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感受人文和科技的跨界之美

2018-12-06 14:13 来源:未知

感受人文和科技的跨界之美

从小我就酷爱读历史,那些可歌可泣的故事深深地打动我的心灵,历史似乎就是一盘棋,命运时时在那些伟人的掌控之中。然而,我也经常会问一些可笑的问题,例如:当年如果荆轲刺秦王成功,中国的历史将会如何演化?如果布鲁图刺杀凯撒大帝不成功,欧洲的历史又会怎样?如果普鲁士军队来到拿破仑与威灵顿打得不可开交的滑铁卢战场迟了两小时,世界又将转向哪个方向?如果,如果……人类的历史好像就被那些偶然的因素牵着走。

学习物理把我带进了另一个世界,牛顿方程下的宇宙,就像一个瑞士手表,每分每秒都在精密地运转。小到树上的苹果,大到太阳系的行星,都被一个简单而优美的万有引力定律所描写。这两个截然不同的世界都深深地吸引了我,但是物理世界的必然与历史世界的偶然却深深困惑了我。

当我深入学习到统计物理学,才开始慢慢看到了两者的相似之处。牛顿方程之所以能精密描述行星的运动,是因为这是个简单体系,仅有几个少量的自由度。当我们观察气体中的分子,液体中的小颗粒,它们的运动是杂乱无章的,似乎也被偶然的因素所左右。而统计物理把这些杂乱无章的个体运动提高到整个系统的行为,那些偶然的因素在统计平均中消失了,提炼出了能量守恒与熵增的普适规律,偶然走向了必然。爱因斯坦曾经说过,在知识的未来,牛顿力学,相对论,量子力学都会被修改,而统计力学的定律却是永恒的。

所以我要问,能否用同样的眼光来看历史呢?历史的浩瀚章节,戏剧式的人物故事,尽管偶然,就像液体中的小颗粒一样难以预测,但是,我们把时空尺度渐渐放大,这些偶然因素是否会在大数平均下相互抵消而消失,从而提炼出真理呢?

正当我在深思这些问题的时候,受到我好友吴军的邀请,读他的大作“文明之光”,并为书写序言。我在欣喜中一口气把书读完,深受启发。书中写的不是人们已知的帝王将相,英雄美人,而是一部光辉灿烂的文明史。这部书帮助我从噪声中寻找信号,深思主宰人类历史的真理。

每当我们读历史之时,往往会问,在这之前发生了什么?历史的起源是有人以来最常问的深刻问题,不同的民族,不同的宗教,不同的文化都有自己的传说,自己的“创世纪”.人类文明数千年,直到我们这时代,才真正了解了时间的原点。今天,我们知道,宇宙是在大爆炸中产生的,宇宙的年龄为137.98±0.37亿年,地球的年龄约为45.4亿年,恐龙是在6500万年前消失的,现代智人的年龄约为20万年,人类有文字的历史约为5500年,正如“文明之光”引言中所提,如将地球的年龄缩短成一年,人类出现仅在最后的半小时。所以,我们要读懂人类文明史,更需要从宇宙形成的原点出发,用大历史的眼光来看一切。在大历史的尺度下,更能把那些偶然因素在统计平均的意义下去掉,留下宇宙演化与文明进步的真理。

因为人类是由原子和分子组成的奇妙物种,我们要找到普适于宇宙与人类的第一性原理,必须从最基本的概念出发,那就是能量、信息与时空。它们的结合,产生了能量密度与信息密度的概念。(值得注意的一点是,物理学家引进了熵的概念,后来发现熵的统计意义就是信息,两者是等价的。)

宇宙大爆炸后,刚开始,宇宙中充满着基本均匀的微小尘埃,随着时间推移,尘埃的密度也开始发生涨落,有些密度比较高的地方,通过万有引力的作用,把别处尘埃逐渐吸引过来,尘埃间的距离会非常靠近,能量和质量的密度也会大大提高,超过临界值之后,有一种新的力会起更大的作用,即强相互作用力,它使得原子核在碰撞时产生核聚变反应,聚变反应成为新能量的来源,通过这个机制,形成了恒星和星系,从此恒星点燃了宇宙之光。

相似地,人类刚刚起源的时候,分散在地球表面,通过狩猎和采集维持生存,此时人类的能源更多来自于狩猎的动物,由于动物资源有限,所以人口密度不会达到临界状态,直到一万年前,人类发现了农业,开始了耕种,农作物通过光合作用带来能量,维持人类的生存,可以说人类利用了一个新的能源,即太阳能。这一新能源导致能量密度极大提高,造成人口密度也极大提高,形成了村庄。由于能量密度的提高,为人们更紧密的信息交流提供了机会和条件,因而产生了语言和文字,从此点燃了文明之光。

由此可以看出,整个宇宙复杂性(Complexity)的产生,无论是恒星的产生,还是人类文明的产生,都需要能量密度达到一定高度。

我也在思考,我们经常提到文明,那么什么是文明?文明的定义是什么?生物世界通常只有一个传播信息的办法,就是通过基因。而人类创造了一个平行于基因的信息体系,就是通过语言和文字,代代相传,称之为文明。所以我将文明简单定义为:平行于生物基因,可以代代相传的一个信息系统。在“文明之光”中,很多章节都提到了新能源的发现,人类每次新能源的革命,都带来了巨大的文明革命,例如蒸汽机、电力和核能的发明,都为人类文明带来的巨大的变革。

在经典的史书中,对帝王战争的记述占据了绝大的篇幅,在战争中,秦始皇、亚历山大大帝、凯撒大帝得到了他们个人至高的荣耀,却给百姓来带了兵荒马乱、妻离子散的残酷悲剧。而在人类的文明史中,战争占有什么样的地位?在我看来,战争最大的遗产是颠覆性地打开了信息交流的新渠道。

亚历山大大帝戎马一生,英名盖世,征服了当时他所知的世界,但他英年早逝,还没建立起自己的皇朝,他的帝国就崩溃了,他给人类文明留下了什么呢?是一个图书馆!亚历山大大帝有两位老师,一位是他的父亲,教他用武力征服世界,另一位则是亚里士多德,教他吸取世界知识,“文明之光”中提到,在亚里士多德的影响下,亚历山大始终对科学十分热心,对知识十分尊重,并提供人力和财力支持,使得古希腊文明广泛传播。当他征服埃及之后,建立了海边的港口城市,命名为亚历山大城。亚历山大在生的大目标是征服一切已知的世界,而他建立的图书馆的大目标是收藏人类一切的书籍与知识。当时每只船进入亚历山大港口时,都要被搜查,若找到一本图书馆里没有的书,就会被“充公”一年,等图书馆工作人员抄写完毕,重赏后才物归原主,这样年复一年,亚历山大图书馆收集了当时人类几乎所有的书籍,声名远扬,成了古代信息密度最高的地方,也吸引了古代最杰出的学者。信息密度超过了临界值,加上杰出学者的智慧,导致了一场古代社会的“知识大爆炸”。图书馆馆长埃拉托斯特尼(公元前276-前193)在一本书上读到埃及西厄这个地方,在夏至那天的正午,立竿而不见影,于是他出了一个奇妙的办法,通过亚历山大城的竿影便能测出整个地球的周长。当时人类对数学已有了许多碎片化的知识,但是没有一个完整系统,欧几里得在图书馆里阅读万卷书之后,写出了千古奇书《几何原本》,用公理化的体系,不但奠定了整个几何学的基础,也制定了整个科学研究的方法。“文明之光”中提到大科学家阿基米德与托勒密都曾在亚历山大图书馆里学习与工作,分别创立了物理学与天文学的基础。

亚历山大大帝通过战争打通了古代世界的交流,而亚历山大图书馆,则空前地汇聚了人类的知识与处理人类知识的大学者,达到了信息与信息处理的超高密度,创造了古代世界知识大爆炸的奇迹。由此看来,能使亚历山大大帝流芳千古的,并不是他在战场上的丰功伟绩,而是他留下的这个图书馆。

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