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这个故事的基本形态:不断增强的复杂性

研究整个宇宙的历史似乎是一项令人畏惧的工作。不过,我们会发现,从许多方面而言,它并不比讲授一个大国(比如美国或俄国)的历史更艰巨。关键在于,我们一开始就要对这个故事的整体形态有清晰的认识。对我们很有帮助的事实在于,有一条线索贯穿整个故事:那就是宇宙出现138亿年以来越来越复杂的事物的出现。复杂事物具有多种组成部分,它们精确地排列,从而产生新的属性。我们将这些新属性称为 突现属性 (emergent properties)。

我们不会假装要描绘出现的一切新事物,或者宇宙某些部分变得更复杂的所有阶段,我们只是关注这个进程中的一些主要阶段,考察出现的一些最有趣的事物,并且努力弄明白我们是如何融入这个宏大故事之中的。

早期宇宙非常简单。最初,即宇宙学家所说的 辐射时代 (radiation era),巨大能量流主导着宇宙。整个宇宙有点类似太阳的中心,由于温度过高,复杂的化学结构无从诞生。当时没有原子、没有恒星、没有行星,也没有活的有机体。不过,宇宙在扩张的同时也在冷却,差不多在其诞生40万年之后,它的温度低得足以让氢原子和氦原子(还有其他一些简单元素)在那种热“浆”中凝结。原子是最早出现的复杂物质结构。不过,即便那时候,在几百万年时间里,宇宙还非常简单,仅仅由巨大的氢原子和氦原子云团以及散布其间的能量构成。(另外,还存在大量所谓的暗物质,不过,由于它们似乎永远也不可能构成复杂实体,因此,我们很大程度上忽略了它们。)

于是,通过以原子作为基本成分,更复杂的事物开始出现。不过,只有环境“恰到好处”时,它们才会出现。我们将这种环境称为“ 金凤花环境 ”(Goldilocks conditions)。首先,大概在宇宙出现2亿年之后,所有的恒星系出现了。在星系中,垂死的恒星开始形成新的原子和新的化学元素,如碳、氧、金和银等,然后将它们散播到周围太空。在条件合适的地方(不太热也不太冷,不太空旷也不太密集),这些元素逐渐以复杂方式结合,形成新的物质。恒星也会将能量散播到附近太空。由此可见,当大部分宇宙依然很简单时(直到今天也是如此),在星系内部,事物变得越来越复杂。当更多化学元素散布到恒星之间的空间时,新的物质——水与冰或灰尘和岩石——开始在新近形成的恒星周围聚集,最终形成最早的行星体系。至少在一个行星上(或许在许多行星上,尽管迄今为止我们还没有直接证据证明这一点),化学元素结合形成更复杂的结构,最后形成简单的活细胞,这种细胞能够以非凡的精确性复制和繁殖,并且缓慢地适应周围环境,同时创造出越来越多不同类型的单细胞有机物。慢慢地,更复杂的细胞开始进化,直到大约6亿年前,一些细胞结合起来形成多细胞有机物。在最近几十万年,我们这个物种进化出来了。我们在后面内容中会看到,在人类历史时期,事物变得更复杂。

在做出进一步探讨之前,我们必须更深刻地考察 复杂性 这个核心概念。 复杂性 是简单性的对立面。不过,知道这一点并没有什么用。难题在于,根本无人确切地知道解释复杂事物之所以变得复杂的最好方式。以下是大致的界定,或许将对我们有帮助。

首先,复杂实体包含多种成分。 原子之类的简单事物包含很少的成分:就氢原子来说,只有一个质子和一个电子。更复杂的事物,如 DNA 分子,可能含有数十亿个不同原子。因此,我们首先得说,复杂事物包含许多不同的成分。

其次,这些成分以特定方式排列。 将一架现代客机的零件堆在一起,然后任意组装起来,你很快就意识到,如果这些部件组装不正确的话,飞机根本无法起飞。不同部分都有特定功能,就好像它们是一个团队的组成部分。同样,构成 DNA 分子的原子必须以特定方式排列,只有这样,构成 DNA 分子的许多基因才可能协同工作,否则这些原子什么也干不了。即使一个氢原子也是以精确方式排列的:质子在核心,一个电子以一定距离绕着它旋转。这两个粒子被电磁力结合在一起,因为质子带一个正电荷,电子带一个负电荷。原子则比它的构成成分更复杂。

第三,复杂事物具有新属性或者突现属性。 当复杂事物以正确的模式(这种模式能够促使它们的各组成部分协同工作)排列时,它们就能够创造新事物。新的特征“显现”。“把圣保罗大教堂捣成原子,”塞缪尔·约翰逊(Samuel Johnson)说道,“然后观察每一个原子;毫无疑问,它毫无用处;不过,如果将这些原子组合起来,你就得到了圣保罗大教堂。” 一堆飞机零件不可能完成任何有趣的事情。若将它们正确组装起来,它们就能够飞翔。把变形虫的 DNA 分子正确排列起来,它就提供了生命有机体形成所需要的一切讯息。(这确实给人留下深刻印象,因为我们现在无法在实验室做到这一点,尽管现代科学取得了许多成就。)即便一个氢原子也具有新的属性。比如,它呈电中性(因为正负电荷相互抵消),如果在高速和高温下与其他氢原子相撞,它就能够聚合形成氦原子。这些新特征就是突现属性的例证。这常常显得不可思议,因为它们并不存在于那些构成复杂实体的各种成分中。只是当这些成分以精确模式排列时,它们才显现出来。它们不仅仅源自这些成分,也源自那种模式。我们觉得,模式是非物质的或抽象的,而各种成分是实实在在的和物质的,这个事实解释了突现(emergence)之神奇特性。

第四,复杂实体似乎只出现于存在必不可少的金凤花环境的地方。 即使今天,宇宙的绝大部分依旧很简单。不过,世界上一些地方出现了合适的环境,我们也在那里观察到了更复杂事物的出现。例如,地球表面就是复杂化学反应的理想场所。这里存在大量不同的化学元素,有非常适合化学反应的固体、气体、液体和温度。

第五,复杂实体似乎与有助于它们维持自身结构的能量流联系在一起。 如果你将一些大理石从小山头滚到山脚一个洞中,它们还是会停留在一起,因为那种组合对能量的需求最少。这是一种静态的、不那么特别令人感兴趣的复杂形式。那些最吸引人的复杂形式是动态的。它们更像熟练的变戏法者所创造的复杂模式。维持它们的存在需要稳定的能量流。此外,广泛而言,以下说法似乎是正确的,即这些结构越复杂,它们也就需要更多能量维持自身。这是天文学家埃里克·蔡森(Eric Chaisson)的观点。蔡森表明,如果计算一下的话,结果显示,大致而言,行星似乎比恒星更复杂,因为在行星上,每秒钟流经每克物质的能量流,要多于恒星上相同时间流经相同质量的能量流。同样,活的有机物似乎比行星更复杂,而现代人类社会或许是我们所知道的最复杂事物之一!对人类尤其是历史学家而言,这是一个非常重要的结论。它塑造了我们在本书中讲述的故事的形态。

概括而言,以下是复杂事物的五大关键特征:

1. 它们由多种成分组成: 复杂事物是由各种各样成分构成的。

2. 它们被组合在一种精确的结构中: 它们的成分以一种十分明确的方式结合在一起。

3. 它们具有新的或突现的属性: 事物得以建构的方式赋予它们某些特别的属性。

4. 它们只出现在环境合适的地方: 只有当创造更复杂事物的完美的金凤花环境存在时,它们才会出现。

5. 它们通过能量流结合在一起: 引起我们最大兴趣的各种复杂形式,都依赖能量流。一旦能量流不复存在,它们就会丧失那些让它们与众不同的突现属性。这不仅适用于恒星,也适用于人类和汽车。恒星若没有内核的聚变反应,它们就会暗淡无光;人类若缺少来自食物的能量,就会死亡;汽车若耗完了汽油,就会停止不前。 xq7mn02+sn6ekvVSO2BITKa7C8F16p8cS/M/iWL//FCgL71iyyrm8RTTipVI65y4

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