,是相当于100万兆兆的变化状态,也即是1的后面跟着30个零这样的大数目,我们又怎能理得淸楚呢?

所以说,混沌可以走向淸晰,正如倏与忽凿出了混沌的七窍,混沌死了,清晰产生了,同样,清晰也可以变成混沌,正如汤川秀树所说的,简单的3个粒子碰到一起就产生混沌,而5个、6个粒子碰撞在一起会产生更大的混沌。这可以说是一种认识问题的辩证法,混沌理论告诉了我们两点知识,第一点是许多现象都是非线性的,从传统意义上说我们无法预测它们,因为任意小的彩响都有可能导致巨大的无法估量的后果,即所谓的蝴蝶效应,而正是由于蝴蝶效应存在,人类不但至今还无法做到很好的预测,也无法终极对这个混沌世界的认识混沌理论告诉我们的第二点知识,就是世界上有许多现象是呈涌现式的。它展示了事物的某些仅仅通过査明它所在系统的各个局部仍不能被预测和理解的特征。这种涌现性是一个系统达到混沌状态时出现的突变,就如物种也会发生大爆炸一样,只要某个系统达到了混沌的临界点涌象就亥产生。

关于这一点,我们放在后面再讲。

分叉的词典意思是再明确不过的,就是叉开、分开,一分为二或一分为三。平时我们说这件事出了岔子,就是有了另一个发展趋势。

在混沌学中分叉描写了复杂系统进化过程中的突变性质。

在事物处于混沌状态时,很多情况都是一种不稳定状态,这种不稳定状态不会维持太久,它会产生各种各样的分叉,若把它用计算机的图像反映出来,就是周期曲线呈两种或三种走向。混沌学中是这样表述的:这些分叉从一组吸引子转移到另一些吸引子(吸引子是描摹出来的图形,它明确显示由于系统追循沿着一条轨线的路线,其历经状态所描记出来的特殊模式。

当日益壜8的濠落打敏一个系就动态德定性时这个系麴德定妗定虏妗丧子或周集的後?子就不再鳜使它华持在已矶立的状态之中,戴旎的我引子出现,伴酼着由现了以铩曹的观坨为标志的过袁闻厢当这个系觫达到着的动态穗定性状态对分叉时期泷地的褒引子就让位于一组新的定点的吸引子或周期的後引子这璺嗷引子以更有效堆称用省惠、X有鈇蜡裯用自由馋羹、具有更大的炅裔牲在人类系徒中是X大的铂逶桟、在更寒龄疯农麇次上聆更疼鳑游相复杂後,将这个萝统缘持在逖离条力学平餐崎状态之申,这些过程包括用不稳定的奇异或混沌的吸引子暂时代替稳定的周期或定点吸引子。科学家们根据这种转变是平稳和连续的,是完全突发的,或仅仅是突然的,分别叫做微妙的分叉、爆炸性的分叉或突变的分叉。

我们要是不从科学概念上去理解,只从生活经验意义上去体会,也许对这些学术概念会觉得更好懂一些。任何混沌系统或混沌阶段都会出现一些不稳定的两种走向或三种走向的发展趋势,这种趋势我们用文字叙述是一种办法,若是进入了数学分析,若是要将它描绘成几何图形,那么只得动用分叉或奇异吸引子等概念了。

当前,从民族工业社会向信息为基础的全球性相互联系的社会经济系统过渡,就可以看做分叉的进化过程。这些混沌形态的转变,都具有社会冲击波的一切特征。拿世界这一百年(1900一2000年)这一阶段来看,分叉的第一级冲击波是由十月革命引起的,它使得列宁领导的布尔什维克掌握了国家政权,并使得共产主义的政治学说制度化了。这个冲击波传到了中国,形成了五四运动并导致中国共产党的成立分叉的第二级冲击波开始于法西斯主义意识形态的兴起,并由希特勒发动的战争和宣传机器传播开来。给全人类带来丫深重的灾难。我们中国从曰本军国主义入侵到八年抗战胜利,就处于这第:次冲击波之中。分叉的第三级冲击波则是以美苏两个大国组成的两集团发生冷战对峙从第―二次世界大战结束到两大集团形成、分叉的第四级冲击波是由戈尔巴乔夫的公开性政策揭开的,导致苏联的瓦解,在这种冲击波影响下东欧的许多国家如民主德国也随之改变了政体。

敌绝的魅力和说地中的涨地利用这种分叉图形能够很好地解释社会历史,也能很好地解释其他的经济体系和诸多复杂性的体系,并可以通过电子计箅机的描华,预见到在未来的大致什么时刻又可能再次分叉。但话又说回来,我们若是用这种图形来做历史的回顾,是十分清晰明白的;而若是要用这样的图形来做预测,却又是相当困难而不易正确的。我们无法预计社会的第六级或第七级分叉发生于哪年哪月,会采取什么样的具体形式。这种分叉会延续多少年。对于这种预测,从本质上说同预测天气情况一样的困难和不正确。这就是混沌的魅力、混沌的不确定性。你不知道那种奇异吸引子最后会将社会确定性地引向何方,只有到既成了事实的时候,我们才能成为事后诸葛亮。

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