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世界是這樣運作的:150位引領時代思潮的一流科學家與思想家,革新你對這世界的看法

This Explains Everything:Deep, Beautiful, and Elegant Theories of How the World Works

作者:約翰‧布洛克曼 Edited by John Brockman

譯者:蕭崇論、唐澄暐

出版社:夏日出版

出版日期:2015-06-03

產品編號:9789869100540

定價 $380/折扣1冊

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書籍專頁

150位引領時代思潮、一流的頭腦與心靈,以最優雅的簡約,

告訴你科學解釋何以美麗,並且最前沿的理論如何解釋並推動了這個世界

 

歷史上不乏這樣的案例:克卜勒以簡單橢圓解釋複雜的行星運動;尼爾斯.波耳以電子層解釋元素周期表;以及詹姆斯•華森和弗朗西斯•克立克透過雙股螺旋解釋基因複製……對許多人來說,科學最大的樂趣來自於以意外的方法,從一小組簡單原理中導出深奧問題的解答。這些解釋被稱作「美」或「優雅」。

在《世界是這樣運作的》一書中,全球網路最具影響力的科學論壇Edge.org創辦人約翰.布洛克曼,再次以犀利的思維向全世界各個領域的思想家與科學家提出:「關於這世界如何運作,你最喜愛的深刻、優雅、或者美麗的解釋是什麼?」這個問題在網站上引起熱烈回應。

布洛克曼從這些回應中挑選出150個篇幅,編輯成冊,裡面探討包括精神科學、心理學哲學、數學、物理學、經濟學、歷史、語言和人類行為等各個面向的問題。然而其共同點是:以最優雅的簡約,告訴我們這個世界到底按照什麼理論運作。他們的觀點將革新你對世界的認識。

 

內容例舉:

奧布里•德•格雷反思平衡

理查•道金斯減少冗餘和模式辨別

丘成桐數學物件或自然物件?

弗里曼.戴森不相容的世界觀如何共存

賈德.戴蒙生物電的起源

柯第.德夫林語言與天擇

史蒂芬.平克演化遺傳學和人類社會生活的衝突

戴維.邁爾斯群體極化

馬丁.里斯雪花和多重宇宙

羅伯特.薩波斯基群體智能

 

約翰.布洛克曼(John Brockman),網路最具影響力科學論壇Edge.org發起人,Brockman Inc.版權代理公司創辦人,住在紐約市。

 

 

 

 

 

蕭崇論,台大化學系畢業,自由文字工作者。相信真理能使人得著自由。

唐澄暐,政治大學新聞系、台南藝術大學紀錄所畢業。曾任台灣立報編譯、國際版版主。喜愛怪獸,著有《超復刻!怪獸點名簿》,由野人文化發行。目前同時從事翻譯及怪獸小說寫作。

 

推薦序

科學沙龍和科學沙拉

陳竹亭

台大科學人文跨科際師資培育計畫(SHS)主持人暨台大化學系教授

 

自己的化學學術研究生涯會接觸科普其實並不意外,但是竟然在退休前工作落在「科學傳播」和「跨科際教育」的領域,卻是一生始料所未及。讀到布洛克曼(John Brockman)出版《世界是這樣運作的》(This Explains Everything:Deep, Beautifel, and Elegant Theories of How the World Works)一書是個偶然,更有一份英雄所見略同的驚喜!

我在學校講授科學課程時,常喜歡說:「近代物理的兩根砥柱是相對論和量子力學;近代化學的兩根大柱是元素論和原子論;而近代生命科學的柱子就是演化論和遺傳學。」學問就像是宏偉的建築,精闢睿智的觀點總是引至堅實、優雅的思維結構,終於能將人類的心智文明帶入雅典娜的殿堂。

布洛克曼是世界知名的「科博文」。1997年創立了「邊際」(Edge)基金會,事實上是主持網路科普論壇,經營網路知識社群的集思廣義創作與對話,致力鼓吹科學和人文結合,所謂「第三種文化」的思想文字事業。「邊際」每年一問(Annual Question),廣邀美國知名科學家和思想家撰文並成集出版。一些代表性的作品,譬如1995年的「第三種文化:科學革命之後」;2003年出版的「新人文主義:科學的邊際」;2009年是「改變世界:形塑未來的點子」。這本書是2013年出版的「每年一問」。

此書中,單是瀏覽作者人名及文章目錄就可以引起好奇而心智胃口大開。諸如理查.道金斯的「減少冗餘和模式識别」;丘成桐的「數學物件或自然物件?」;史蒂芬.平克「演化遺傳學和人類社會生活的衝突」;弗里曼.戴森「不相容的世界觀如何共存」;羅伯特.薩波斯基「群體智能」;柯第.德夫林「語言和天擇」;賈德.戴蒙「生物電的起源」……。布洛克曼收集了一百五十位引領時代思潮的一流科學家與思想家,他們各就自身專業所長,以雋永的文筆針對「你最喜愛的深刻、優雅或者美麗的解釋是什麼?」,表達對這世界的看法。閱讀此書好比一享科學沙龍的a la carte。

作為一個科學家,卻在近四十歲才好奇科學的源起:為什麼科學會發生在歐洲?為什麼近代科學會改變歐美文明?為什麼歐洲會發生文藝復興、理性主義、啟蒙運動?為什麼19世紀的歐洲天才輩出?從政治、經濟、社會、文學、藝術……到科學,舉凡世界文明中有名稱的領域,幾乎都沒有缺席。

這些問題逐日比化學研究的課題更吸引我,我們到西方取經,得到了他們的學位、謀生的方法,回國後也能將研究論文躋入國際一流期刊,但是西方科學文化的精髓鮮少在我們的社會中造成理性的啟蒙,以致形塑心智的轉變。

在21世紀,科學與科技已經發展成互為體用,亞洲的經濟也已能掠奪世界纓鋒,但是每年食安問題、環境問題、都市發展、金融資本、市場經濟、社會正義、教育改革、民主制度……東方追著西方的腳印亦步亦趨,卻似乎從未能避免重蹈覆轍。開了七竅,腦門未開,就無法從西方的經驗中避過既有的錯誤和失敗。

科學在東方社會中扮演的角色,終究仍落在強兵富國之用;就個人而言,科學、科技常是通向富裕名利的捷徑,而非求真求實、啟迪民心、興盛文明的新思維。即使日本自從明治維新將科學引入亞洲已有一百五十年,但是日本科學人在研究之外,以科學文化挹注於社會集體智慧的尚屬稀少,遑論東亞其他20世紀崛起的國家。

文化畢竟不是膚淺的喝采,短期的累積就能成就。缺乏互信、共識的多元社會就像人來人往的車站,各有主張,不缺人才,卻無團隊。漫無章法的聚集難以矯正沉疴,締造新猷。就像一盤沙拉,或許陳盤菜蔬的特色也能爭得繽彩紛紜,卻少了集體創新的和諧、沉穩及持久。

「邊際」網路論壇的知識分子人文薈萃活動,能吸引科學界的思想菁英走出研究的象牙塔,站在另一個更高遠的視野,用深邃的跨界觀點檢視並且分享科學。他們熱衷和科學界內外的專家哲士對話,正是社會無盡藏的「智庫」。其交織出高階心智的社群腦力、知識與智慧,不僅是具有能見度的社會無價貲材,更是反映了時代科學文化的價值與格調。

台灣缺少科學沙龍。雖然我們不是世界科學版圖上唯一的邊陲國家,既然有心站在知識經濟社會的前沿,布洛克曼的集沙成塔正是「大眾口味,小眾品味」的文化食材。

 

 

 

 

減少冗餘和模式識别

理查.道金斯Richard Dawkins

演化生物學家;牛津大學公眾理解科學名譽教授。著有《現實的魔力》(The Magic of Reality)

 

深刻、優雅、美麗嗎?使一個理論典雅的力量,是在很少的假設下解釋很多事情。在這裡,達爾文的天擇說輕易勝出。將其大量的解釋(關於生命的一切:它的複雜性、多樣性以及精心設計的錯覺)除以極少的先決條件(經過地質時間漫長的隨機基因變化所產生的非隨機性生存)得出的數字極為龐大。在人類理解的領域,從不曾在這麼少的假設下解釋了這麼多的事實。

果然是優雅,而且深刻。其深度到了19世紀都還不為人知。另一方面,也有另一種看法,認為天擇論太具破壞性,太糟蹋也太殘忍,而難以用美麗稱之。反正應該會有人選擇達爾文,那我就改選他的曾外孫,文末再回過頭來談達爾文。

賀拉斯.巴洛(Horace Barlow),英國皇家學會會員,是達爾文最小的孩子賀拉斯.達爾文爵士最小的外孫。巴洛是劍橋大學的傑出神經生物學家,九十幾歲還是非常活躍。我想談談他1961年發表的兩篇論文中的想法,關於冗餘減少和模式識別。這想法的衍生結果和意義,啟發了我整個職業生涯。

神經生物學的傳說包括一個神話般的「祖母神經元」,這種神經元只會在非常特別的影像出現時才會觸發,也就是當傑羅姆.萊特文(Jerry Lettvin)的祖母落在視網膜時(萊特文是美國著名神經生物學家,像巴洛一樣。研究青蛙視網膜)才會觸發。問題是,「萊特文的祖母」只是大腦能識別的無數圖像中的一個。

如果我們可以認知的每樣東西都對應了一個特定的神經元──不僅萊特文的祖母,還有許多其他的面孔、物件、字母、花,倘若每一個又都從不同個角度和距離觀看,組合量將會爆炸。如果感覺認知真的按照祖母原則進行,那麼為了要對應所有可行的神經脈衝組合,識別神經元總數將超過宇宙中原子的總和。另外,美國心理學家弗雷德.艾特尼夫(Fred Attneave)也獨力算出,按這樣的原則運作,我們大腦的體積將得用立方光年來度量。對此,巴洛和艾特尼夫分別提出了減少冗餘(redundancy reduction)作為解答。

克勞德.夏農(Claude Shannon)是資訊理論的發明者,發想出「冗餘度」,用來指稱一種逆向的訊息。在英語中,「q」總是跟著「u」,因此可以省略「u」而原本的訊息並不會喪失。也就是說「u」是冗餘的。不管冗餘度發生在訊息的何處(只要不是隨機的就好),訊息還是可以在不喪失情報下更精簡地被重新編碼,雖然會損失一些糾正錯誤的空間。巴洛指出,在感知歷程的每一個階段,都有機制調整,以消除大量冗餘。

時間 t 的世界不會與時間 t-1 的世界有顯著不同。因此沒有必要持續為感知系統報告外界的狀態。感知系統只偵測信號的變化,讓大腦去假定這個世界如果沒消息就還是老樣子。「感覺適應」是感知系統眾所周知的特徵,恰巧符合巴洛描述的情形。例如,神經元傳導的信號是溫度,其觸發速率並非如人們所想的和真實溫度成正比;相反地,只有在溫度有變化時,觸發速率才會增加。接著它就會在低緩的頻率下平息。傳導亮度、音量、壓力等的神經元也都是一樣。藉著去掉外界狀態在時序上的非隨機性,感知適應得到了極高的效益。

正如感知適應在時間領域裡所做的,「側抑制現象」在空間領域中也有同樣的效果。當外界的景像落在像素化的屏幕上,好比數位相機或眼睛的視網膜上時,大部分像素看起來與鄰近的像素一樣,沒有太大差別。唯一例外的是位於邊緣的邊界像素。如果每個視網膜細胞都忠實報知其光值到大腦,大腦將被冗餘訊息炸翻。如果到達大腦的神經脈衝大部分來自景像中邊緣的像素細胞,就可省下許多力氣。大腦會假設邊緣和邊緣中間的景象內容是一致的。

巴洛指出,這就是側抑制的功勞。例如在青蛙視網膜上,每個神經節細胞發出信號傳遞給大腦,報知在視網膜表面個別位置上光的強度。但它同時也發出抑制信號給它的近鄰。這意味著,唯一能發送強烈信號到大腦的,是那些位於邊緣的神經節細胞。(大多數)位在色彩一致區域的神經節細胞和邊緣細胞不同,因為它們被鄰近細胞所抑制,幾乎不會向腦部送出任何脈衝。藉此,消除了空間冗餘的信號。

巴洛的分析可以擴展到大多數已知的感知神經生物學,包括胡貝爾和威塞爾(Hubel and Wiesel)所研究,著名的貓水平垂直偵測神經元,以及前述的萊特文和同事所一起發現的蛙視網膜上的運動(「蟲子」)偵測神經元。運動,代表青蛙世界一個非冗餘的改變。但是一直持續在同一方向的運動也被青蛙視為冗餘。萊特文和他的同事在青蛙身上發現一種「陌生感」神經元,只當移動物體做出什麼意料之外的動作,比如加快、減慢或是改變方向時,這個神經元才會被啟動。「陌生感」神經元會調整到以極優先順序來過濾出冗餘。

巴洛指出,調查特定動物的感知過濾,理論上可讓我們解讀動物世界的冗餘。也可描述動物感知世界的統計屬性。這讓我想起,前面說過我會回頭談達爾文。在《解構彩虹》(Unweaving the Rainbow)這本書中,我主張一個物種的基因庫是「死者的遺傳書」,是某種熬過漫長的地質時間倖存下來的物種基因,其祖先世界的編碼描述。天擇是一個求平均的電腦,在物種得以倖存(平均來說超過所有有性生殖物種成員)的延續世界(延續數百萬代)中,檢測冗餘,也就是重複的模式。我們可以沿用巴洛對感知系統神經元所解讀的,來對天擇基因庫中的基因作相同的分析嗎?這個呢,才會是深刻、優雅且美麗的。

 

 

 

反冪律

魯迪.拉克Rudy Rucker

數學家、電腦科學家;網路叛客先鋒;小說家,著有《穿梭繁複》(Surfing the Gnarl)

 

我們的世界和社會大部分面向根據所謂的反冪律(Inverse Power Laws)來分布,我對這樣的經驗事實感到興趣。也就是說,許多分布曲線的形狀是,曲線從中央峰值俯衝而下,沿著一條長長的尾巴漸近地抱住水平軸。

反冪律優雅簡潔又深遂神秘,但還稱不上美麗。反冪律會自我組織和自我維持。基於還不完全了解的原因,反冪律自發地突現在平行計算的廣泛範圍中,在社會和自然中都有。

社會科學家中第一個注意到反冪律是語言學家喬治.金斯利.齊普夫(George Kingsley Zipf),闡述了一套如今被稱為齊普夫定律(Zipf’s Law)的觀察結果。它陳述的事實是,在大多數文件中,一個詞的使用頻率大約與它的普及排名數成反比。所以,出現頻率位居第二的單詞,其出現頻率大約是頻率最高單詞的一半,而出現頻率第十位的單詞則是最高單詞的十分之一。

在社會中,類似的反冪律支配社會的報償。例如,身為作家而言,我注意到第一百暢銷作家的銷售書籍,是首位暢銷作家的百分之一。如果第一名作家賣了一百萬本,像我這種作者可能就賣一萬本。

心懷不滿的文士有時幻想著烏托邦市場,其中自然產生的反冪律分布會強行用線性分布取代。也就是,銷售明細會是平滑的斜線,而不是如現實中的反冪律,從一個很離譜的高峰俯衝而下,一瞬間就貼著水平軸緩緩而進的曲線。

但是沒有明顯的方式,可以使得作家的銷售曲線改變。讓一些支配組織強行產生不同的分布當然是沒有希望的,畢竟人會自己選擇要讀什麼書。社會是一種平行計算的系統,某些方面是無法控制的。

反冪律在收入分配方面特別令人不安。因此社會中第二富有的人可能擁有最富有人的一半財富,第十首富有的人可能只有十分之一,然後排在第一千的人就只有首富的千分之一。

同樣的現象再說得露骨一點,某間公司的執行長可能年薪一億美元,同間公司的軟體工程師可能只賺到年薪十萬美元,該公司海外組裝工廠的工人只有年薪一萬美元,僅是最高主管收入的萬分之一。

這種冪律分布也可以在週末首映電影票房收入、網頁點擊量、電視節目收視率中發現。是不是有某些原因,可以對排名前面的人做得太好,而排名底層的人似乎被過度不公平地懲罰,這樣的現象給些理由?簡短的回答是否定的,沒有任何真正的理由。不需要任何陰謀詭計來扭曲報償。雖然不舒服,但反冪律分布是系統行為的基本自然法則。它們無處不在。

反冪律不限於社會,也主宰著自然界的統計數據。第十大的湖可能是最大湖面積的十分之一,一座森林裡第一百大的樹可能是最大樹的百分之一,海灘上第一千大的石頭是最大的石頭千分之一的大小。

無論我們喜不喜歡,反冪律就像湍流、熵,或是萬有引力定律般不可避免。雖然這麼說,但在我們的社會脈絡下我們可以多少緩和反冪律的影響,要說我們完全無法控制任何貧富之間的差距,也過於絕望。

但反冪律曲線的基本結構永遠不會離開。喜歡的話我們可以抱怨反冪律,或是我們可以接受,也或許是希望將這嚴峻的定律彎曲到不那麼陡直俯衝而下。

 

 

 

我們的有限理性

馬札琳.巴納吉Mahzarin Banaji

哈佛大學心理學系,理查德.克拉克.卡博特社會倫理學教授

 

分析上、美學上都非比尋常的解釋,共享以下特質:(一)和那些被認為是智慧的解釋相比,它們通常比較簡單;(二)它們指出,更真實的原因往往存在於某種與現象相當遠離的事物,以及(三)它們會讓你希望自己就是發現那個解釋的人。

我們這些試圖理解人類心智的人,則有獨特的限制要面對:心智是做解釋的工具,也是要解釋的對象。與自己的心智保持距離,與自身物種或部族的特殊性保持距離,逃離內省與直覺(不是持續製造假設,而是給予答案和解釋),這些都是當我們要解釋自己和他人心智時,特別難達成的部分。

基於這個原因,近幾十年來眾多解釋中,我最深刻滿意的是有限理性(bounded rationality)的觀念。其觀點認為,相對於其他物種,人類是聰明的;但以人類自己的標準(包括依循基礎自明的理性來行動)來看就不夠聰明,如今這樣的觀察更加精煉,並帶著深刻的實證基礎。

認知科學家暨諾貝爾經濟學獎得主赫伯特.西蒙(Herbert Simon)透過研究訊息處理和人工智慧為此打下第一根樁,顯示出人和組織同樣採用「使人滿意」這樣的行為準則,結果限制了他們做出適當但非最好的決定。丹尼爾.卡尼曼(Daniel Kahneman)和阿莫斯.特沃斯基(Amos Tversky)打下第二根樁,他們發現連專家都會以令人吃驚的方式出錯,其後果不僅影響他們自己的福祉,也影響他們所處的社會。

過去四十幾年來發展的人性觀點,讓關於「我們是誰、為何做我們所做」的解釋有系統地改變了。我們以我們所獨有的方式出錯,不是蓄意如此,而是因為心智結構的演化基礎,也就是:學習和記憶訊息的方式,以及我們被周遭事物所影響的方式等等。我們理性有限的原因,是因為我們處理事物所需的訊息空間,遠大於我們所擁有的,包括我們意識察覺力上,以及行為控制能力及按意願行事上的嚴重限制。

我們也可以看看在道德標準上的妥協。道理還是相同的,也就是傷害的意圖並不是問題。相反地,解釋往往是在態度的許多源頭之中,某些訊息在我們的決策中,或是在我們簡化或過度簡化的能力中,或是作為日常生活特色的不道德行為的普遍性中,佔有不相稱的比例。這些是個人和組織道德淪喪的更有力原因。

不好的後果來自於有限心靈無法儲存、計算或適應環境的要求,這種想法是一種對我們能力和本性完全不同的解釋。它的優雅和美感在於強調普遍和無形,而不是特殊性和惡意動機。這和另一種解釋的移轉──從上帝到天擇──並沒有那麼不同,且很可能同樣會遭受反抗。

 

 

我們是星塵

凱文•凱利

《連線》雜誌特約編輯

著有《科技要什麼》

 

我們打那兒來?我們由恆星而生,這解釋真是深刻、優雅、美麗。這解釋說,我們身體的大多數原子,是由早已消失的恆星熔爐所產生的微小粒子構成。只有我們原始的氫原子存在於恆星出現之前。由宇宙的角度計算,我們90%是恆星殘骸。就我們核心而言,人類基本上是核融合的副產物。這些巨大熔爐中極高的壓力和溫度,將崩塌的基本顆粒聚合成較重的顆粒,一旦聚變,終究會被壽命已了的熔爐炸到太空。我們骨頭內最重的一些原子,也許需要超過一輪的熔爐循環才能打造出來。數不盡被打造出來的原子聚合成行星,而所謂生命這種奇妙不平衡反應,將部分原子涵括成為凡人如我們。我們都是星塵的集結。而且藉著最優雅非凡的轉變,我們這些恆星之子得以望進夜空,感知到其它恆星的發光。看起來遙不可及,但我們其實很接近,無論它們距離多少光年。我們看到的彼此都是由恆星而生。這是多麼美麗?

 

書籍代號:0FAL0005

商品條碼EAN:9789869100540

ISBN:9789869100540

印刷:

頁數:404

裝訂:平裝

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