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08

EMERGENCE

涌现

安东尼·加勒特·利西(ANTONY GARRETT LISI)

理论物理学家

思想、激情、爱……我们所经历的内在世界,包括我们生活中所有的意义和目的,都自然地产生于基本粒子的相互作用。这听起来很荒谬,但事实如此。科学家已经基本理解了小至亚原子粒子、大至太阳系的所有可能发生的基本相互作用。魔力的确存在于我们的世界中,但它不是来自作用于我们或通过我们起作用的外部力量。我们的命运不是由神秘的能量或行星对恒星的运动所引导的。我们现在更加明智了,知道生命的魔力来自涌现。

正是大量难以想象的相互作用,才使得这种神奇的魔力成为可能。将浪漫的爱情描述为适时相互喷射的催产素,弱化了分子间协调的相互作用,这些分子的数量比茫茫宇宙中可观察到的恒星还要多,简直是天文数字。每个人体细胞中大约有100万亿个原子,每个人体中大约有100万亿个细胞。可能产生的相互作用的数量会随原子数量的增长而呈指数级增长。正是这个由相互作用的实体组成的“浩瀚宇宙”的涌现特性,才造就了人类。原则上,我们可以使用一台功能强大的计算机来模拟这无数原子之间的相互作用,并再现人类所有的感知、体验和情绪。但是模拟一个事物并不意味着你理解这个事物,而仅仅意味着你能很好地理解一个事物的各个部分以及它们之间的相互作用,足以模拟该事物。这是我们最古老又最强大的科学方法的成功和悲哀之处:分析,即把一个事物理解为其各个部分以及它们之间的相互作用的总和。我们已经学习了这种方法并从中受益,但我们也了解了它的局限性。当各个部分的数量像组成人类的原子数量那样变得巨大时,分析对于理解这个系统来说实际上是没有用处的,即使这个系统确实是由它的各个部分及它们之间的相互作用产生的。要更有效地理解一个实体,我们可以利用从一个实体自己的尺度或接近其尺度层面的实验中推导出它的原理。

主要科学学科的等级大致地概括了世界上的涌现层级。原子物理学产生于粒子物理学和量子场论,化学产生于原子物理学,生物化学产生于化学,生物学产生于生物化学,神经科学产生于生物学,认知科学产生于神经科学,心理学产生于认知科学,社会学产生于心理学,经济学产生于社会学,等等。这种从低到高的层级等级序列是不精确的,也不是线性的,如计算机科学和环境科学等一些领域是根据它们的相关性而划分的,数学和物理学的约束则适用于全部领域。但是,这种序列中涌现的一般模式是明确的:在每一个较高的层级上,新的行为和属性会出现,这在下面层级的组成实体之间的相互作用中表现得并不明显,但它们确实产生于这些组成实体之间的相互作用。分子集合的化学性质,诸如酸度,不能有效地用低两个层级的粒子物理学来描述和模拟;但是如果是描述化学,包括酸度,用它自己层级范围内的原理,或者用下一层级的原理,即原子物理学原理的话,那么就实用得多了。人们几乎不会从粒子物理学的角度来考虑酸度,因为二者大相径庭。

涌现不仅仅是还原的逆向过程。涌现每次上升到更高的层级时,正是大量组成成分之间相互作用所累积的副作用,才产生了本质上的新属性,这种新属性在新层级范围内可以得到最好的理解。

通常,每上升到一个新层级,复杂性都会增加,而且其复杂性还会有混合作用。在热力学上,这种复杂性的混合作用,以及更高层次上的相互作用,需要一个现成的能量源来驱动它,并需要一个地方来排出由此产生的热量。如果能量源消失,或者热量不能被排出,那么复杂性必然会衰减为熵。在一个可行的环境中,在涌现的每一个高层级上,复杂性和行为都是通过自然选择进化而成的。例如,人类的目标、意义和追求,都是作为自然选择所青睐的心理学的涌现而存在的。

涌现的阶梯使我们的世界不需要任何超自然的力量。通过简单的无生命物质来创造生命的奇迹,仅仅需要自然的涌现。一旦我们认为自己理解了突生层级结构中高层级的事物,往往就忘记了过去从更低层级到达目前更高层级的阶梯。但是我们不应忘记涌现阶梯的存在,因为我们自身以及我们内部和外部世界中的一切都是涌现结构,这种涌现结构在许多层级上都产生于可理解的物质基础。我们也不应该忘记这一现象所体现出的一个重要问题:这个层级结构是否存在一个终极的基本层级,并且我们是否接近于了解它,或者涌现是否会一直这样进行下去? 7Qnp12sLtykpUAdJpig9y2PddftqBk0VKK03JDmQHGRkCcUY2RSQsB3dP575zWcR

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