深奧的簡潔

前  言   蘊含於複雜中的簡潔
第一章　 混沌中的秩序　
第二章　 重返混沌
第三章　 秩序衍生混沌
第四章　 混沌的邊際
第五章　 地震、物種滅絕與突現
第六章　 生命的真相
第七章　 遠方的生命

蘊含於複雜中的簡潔

我們居住的世界似乎是個複雜的地方，即使存在一些似乎永恆的真理（蘋果總是掉到地下而不是天上，太陽總是由東邊升起而不是西邊）。儘管有現代科技的幫助，我們的生活仍必須提防突如其來的意外事件氣象預測既是科學也是藝術；地震與火山爆發隨機發生，難以預料；股市震盪也沒有固定的模式。自從伽利略開始（約從17世紀起），突飛猛進的科學發展便忽略這些複雜的問題，而專注於簡單的部分，試圖解釋為什麼蘋果往下掉與太陽為什麼從東方升起。
 
科學進步得如此迅速，到了20世紀中葉，所有簡單的問題都有了答案。廣義相對論與量子力學解釋了宇宙在大尺度與小尺度中的運作機制，而對於DNA的結構以及它們在遺傳複製機制中的瞭解，使得生命與演化可以在分子層次上簡單地被解釋。但生命是如何從無生命體中產生的？這個最有趣的問題，依然無解。宇宙中最難以用傳統科學探索的最複雜的生物，就是人類。因為在原子這些較小的尺度中，個體以相當簡單的方式彼此互動，只有當許多原子以複雜又有趣的方式連接，才會產生像人類這樣複雜又有趣的生物。

但這過程不能無限的持續，因為如果越來越多的原子結合在一起，它們整體的品質將使得重力壓垮一切。一個原子或是水分子的結構比人類簡單，因為其中只有少許的內在結構；一個星球或星球內部也比人類簡單，因為重力把所有的結構都壓垮了。這就是為什麼科學能告訴我們很多關於原子行為與星體內部的運作方式，卻難以描述人類的行為。
 
當簡單的問題被解答了，很自然地，科學家會試圖挑戰複雜系統中更困難的問題。雖然先前曾有零零星星的針對這些難題所做的勇敢嘗試，但直到強大、快速（以當時的標準來說）的電子電腦在20世紀60年代出現後，我們才得以真正瞭解複雜世界的運作。這些新發展在20世紀80年代中期之後漸漸引起人們更多的注意，特別是在伊利亞·普裡戈金（Ilya Prigogine）的《從混沌到有序》（Order out of Chaos）與詹姆斯.格雷克（James Gleick）的《混沌》（Chaos）出版之後。當時我忙著寫有關舊科學的豐功偉業方面的內容，雖然也想要瞭解關於混沌與複雜的概念，但那實在令人頭疼，因此我多半抱著觀望的態度。

過了十年，混沌理論沒有消失，但並沒有人以讓人容易理解的方式將之訴諸文字，因此我決定自己動手來做，這意味著我必須閱讀所有相關書籍，並自行吸收理解。在這個過程中，我發覺它其實一點也不難。相對論與量子力學剛被建立時，大家都以為只有專家才能懂，但兩者都建立於簡單的概念之上，即使是門外漢，只要不深究那些數學運算，也都能理解。而混沌與複雜具有同樣的特性，這點也沒什麼好驚訝的。

但當我終於知道混沌是怎麼一回事時，我還是大吃一驚。我的理解是：重點只在於某些系統（“系統”可以包含的範圍很廣，像是擺蕩的鐘擺、太陽系或水龍頭的滴水規律）對於初始條件非常敏感，因此初始“那一刹那”的少許差異，會造成截然不同的結果。此外，還有“回饋”（feedback），回饋使得系統會影響自身的行為。這一切看起來太完美了，簡單得令人難以置信！因此當我請教朋友吉米.拉夫洛克（Jim Love lock）時，我問道：“是否混沌和複雜所探討的一切，只是建立於兩個簡單的概念之上——系統對初始狀態的敏感以及回饋？”他回答：“一點也沒錯，全都包在裡面。”

這有點像是說，狹義相對論“全都包在”光速對所有觀測者來說皆一致這樣的概念。這的確是實情，也很簡單易懂。然而，建立在簡單事實上的複雜結構相當驚人，需要有一定的數學背景才能完全體會。以我過去給不具備科學背景的人士解釋相對論本質的經驗，以及明白了在混沌與複雜架構下也是類似的簡單真理，我有信心能以淺顯的方式介紹這個領域。而這個成果正捧在你的手中，《深奧的簡潔》是一本針對一般大眾、以由淺入深的簡單方式嘗試解釋混沌與複雜的著作。

本書的重點在於，混沌和複雜遵循簡單法則，基本上就和牛頓三百年前發現的簡單法則一樣。某些論調會讓你以為四個世紀以來的科學努力被顛覆了，然而，這些新發展卻大大不同，它們顯示了簡單法則長久累積出的科學認知，如何能成功地解釋（雖然無法預測）看似無法解釋的天氣系統、股票市場、地震，甚至人類。

我也將試圖說服你，混沌與從簡單系統中孕育出的複雜，就快要解開生命起源之謎了。美國物理學家默里.蓋爾曼（Murray Gell-Mann）的一句話也呼應了物理學家理查.費曼（Richard Feynman）的猜想：我們在周遭世界所見的複雜行為——甚至在生命世界中——只是“從深奧的簡潔中所浮現出的複雜表像”。而支撐著複雜的“深奧的簡潔”，正是這本書的主題。