访问圣塔菲研究所

来自集智百科 - 伊辛模型
跳到导航 跳到搜索

这篇是一篇随笔,是北京师范大学教授张江的在2010年10月左右首次访问圣塔菲研究所的一个记录,他从复杂一书了解到圣塔菲研究所,到后来实地的访问交流,并且深受复杂科学的熏陶,在国内开始了长达二十余年的布道和传播,通过这篇,可以一窥当时的心态。


张江 2010.10.9~10.22



美国中部时间2010年10月21日下午5点

我走出了圣塔菲研究所的大门,结束了为期仅仅2周的访问。今天的空气已经不再那么干燥,午后刚刚下了一场雨。我不禁仰望天空,一下子惊呆了:漫天的白云仿佛天空中巨大的波浪朝我眼前扑将过来,它们张开了巨大的胸怀把我、树木、圣塔菲的小山拥抱。我就呆呆地站在那里,足足有10分钟。

圣塔菲的云
圣塔菲的云

“这里的云让我领略到圣塔菲的另一面”,我心中想到,“它喧嚣、张狂、热烈、大气、壮观!

就这样,我感受着云朵、感受着天空。14天的访问经历仿佛在瞬间映入了我的眼帘,我此刻的心情就仿佛白云一样,兴奋不已。圣塔菲,我学到的不仅仅是知识,更多地是一次非常宝贵的人生经历……

我渐渐低下了头,映入眼帘的仍然是那个我熟悉的安宁、静蔼、和谐的小镇。我的记忆很快回到了我刚到圣塔菲时候的情景。

初识圣塔菲

尽管已经听说过圣塔菲机场非常小,当我走下飞机的时候还是被惊呆了。这儿是机场?没有候机大厅、没有排满文字密密麻麻的航班信息,没有拖着行李急匆匆走过的乘客,我只看到了一间褐色的建筑,它仿佛是一座小教堂。有很多候机的人站在这里,他们有的闲聊着,有的悠闲地喝着咖啡。

坐上了前往圣塔菲镇的Shuttle,我们一路向东北方向狂奔。望向窗外,我领略到了新墨西哥草原的美丽。

路上的草原风景

车行进了大约有20多分钟便进入了“市中心”,住宅和行人开始多了起来。我欣赏着街头那些非常陌生的建筑。

窗外,蓝色的天空和黄色的野草平分了整个画面;挤在中间的是远方连绵不断的山峰;几簇零星的灌木装点了大地。喧闹的车流与人群、眼花缭乱的广告牌,所有这些熟悉的事物自从我下飞机之后就完全消失了,我一下子沉浸到了这种属于自然而非人类的广博与宁静之中。

新墨西哥的建筑


圣塔菲的建筑基本都是统一风格,最大的特点有两个:一个是所有的边角都呈现出圆弧形,另外,房屋多是棕红色的。这让我回想起了电影《星球大战之魅影危机》中的塔托尼星。街道上的行人和车辆熙熙攘攘,但是,总会有一些奇形怪状的雕塑显现。

街头的雕像

这些雕塑具有典型的印第安人文化风格,多半描绘着人们更加原始的一些生活方式。后来,我才知道,圣塔菲是除纽约之外美国最大的艺术城市。并且将近4/5的印第安人是居住在新墨西哥州的,所以这里能看到独具风格的印第安人艺术作品。


汽车又行驶了将近20分钟,终于抵达了我住的地方。入乡随俗,我也住到了面包一样的房间中:

我的住所


由于每年都会有很多学者访问圣塔菲研究所,因此,附近的住户都会将住房的一间以较低的价格出租给他们。我所住的房间就是圣塔菲研究所的Janet帮我联系的。

我按照来信的指示,在门旁的一个小密码盒中找到了房门钥匙。打开门走进去,原始部落一样的住房里面却是现代化的装潢,大厅很宽敞,中间摆放着一个长条沙发。旁边还有灶台、微波炉、冰箱,里屋则是一张King 号的大床,一切生活设施齐全。我舒服地倒在沙发上享受着这一切。

住所室内


坐久了,站起身,打开了窗,我看见了一望无边的灌木、远山和蔚蓝的天空。除了几声鸟叫和远处汽车驶过的沙沙声,我什么都听不见。空气中飘溢着草的芳香,我使劲洗一口气,享受着具有高浓度负氧离子的空气:这不正是我心仪已久的住所吗:远离都市、远离喧嚣,沉浸在自然的怀抱之中……

当晚,我睡了一个甜美的觉。

圣塔菲研究所

第二天一大早,我沐浴更衣完毕,就背起背包迎着阳光,向山上爬去,开始了我的朝圣之旅——参观圣塔菲研究所。

徒步走出将近20分钟,终于在Hyde Park公路的左侧看到了那扇著名的大门,这扇门我再熟悉不过了,因为我已经在照片中见过无数次了。不错,这正是著名的圣塔菲研究所——Hyde Park路1399号:

圣塔菲研究所大门:Hyde Park路1399号
与圣塔菲研究所合照
与圣塔菲研究所合照


由于今天是周日,研究所不上班,大门是关着的。但是为了先睹为快,我便绕旁边的小路向山上爬去。


走进大门,还要再徒步走上10分钟,才能看到圣塔菲研究所的主建筑。到达小山的顶端,我不禁惊呆了,这就是著名的圣塔菲研究所吗?怎么没有我熟悉的高楼大厦?反而就是这么一件普普通通的平房?

主建筑的大门
主建筑的大门


这间平房普通得不能再普通了,你若在山上看到绝对会以为这就是邻居家的大门,而决不会跟“研究所”三个字发生任何联系。

直到我看到大门旁边一面不起眼的横幅上写着“Santa Fe Institute”几个英文字母,我才确信自己走对地方了。

由于是周末,我不能走进这间平房的大门,便顺着旁边的小路绕行参观了这座著名的研究所。走了一段路之后,心中的疑惑才慢慢地消除。原来,小平房后面别有洞天,这个不起眼的研究所大门身后还有一大群建筑,它们曲折着往后面延伸。

我绕着建筑缓步走着,不时地顺着玻璃偷眼向内望去。这一定是它们的图书馆,一排排整齐的书摆在墙边的架子上。这间是办公室,这间是讨论室……。

眼前的这面玻璃突然混浊不清了,定睛一看,原来是有人在这面玻璃上用彩笔画着各式各样的公式和图形——这帮美国人很有随处讨论、打草稿的习惯。

再往前走,看到了屋檐底下的一张大桌子,周围还有一圈椅子。原来这是为学者们聊天、交流学术思想的地方。

屋檐下的讨论区
屋檐下的讨论区


渐渐地,我走到了建筑物的后面,这里是一片小树林,往山下延伸而去。我好奇地顺着小路往下走,过一会便看见了一个羽毛球场,原来这帮学者们在百忙的时候也不忘健身运动。

更有趣地是,远离研究所主建筑,几乎快到山底下的地方,我发现了一圈由铁丝网制成的围墙。而圣塔菲常常被人们称为“没有围墙的研究所”。

没有围墙的研究所
没有围墙的研究所的围墙


在这种悖论式的自娱自乐中,我结束了D.I.Y式的探索圣塔菲研究所的奇异之旅。

我一边往山下走去,一边想着圣塔菲研究所和国内大学、研究所的区别。圣塔菲研究所果然名不虚传,这里绝对是一种“宜研究、宜思考”的最佳环境。相信每个真正追求科学真理的人都会羡慕圣塔菲研究所独一无二的处所,它远离喧嚣、远离世俗,科学家们可以在大自然的怀抱中思考有关这个宇宙,生命,有关我们身边复杂系统的真理。

我两次到美国访问,不知不觉已经游历了4所知名的大学或研究所,包括Vermont University,Michigan University, Princeton University以及Santa Fe Institute。我发现了一个非常有趣的现象,所有这些知名大学都不是位于大城市中,而是位于相对偏僻的小镇。2007年走访的Vermont大学位于紧靠美国、加拿大边境的小镇Berlington,Michigan University则位于远离Detroit城市的宁静小镇Ann Arbon,今年顺便走访的Princeton则位于Newark、Philodephia和New York City之间的Carnegie湖边;而Santa Fe则又是一个风景幽雅的小镇。

再看看中国知名的大学:北大、清华、上海交通、复旦大学……,几乎无一例外,都位于大城市中。不知道我们的前辈们建立这些大学是出于什么理由,然而,我认为,这些决策可能是极端错误的。

将大学建立在喧嚣的都市中不仅不能让学者们安心学问;而且也造成了学校规模受到了极大的限制;同时还不容易促进知识以及先进文化向城市以外相对贫穷落后的地区扩散。这两次游历美国的一个最大感受就是,中国与美国的真正差距并不在超级大城市;而是在相对偏远的乡村和小城镇。美国的小镇不仅富裕、舒适,而且最主要的是人口的文化素质较高。这与中国的现状形成了鲜明的对比。


恐怕,从城市走向乡村,才是中国大学,甚至中国教育与科研的必经之路?

圣塔菲研究所内部

周一一大早,我便沿着昨天走过的山路往研究所走去,开始了我正式的圣塔菲研究所访问之旅。正当我缓慢地向山上爬行的时候,一辆小轿车停到了我前面,并把我迎上了车。

“你一定是Jake吧?”,只见一位中年女士冲我招手到,“我就是Janet,来上车吧。”

原来她就是一直与我Email往来,帮我订房子、安排行程的Janet女士。

“你是怎么认出我的?”,我一边狐疑的问道,一边坐到了副驾位置上。

“这里没什么人是徒步来的,而且亚洲人就更少了!”,Janet一边回答道,一边熟练地打轮掉头载我开向研究所。

后来,我才意识到,没有车,在Santa Fe甚至没法生活——从我的住处步行到市中心的超市也需要至少一个小时的时间。


汽车很快就开上了山顶,Janet把我迎进了研究所的主建筑——我昨天绕着看了一圈的那间大房子。走进这间平房,才发现里面比我想象的要宽敞多了。

中间有一处露天的小院子,里面摆放着桌椅,一看就是吃饭的地方。小院子周围则是宽敞、明亮的走廊,走廊的外围则是一间一间的办公室。

“Follow Me”,Janet干练地冲我回回手,“这间是厨房,你可以随便喝点什么。Coffee or tea?”


“这个房间提供水、饮料、午饭和下午茶”,Janet笑了笑,“也是学者们交流、认识的地方。”

接着,她又带着我在研究所里面一边溜达一边介绍。

“这是什么?”我指着墙上的一排漫画问道。

圣塔菲内部的漫画墙
圣塔菲内部的漫画墙

“他们都是SFI的科学家,漫画版的,你也许能见到真人”

我认出来了左手边第二个就是Geoffery West。

顺着走廊下了两个台阶,我们来到了一个大厅中。

“刚才那部分是所有Staff的,这部分才是学者们的办公室,这是Pod B,那是Pod A。”

pod B
pod B


pod A
pod A

我后来才慢慢熟悉了,在SFI忙碌的这群人可以分成三类,一类是Staff,也就是我们国内高校中的教务人员;第二类是Faculty,或者他们也叫Resident Professor即常驻学者;还有一类就是像我一样的Visitor:访问者,访问者中有的访问时间长达一年两年,而有的则仅仅有不到一天。

在我访问期间,我发现,Staff成员基本上是和科研人员一样多,他们有的专门负责午饭,有的负责下午茶,有的则负责IT管理(我们俗称的网管),……。一支庞大的Staff队伍把科学家们伺候得舒舒服服的。


“这就是你的办公室了”,Janet终于把我领到了Pod B部分的一扇门前。还算宽敞的办公室,“非常感谢!”

我的办公室
我的办公室


“等会我会把你的照片贴到你办公室的门口,还有技术人员帮你设置好无线网连接,以及打印机”

原来,每间办公室门前都有一张或者两张小卡片,上面印有这间办公室的主人,以及他们的来历、身份,以方便学者们可以根据墙上的卡片找到要交流的对象。每间办公室都会有一到两个学者。

我的办公室门口的卡片


和我同一间办公室的人是这里的常住研究者,Jon Wilkins,专门研究基因组的。

我粗略算了一下,这里面供学者们使用的办公室大概有20多间左右,这样如果所有办公室都坐满了人,也就容纳不到60人的规模。

图书馆

闲暇的时候,我在研究所里溜达,发现了一个非常有趣的地方:SFI图书馆。从外面看,图书馆与其他的办公室并没有太大的区别,走入大门,我发现了一个色彩缤纷的世界:

圣塔菲研究所的图书馆

这里地方不大(总共就两间屋子),但是藏书种类却非常多。从神经科学、经济学、金融学,到生物、生态、物理、数学、计算机、复杂网络、信息论等等,几乎我感兴趣的那些学科它都包括了。(当然,还有很多我并没有太大兴趣的书)。最有趣的是,这里的藏书不仅包括了所谓的经典式的教科书;而且还包括了大量的所谓的“科普”作品;以及偏哲学思考类的书,举几个例子如下:

  • 1. Complexity, Entropy and the Physics of Information
Complexity, Entropy and the Physics of Information


这是一本论文集,出版于1990年,其中内容多涉及信息论、热力学以及量子理论等主题。然而其中的文章大多属于潜科学探讨,很多概念只是一种尝试。

  • 2. Science from Fisher Information: A Unification
Science from Fisher Information: A Unification

这本书更具有开创性,在书中的引言中,作者提到科学需要从一种全新的视角,即观察者测量的角度来重新统一。本书以约翰.惠勒(John Wheeler)的参与者的宇宙思想为核心,运用Fisher信息作为目标函数,仿照最大熵的方法通过求泛函的极值,推导出各种微分方程,这些微分方程都对应于经典、统计以及量子物理中的动力学方程。因此,作者从观察者的角度重构了整个基础物理,包括相对论和量子力学还有Maxwell的电磁理论,这些都让我惊呆了,因为其中大部分观点都与我们的猜想相似。

  • 3、Fractal Space-Time and Microphysics: Towards a Theory of Scale Relativity
Fractal Space-Time and Microphysics: Towards a Theory of Scale Relativity


这本书就是介绍尺度相对论的第一本书。 我们知道尺度(Scale)是一种非常重要的概念。本书的作者Nottale正是抓住了这个核心概念,将尺度变换(Scale Transformation)与相对论中的运动参考系变换作类比,并指出分形中的尺度不变性具有普遍的意义,于是仿照相对论推出了一套全新的学科叫做:尺度相对论(Scale Relativity)。更有意思的是,作者希望通过这一观点出发,重新奠定量子力学的基础。 随手翻着SFI图书馆中的图书,我深深地感慨到,这块不到60平米的地方基本上就是全世界复杂性科学的思想中心了。世界各地有关复杂系统的英文书籍在这里基本上都能找到,而且图书数量还在持续地增长着……。相比较中国国内大学图书馆的藏书,这里的学科领域相对单一,基本上都是为了做研究准备的专业书籍,而看不到小说和杂志;另一方面,在专业书籍上,这里的藏书却远比中国国内的图书馆更加丰富多彩,更具包容性。国内可能比较关注实际技术理论的图书,但是这个图书馆的藏书则更加注重基础思想和内涵。比如计算机类的图书,国内的书籍大部分都是教你如何编程,然而这里的图书有很多都是关于计算的本质、人工生命、人工智能的哲学思考。 我正沉思着在图书馆中缓缓踱步,突然听到了桌子后面传来了一阵阵呼噜声。“有人在睡觉?!”,我顺着声音看去,“没人哪!那是什么声音?”。走过去,仔细一看,原来是一只大肥猫在桌子上趴着睡午觉!

睡午觉的大肥猫
睡午觉的大肥猫

一天

日子过得很快,转眼一个星期过去了,我开始对这里的人和环境熟悉起来,已经习惯了SFI一天的生活。早上起来,我一般9点半左右到达研究所。走进大门,会发现研究所的Staff基本都到齐了,但是其他的研究人员们却零零散散的还没到(这里没有对研究人员进行的考核,所以工作时间很随意)。上午2个多小时很快就过去了,到了中午12点钟,你会听到墙上的喇叭中传来了轻声的邀请:“The launch is ready, please come to the kitchen(午饭准备好了,请大家到厨房用餐”)。于是,大家开始慢悠悠地走进厨房,拍成一排,开始拿着一个大盘子自己去打饭。每顿午餐需要花费8美元/人,每次的食物都不一样,有的时候吃Pizza,有的时候吃墨西哥餐,有的时候吃中餐。不过,对于我来说,大部分是吃不惯的,说老实话,还是觉得中国菜是天底下最好吃的菜了。打完饭,大家就会来到被走廊围住的那个露天院子里吃饭。五、六个人围成一桌,一边享受着中午阳光的沐浴,一边享受着美食,一边天南地北地侃着。

Murray Gell-mann

在午餐期间,我还能看到一些著名的科学家。比如Murray Gell-mann,这位被称为夸克之父的大名鼎鼎的诺贝尔奖获得者。他到了晚年却全力支持复杂性研究,并曾经支持过一门比较偏的学科:“非可延展性统计力学”。国内有一本他的译作,叫做《夸克与美洲豹》,是一本介绍复杂系统研究的经典读物。不过在SFI,他却显得非常普通平常,他现在一头白发,经常拖着背,但是好像耳朵不是很好,所以也不爱多说话,就是笑呵呵地听着大家聊天。尽管他是诺贝尔奖得主,但是在这里他的身边也没有很多的围观者。我曾经问他现在研究什么,他说在研究人类的语言。

J. Doyne Farmer

另外一个比较显赫的人物是Doyne Farmer,这也是《复杂——诞生于混沌与秩序边缘的科学》这本书中提到的人物之一。书上说,他当年曾经一边做着金融市场的研究,一边开了一家公司在股市中赚钱。后来,他在金融市场复杂性方面发表过很多经典文章,赢得了很多追随者。然而,他现在却全职在圣塔菲研究所做研究,想来那家公司也不是非常成功。此人身材高大,但不算魁梧,留着一脸落腮胡子,说话嗓门很大,中气十足的样子。他现在的研究一方面仍然集中在金融市场复杂性,另一方面则对技术的发展与变革异常感兴趣(例如,著名的Moore’s Law就是他们关注的主题之一)。 有的时候,研究所会在午餐时间安排一个小型的Seminar。大家一边吃着饭,一边听报告。这的确是一种节省时间的好做法,但是我认为不利于食物消化,而且也不容易集中精力。午餐过后,大家便各自回到办公室忙自己的。下午3点,那个可爱的办公室墙上的小喇叭又会响起了:“It’s tea time, please come to the kitchen”。于是,大家又一起来到了厨房,喝下午茶。Laura,一位非常和蔼、慈祥的白发老太太站在旁边照顾着,告诉你这是什么,小心那个……,服务真是周到啊!这个时间又是一次让大家相互交流的好时机。学者们开始端着茶或者甜点两、三人聚成一堆聊着各自的研究,结交新朋友……。有的时候,下午茶结束之后,还会安排一个Seminar。 晚上6点多钟,学者们已经陆陆续续地离开了研究所。就是这样,学者们在安静、平和中度过了一天。总而言之,我感觉在这里的学者们是被服务的对象,他们过得比较舒服(当然,是不是研究所的内部成员也有一系列的考核、评价体系我就不清楚了)。但是,可以肯定的是,全职研究人员不需要分心来顾及事务性的杂事。这一点是国内各大院校和研究所很难做到的。那么,这幢大房子里面都是一些什么人呢?下面选择几个我比较熟悉的人给大家介绍一下。

Eric Smith
Eric Smith

Eric Smith是我在SFI这段时间深入交流的学者之一,他是SFI的专职教授,专攻生命起源的研究,然而他的知识广博、兴趣广泛,对很多学科都有自己独到的观点,而且很愿意与我交流。我们的谈话长达2个小时,内容涉及了生命起源,热力学、统计物理、信息论、标度理论等等,很是过瘾。首先,他给我介绍他在生命起源部分的研究进展,目前他的工作主要集中在利用Flux Balance Analysis方法来分析细胞内部大量的代谢通路,并试图从这些化学反应通路中找到一些稳定、抽象、通用的结构和规律出来。因为这个工作需要掌握大量有关化学的细节知识,所以他自己也说最近非常忙。我看到它的桌子上摆了一本估计有2000多页的有关化学工程的书。他目前正与一个博士后合作,希望从化学工程中借鉴出一些很好的工具和方法出来。我比较困惑,为什么像他这样一个物理学家会对化学反应细节感兴趣?他说,他正是希望通过分析大量的化学通路,而找到物理,特别是统计物理与生命起源问题相结合的途径。我想,这充分体现出一个真正的科学家对待科学研究的踏实态度。与很多人大谈、空谈哲学想法不同,Eric宁愿跳入自己不熟悉的化学细节中,试图自己找到物理与化学结合的道路。但是,看得出来,Eric最近过得并不算舒服,他已经被生命起源问题折磨了很长时间了。那么,究竟生命起源这个问题与热力学的结合是如何可能的呢?Eric给我推荐了一个理论,叫做Large Deviation Theory(大偏差统计理论),并给我推荐了他手头上的几本书,还有一篇比较好的物理味道的有关大偏差理论的综述性文章:The large deviation approach to statistical mechanics。这篇文章写得通俗易懂,思路异常清晰。通过阅读这篇文章,我了解到统计物理中处理的很多问题的方法其实都可以回溯到大偏差统计理论这门数学之中。Eric说,该理论的好处就在于它可以给出在非平衡态演化条件下,出现各种可能途径的概率分布,这也许就可以用到生命起源问题的化学反应问题上来了。结束了与Eric的谈话,我受益匪浅,也祝他早日在生命起源这个领域得到新的突破。

杰弗里·韦斯特
杰弗里·韦斯特


杰弗里·韦斯特 Geoffery West是前一任SFI的主席,现在是杰出教授(Distinguished Professor)。他是我这次去SFI主要想交流的学者之一,因为我目前的研究主要集中在他感兴趣的领域中:异速生长律(Allometric Scaling Laws)。Geoffery很忙,每次都是在午餐过后偶尔看见他。当我提出来要跟他进行交流的愿望的时候,他说需要安排一下。我看到他在研究所呆的时间并不多,每次来这里以后,他的秘书就围着他不停的谈论着各种事情。好不容易,在一天傍晚,Geoffery闲下来了,在办公室和我见了面。我跟他提到我目前的研究主要有三块:“食物网、国家的异速生长律和异速生长律与分布的联系”。他立马感兴趣起来,并询问我具体的情况。当他得知,我已经独立完成了国家的异速生长律的实证研究并发表了文章后,他还是很惊奇的。“原来你已经做出这些研究了,我们正想做呢,但是国家的数据不太好收集啊。”“多亏了Mathematica软件”,我说,“CountryData这个命令很容易就能获得世界各国的各种我们感兴趣的数据”。“Very Good。我能把你这些文章和讲稿拿走看看吗?”“当然没有问题,我非常高兴”。过了两天之后,我在SFI做了自己的学术报告,专门讲述我们在国家领域的异速生长律的研究,以及我和计算士合作的有关“网络大规模人类在线行为的异速生长律”研究。 Geoffery听后十分高兴,“事实上,我们也正在做将异速生长标度律和分布规律结合起来的研究工作,没想到你们已经取得了进展。真的很不错,你来自北京吗?”“是的,”我回答说。“Crazy City”,他说,“我曾经去过北京很多次,第一次是在大概82年的时候,再过了10年,我又去了一次,北京已经翻天覆地地变化了!最近一次去是在2008年,我的儿子来参加北京奥运会,此时北京已经是一座非常现代化的城市了!Crazy city, crazy people!”看得出来,Geoffery这天很高兴。但是,Geoffery太忙了,在接下来的一周,Geoffery没有再露面,去到另一所大学访问了。

Bela Nagy

Bela Nagy是Farmer的博士后。在下午茶的时候,我们俩之间的交流最多。Bela现在的兴趣主要集中在技术的发展历史,以及如何从数据找出Pattern,并对人类的技术未来进行预测分析。


他们有一个网站http://pcdb.santafe.edu/,对各种技术的发展、演变历史的数据进行收集。Bela给我看了一篇他目前研究的文章。文章指出,从更长时间的历史数据来看,IT产业的发展并不是按照Moore定律所说的那样呈现指数增长,而是一种比指数增长还快的超指数增长,也就是技术的增长率本身并不是随着技术现有规模呈正比,而是比这还快。他们用了几种不同的模型来对技术发展曲线进行拟合,并进行趋势预测。在一种曲线拟合的方法下,他们发现了所谓的奇点(Singularity)的存在。也就是说,按照这种曲线预测,在未来10年或者更长的有限时间内,技术的增长率会达到无穷大,曲线会一下子变成垂直的,这意味着,人们可以在0时间内实现技术上的永远发展,这便是技术的奇点。

记得第一次听到Singularity这个词,还是在《黑客帝国之根》这部科普片子里面。有位研究人类未来的学者指出,在不到几十年的时间里,人类将达到技术奇点。也就是说,技术的爆炸增长将不再需要时间。没想到,这种近乎科幻的想法也有Bela这样的学者来进行踏实的研究。关于Singularity,Bela还给我推荐了一篇他最喜欢的文章。

我们认识之后,便频繁交流各种参考文献。令我记忆深刻的是,他给我推荐了两篇文献都跟最大熵方法有关。一篇是S. A. FRANK写的综述性文章:The common patterns of nature,发表在Journal of Evolutionary Biology上。该文用Common Patterns作为一条主线,把最近几年在生物学以及生态学领域中发现的一些共同的统计模式进行了很好的总结,并向读者推崇这样一种概念:最大熵方法其实是一种解释生态学中的中性过程等价或者互补的方法。读起来很有意思。


另外一篇文章则是J. HARTE, T. ZILLIO, E. CONLISK, A. B. SMITH合作的文章MAXIMUM ENTROPY AND THE STATE-VARIABLE APPROACH TO MACROECOLOGY,这篇文章用Janyes的最大熵框架通过巧妙地定义分布函数和约束条件,推出了生态学中多度分布、岛屿面积与物种数量关系等多种实证Pattern,可以说是一种非常漂亮的理论统一。


后来,我也给Bela推荐了一些最大熵的文章,他笑着说,“哈哈,原来你也是最大熵方法的粉丝啊!”

讨论班

我在圣塔菲研究所期间共参加了研讨班5次(包括我自己的),总的来说,这些讨论班的主题真的是非常广泛,从美国的医疗制度,到人类的工具文明史,再到引力的自旋网络模型,和经济、生态系统的异速生长律,可以说是五花八门。下面分别说一说这些讨论会。

  • 1、Stephen L. Sass:

The Substance of Civilization: Materials and Human History from the Stone Age to the Age of Silicon


主讲人Stephen L. Sass是一位来自康奈尔大学的材料科学教授。 然而这个人的兴趣异常广泛。他来SFI的主要目的并不是做工程意义上的材料科学,而是为了研究一下关于人类文明发展进程中,制作工具的材料的发展历史。他给我们展示了很多出土文物,这些文物都是用不同的材料制成的。他认为,人类历史上的某种时代材料稀缺了,就会造成新的技术革命。

Stephen不仅讨论材料,而且对中国特别感兴趣。闲暇的时候,他就给我展示他来到中国之后拍的照片。粗算一下,他来中国已经十多次了,而且到过的地方似乎比我还多。他还经常性质勃勃地跑到我办公室,让我看《纽约时报》上关于中国的报道,当然,有很多报道是在国内看不到的。

  • 2、Fotini Markopoulou Kalamara:

Spin Systems as Toy Models for Emergent Gravity


主讲人Fotini来自麦克斯.普朗克(Max Plank)引力物理学院。她的讲座具有浓厚的理论物理味道,吸引了SFI的大批听众(毕竟,SFI里面有很多人是做物理出身的)。她的讲座主要是通过构建一个自旋网络模型,利用量子统计物理来解释引力的起源。其基本的出发点是,包括引力、光的传播等物理现象都是更底层的自旋网络的统计特征。总之,她认为统计性质是一种更本质的性质。

Allometric Scaling in Countries, Human Online Behaviors and Weighted Food Webs


我这个报告从Allometric Scaling出发,用这样一种统一的Pattern串连起来三种不同的系统:国家、人类在线行为和加权食物网,对应了我最近做的三个不同的工作。首先,我的报告指出,异速生长律是一种非常普遍的宏观现象,你会很容易地在实际的复杂系统之中发现它,从人类城市、国家、网络社区和食物网;其次,我指出了这样一种统一的Pattern实际上与普遍存在的分布Pattern存在着一种微妙的联系。这一部分的工作便是我跟计算士这一年来的合作结果,我们在实际数据中发现,分布的形式(例如究竟是不是幂律的)其实与异速生长律没有太大的关系,相反,分布函数的另外一种特征,我们称之为尺度依赖性,也就是说分布曲线会随着系统规模的增大而呈现系统性变化,才是决定异速生长律的主要因素。因此,我们的研究为解开异速生长率之谜提供了另外一种可能,也就是研究分布的性质。正是这一点,吸引了G.West和L. Bettencourt的注意力。

  • 4、Richard Epstein:

Applied Astrophysics

主讲人Richard以前是搞天体物理的,在大学里面当教授。但是,今年6月份,他改行搞起了公司。而且,更有趣的是,他这个名叫ThermoDynamic Films的公司拥有一种核心技术,却与天体物理毫无关系,而是利用凝聚态物质做成一种新型热机。Richard的讲座题目很搞笑,应用天体物理学,但实际上,他的讲座与天体物理学完全没有关系,而是讲他发明的热机工作原理。他意味深长地给大家介绍了如何从一个天体物理学教授改行成为企业家。

  • 5、Christine Cassel:

Are Physicians Knights, Knaves or Pawns?: The Roles of Regulation and Payment in US Health Care

Christine来自美国内部医疗部,我不清楚这个部是干什么的,但是她的演讲却很有意思,“医师是爵士,流氓还是走狗?”首先,Christine用数据指出,在美国各大州中,医疗的投入恰恰与患病率、死亡率正相关,也就是你花在治病、检查上面的钱越多,你的健康状况却越差。接下来,Christine分析了一大通为什么会有这种相关性,例如,她指出医师的认证制度其实很官僚,她的作用并不是向社会证明该医生的能力,而是向其他医师证明这名医师的社会地位。她指出了当前美国社会的医疗系统中诸如此类的很多弊病。可想而知,医疗系统的问题不仅仅是我们国家特有的问题,连美国这个发达资本主义国家也是问题颇多。


仔细想想,这些报告中除了那个自旋系统的报告和我自己的报告以外,对其他的报告其实兴趣不大。但这就是圣塔菲研究所,鼓励多样化的研究方向。不过,说实话,至少从我听的这几次报告来看,他们的多样化好像有点过了头,我觉得对于复杂系统研究,总要有一个核心的问题和方向才行啊。

尾声

2010年10月21日,我完成了为期2周的圣塔菲研究所访问,走出了研究所的大门,我踱步在小路上。

今天下午刚下完雨,头顶的云彩显得格外的张扬、奔放。我呆立在地上,抬头仰望着云朵,我浮想联翩。


这就是著名的圣塔菲研究所 Santa Fe Institute,那座被誉为复杂性研究圣地的地方。她用美丽的风景和优厚的待遇吸引着来自全世界各地的著名学者。我衷心希望圣塔菲能够创造复杂系统中的奇迹,让系统科学真正成为21世纪的科学。

编者推荐

这篇文章是张江老师10年左右访问圣塔菲研究所的随笔,更多的资料可以查看:


张江老师的更多随笔可见: