【科學(xué)規(guī)則】開放與進(jìn)化

【科學(xué)規(guī)則】開放與進(jìn)化課程簡介：

熵增定律

熱力學(xué)第二定律：一個封閉孤立系統(tǒng)在與外界沒有任何物質(zhì)、能量、信息交流時(shí)，系統(tǒng)總是朝著對稱性越來越高、有序程度越來越低的方向自發(fā)演變并最終達(dá)到對稱性最高的平衡態(tài)，也叫熵增定律。

意味著：在封閉孤立系統(tǒng)中進(jìn)行的自發(fā)過程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行，這個過程是不可逆的，最終達(dá)到熵最大值的狀態(tài)。

開放

開放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)的不同是與外界環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息的能力。

開放系統(tǒng)與復(fù)雜多變的外界環(huán)境發(fā)生相互作用并接受環(huán)境的考驗(yàn)，也就是通過不斷開放，引入熵減。

進(jìn)化

達(dá)爾文進(jìn)化論：遺傳變異、自然選擇。

生命系統(tǒng)與環(huán)境熵增對抗中，生物體自身代償出的結(jié)構(gòu)和功能出現(xiàn)從無序到有序、從低級到高級的進(jìn)化，是采用引進(jìn)全新增量，而不是熵增原有存量，達(dá)到系統(tǒng)熵減的目的。

內(nèi)共生理論

內(nèi)共生理論帶有明顯的系統(tǒng)思維特征，意味著生命演化可能是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而不單純是分形下的線性結(jié)構(gòu)。內(nèi)共生理論更側(cè)重橫向聯(lián)系和相互作用。推廣到人類社會的演化機(jī)制，不同民族文化、理論思潮、組織形式、國家體制、社會結(jié)構(gòu)……，其演變機(jī)制更多是內(nèi)共生”性質(zhì)的，任何一個國家、社會的生命更新都離不開外部事物、外部文明的植入和寄生。

商業(yè)

目前互聯(lián)網(wǎng)化的創(chuàng)新公司都在追尋更開放的組織架構(gòu)，更快速迭代的進(jìn)化機(jī)制，以期待成為一個更大的協(xié)作平臺的一部分。目的是為了求存”。

在如今極其復(fù)雜的市場商業(yè)環(huán)境下，有大量公司采用自組織系統(tǒng)模型。比如開放后的騰訊，甘心做平臺，孵化出（在身體上長出）各種符合自己有序的戰(zhàn)略模型的公司，自媒體公號、拼多多、有贊。。。。。。

開放與進(jìn)化

一、導(dǎo)論

在本節(jié)課中，我們進(jìn)一步的沿著復(fù)雜性的階梯，來看復(fù)雜系統(tǒng)的進(jìn)一步的演化。第一個單元其實(shí)主要就是講，從混沌無序怎樣去變成是聚集形成一個復(fù)雜系統(tǒng)，而這僅僅是第一步，形成復(fù)雜系統(tǒng)之后，我們這個系統(tǒng)還會進(jìn)一步的去發(fā)生演化，第一件事情就是要發(fā)生新陳代謝。

談到新陳代謝就不得不去提物理學(xué)中一個非常重要的定律，叫做熱力學(xué)第二定律，有些人曾經(jīng)說，如果我們把所有的物理學(xué)定律全部拋開，只留一條的話，我覺得應(yīng)該是熱力學(xué)第二定律，因?yàn)樗亲钪匾囊粭l物理定律，跟我們每一個人的生老病死密切相關(guān)。”

那么，這個定律說明什么呢？這個定律說的是在任何一個封閉的系統(tǒng)里面，熵總是會增加的，熵這個詞我相信或多或少都聽說過一些，是一個最神秘莫測，同時(shí)又是非常重要的這樣一個物理量。

簡單來說，當(dāng)然你就可以理解成，熵就是一種無序的程度，混亂，在自然的條件下，外界不去干擾，它總是會增加，也就是越來越混亂。我們看幾個例子：

像一縷青煙點(diǎn)著了以后，就會慢慢散開，這種發(fā)散，散開就是一種無序度升高的體現(xiàn)。

再比如說一瓶香水，你把瓶蓋打開，這個香水就會一點(diǎn)點(diǎn)揮發(fā)，使得香味遍布整個空間，這就是一種熵的增加。

再比如說生老病死，每個人都會蒼老，最后死亡，之所以會產(chǎn)生這些，就是因?yàn)槟泱w內(nèi)的熵在不斷增加、累計(jì)。

但是，很有意思的是，在自然界或者是人類社會，還會有另一種時(shí)間發(fā)展的箭頭出現(xiàn)，在這樣第二種時(shí)間之箭下，你就會發(fā)現(xiàn)有序是會不斷增加，所有的事物好像看起來都會越來越復(fù)雜，越來越有序。

比如說像人類社會的進(jìn)步，就是一個典型的特點(diǎn)。我們文明發(fā)展到今天，顯然是越來越高度的有序化，越來越復(fù)雜化。

再比如說生物界，大自然的進(jìn)化就會讓這些物種變得越來越復(fù)雜，越來越有序，這個好像就跟剛才的熱力學(xué)第二定律正好是相反的兩種時(shí)間之箭，存在著嚴(yán)重的矛盾，這個矛盾如何去調(diào)和呢？

二、開放

開放帶來秩序

我們之所以能夠看到有序增加，復(fù)雜性增加，能夠逆熵去生長，其實(shí)最主要的原因就在于開放自身。你一開放以后，就會有能量、物質(zhì)和信息流到系統(tǒng)里來，同時(shí)又會有一些物質(zhì)能量信息排出去，注意一定要有排放，沒排放是不能夠進(jìn)行熵減的。

其實(shí)只要做到開放，甚至于有的時(shí)候連物質(zhì)和信息的流動都沒有，就有可能產(chǎn)生秩序行為。

貝納德對流實(shí)驗(yàn)

我們來看一個例子，這也是物流學(xué)中一個非常著名的例子，叫做貝納德對流實(shí)驗(yàn)，每個人都可以去做。

找來一個薄薄的容器，然后倒上一層薄薄的液體，水就可以。同時(shí)我們可以在液體的底部給它加熱，但是你要注意，加熱一定要非常的均勻，然后加熱到一定程度以后，就會形成上下表面溫度差，當(dāng)溫度差達(dá)到一個閾值的時(shí)候，就會出現(xiàn)相變了。突然之間，從上往下去看，就能看到右圖所展示的樣子，就出現(xiàn)了很多的六角格，非常有秩序的結(jié)構(gòu)，而且是周期性的秩序結(jié)構(gòu)。

這樣一種秩序結(jié)構(gòu)是怎么產(chǎn)生的呢？從更微觀的角度去看，我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們加熱液體的時(shí)候，液體就會要把底層的熱釋放出去，當(dāng)溫度的差別不是很大的時(shí)候，它這種釋放是一種緩慢的釋放。我們知道液體都是有很多水分子構(gòu)成，水分子就會經(jīng)常左右晃動，這就是他的熱的體現(xiàn)。

所以，它要想釋放能量，它就是靠碰撞，我碰你，你碰它，這樣通過碰撞把熱從底下傳到上面，這是在溫度差很小的時(shí)候，而當(dāng)溫度差大到一定程度以后，它就發(fā)現(xiàn)我再怎么碰撞，把熱放出去不解氣了，放的太慢了，怎么辦？一著急這幫液體自己就跑起來了，于是就會產(chǎn)生了所謂的對流現(xiàn)象，我們就看到下圖就表示的很清晰，底下的液體就要玩命的想往上跑，而上面的液體冷卻就會玩了命的往下跑，所以一上一下，就會自發(fā)的形成這樣一種對流的結(jié)構(gòu)。從上表面往下來看，這些對流就會體現(xiàn)為一個非常規(guī)則、有秩序的六角格的形狀。

所以在這樣的例子里面，我們會看到，僅僅是有一個能量的差，能量的流入流出，連物質(zhì)和信息都沒有，就足可以產(chǎn)生非常有秩序的這樣一種行為，所以就是開放造成有序。

另外，局部的相互作用，就是這些液體，通過局部的，達(dá)到一定程度的時(shí)候就會突然發(fā)現(xiàn)相變，有序就會產(chǎn)生。產(chǎn)生這種集體的運(yùn)動，比如渦旋運(yùn)動，一旦出現(xiàn)渦旋借用我們上節(jié)課給大家介紹的概念，就是所謂的斑圖、模式，這種東西就會出現(xiàn)。所以一旦出現(xiàn)斑圖，就會出現(xiàn)一個宏觀的、凌駕于底層之上的，跟底層相隔離的一種新的秩序就會出來，就是所謂的涌現(xiàn)。

經(jīng)典物理和復(fù)雜性科學(xué)

在這個例子里面，我們可以做一個簡單的對比，經(jīng)典物理和復(fù)雜性科學(xué)，在經(jīng)典物理里面，我們通常強(qiáng)調(diào)的是孤立的系統(tǒng)，隔絕的，封閉的，所以就會熵不斷產(chǎn)生，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律越來越衰敗，越來越老化。

但是，在我們這樣一個復(fù)雜性科學(xué)看到的非平衡的，開放的世界里面，相互關(guān)聯(lián)就會導(dǎo)致系統(tǒng)的開放性會產(chǎn)生，會跟外界有交換。

其次，在非線性的作用下，就會使得秩序的結(jié)構(gòu)更多就體現(xiàn)為時(shí)空上的斑圖、Pattern、模式就會形成，這種Pattern往往就具有一定的秩序性。而且會有一些偶然的漲落，會把原有的平靜的液體的對稱性打破，形成對稱性破缺，而產(chǎn)生有趣的結(jié)構(gòu)，所以在這樣一種情況下就有可能導(dǎo)致熵減。

耗散結(jié)構(gòu)

那么這樣一種結(jié)構(gòu)，貝納德對流所形成這種六角格，它還有一個名詞，叫做耗散結(jié)構(gòu)。

我們看世界上萬世萬物的結(jié)構(gòu)，或者叫做斑圖，它無非可以分成兩大類：

第一類、靜態(tài)Pattern。

第二類、動態(tài)Pattern。

一類是屬于左邊這個叫做靜態(tài)的結(jié)構(gòu)（靜態(tài)的斑圖），就像我們的霓紅燈，為什么說它靜態(tài)？因?yàn)樗恳粋�構(gòu)成單元，就小燈泡，這個小燈泡不生不滅，它永遠(yuǎn)存在在那里，它只不過是變換它自己的顏色而已。所以，這種結(jié)構(gòu)呢，就稱為靜態(tài)的。

耗散結(jié)構(gòu)有規(guī)律可循嗎？

那么，耗散結(jié)構(gòu)是什么呢？其實(shí)，只要你走到小溪，蹲下來靜靜的看小溪的流水，就能發(fā)現(xiàn)，其實(shí)那個東西很神奇很神奇。每一個溪流都是由大量的水分子沖刷過去，不停的變，可是你卻能在宏觀，能看到穩(wěn)定的一個駐波，那個駐波的樣子，穩(wěn)的，只要你的流速是均勻的，它基本上是不變的，那這種結(jié)構(gòu)就被稱為耗散結(jié)構(gòu)�；蛘吒ㄋ椎恼f，就是流動的結(jié)構(gòu)。

比較有意思的是它的所有構(gòu)成的單元都是瞬息萬變，所謂的鐵打的營盤，流水的兵，就這么一個道理。

而你仔細(xì)去想，其實(shí)我們感興趣的復(fù)雜系統(tǒng)，更多的其實(shí)就是屬于這種耗散的、流動的結(jié)構(gòu)。就像我們?nèi)梭w，我們?nèi)梭w是會新成代謝，這個新成代謝，不僅僅是物質(zhì)流進(jìn)來流出去，更多的還體現(xiàn)在你每一個細(xì)胞都在瞬息萬變，衰老和死亡。

不同的統(tǒng)計(jì)口徑可能數(shù)值一樣，大致上說，每隔4年，我們?nèi)梭w所有的細(xì)胞，都會由于新成代謝，完全給調(diào)包一次，就是說你4年前的細(xì)胞，4年以后全都不在了，全都被換了。

但是奇妙的是什么？奇妙的是你還是你，還在存活著，這件事其實(shí)很詭異，為什么這么說？當(dāng)你拿著你三歲時(shí)候的照片，你瞧，三歲時(shí)候的我多么的聰明、可愛、活潑，可你要置疑了，憑什么說三歲時(shí)候的你還是你呢？你要知道，構(gòu)成你的細(xì)胞，已經(jīng)完全完全被調(diào)包不知道多少次了，多少個4年過去了？你憑什么還說他是你？

所以其實(shí)細(xì)思極恐啊，就所謂的我，所謂的你，那個本體，不知道是什么玩意，稀奇古怪的，他不是那個構(gòu)成單元，又一次跟我們的唯物論實(shí)際上是很不一樣的。

那么構(gòu)成那個我本質(zhì)不變的東西，其實(shí)就是那個斑圖，類似于水的駐波一樣，是那個東西，它保持了那種不變性和一致性，才有我的存在。

是不是給你一種萬世萬物都是虛無縹緲的感覺？人類的邏輯底層被抽空了，全部不一樣了。

規(guī)模

那么，是不是說全世界都是虛幻飄渺的耗散結(jié)構(gòu)？就完全沒有規(guī)律可尋呢？恰恰不是這樣的。

在這里面需要給大家提一個人和一本書，這本書也是現(xiàn)在大賣的一個本書叫做《規(guī)�！�，《規(guī)模》它的作者叫做Geoffrey West。這個老爺子就告訴我們，在萬世萬物像生物、城市、公司這些耗散結(jié)構(gòu)里面，恰恰是存在了一些非常精確的、甚至可以用數(shù)學(xué)可以刻劃的規(guī)律存在。

首先，我們來破一下題，什么叫做規(guī)模？這個牽扯到翻譯問題，我認(rèn)為這個英文名字叫做《SCALE》，其實(shí)翻譯成規(guī)模是一種權(quán)宜之計(jì)，我覺得不應(yīng)該翻譯成規(guī)模，本義是什么？它的本義實(shí)際上是一個動作，它是把一個事物把它放大，按比例進(jìn)行縮放，這樣一種動作叫做SCALE，就像下圖展示的一樣。

當(dāng)你按照比例把一個系統(tǒng)、一個事物，逐漸一點(diǎn)一點(diǎn)給它放大的過程之中，就會有一些非線性的這種東西突然冒了出來，這個恰恰是《規(guī)�！愤@本書所要探討的問題，就是所謂的規(guī)模法則。

我們來看一看，就在規(guī)�？s放過程中有哪些很不一樣的事情會冒出來？我們來看一個例子。

假設(shè)你到了一個披薩店，你看中的是一個9寸的大披散，挺好吃的，于是呢，你付了錢，就開始安靜的等待，結(jié)果沒想到的是，過了一會，這個服務(wù)員回來，對不起先生，你要的這個9寸披薩已經(jīng)賣沒了，我們這個小店還有5寸的披薩可供選擇，我能不能把兩個5寸的披薩給你？然后你去把它吃掉，可以不可以？

這實(shí)際上是不劃算的，為什么不劃算？這就是規(guī)模法則在起作用。你要知道，你買一個披散你要把它吃掉，你吃的是什么？廢話，吃的是披薩，我的意思是說你吃的不是周長，不是直徑，我們說衡量這個披薩的寸，衡量的是它的直徑。

所以，我們并不是吃長度，我們吃的是面積，因?yàn)槊娣e才是實(shí)實(shí)在在的料有多少，看起來好2個5寸加起來好像是10寸，那么10寸是大于9寸的，好像我還挺占便宜的，可是你不要忘記，你吃的是面積，而面積就要按尺寸的平方這個規(guī)律來進(jìn)行縮放。

所以，9寸的披薩它的面積是多大呢？你可以粗略的認(rèn)為是81這樣一個倍數(shù)，那么2個5寸是多少呢？近似為25+25=50，所以，其實(shí)是吃了很大的虧，這兩個差異也是非常的不一樣的，這就是規(guī)模法則，就是這么一回事。

就是很多很多的屬性，在你做規(guī)模放大的過程之中，它的非線性就會突然冒出來，冒出來的這種東西，恰恰是我們很難去用我們?nèi)祟惖乃季S去把握的。因?yàn)槲覀冞@個大腦，其實(shí)非常非常的可憐，因?yàn)樗粫�性的外推，就至少你在第一意識里面，包括我自己，我為什么要拿這個例子，因?yàn)槲易约好鸵豢�，也是做錯了選擇，一樣的。人就是擅長做線性外推，但其實(shí)，真正的世界是充滿了非線性的。

克萊伯（Kleiber）定律

這個東西跟耗散結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？就是在于耗散結(jié)構(gòu)，每個生命體都是一個耗散結(jié)構(gòu)，當(dāng)我們把一個生命體來做這種規(guī)模的放大的時(shí)候，那么，生命的很多很多特征，就都會呈現(xiàn)一個非線性的放縮變大。

這里面有太多的例子了，其中一個非常重要的例子，就是所謂的克萊伯定律。

那么克萊伯定律說的是什么？它實(shí)際上說的新成代謝和生物體的體重大小之間的非線性的縮放規(guī)律。

首先我們要把所有不同的哺乳類動物，在每一個物種里面挑選那么幾個個體打過來，然后測量兩個量，第一個量很簡單，就讓它過一下秤，看看它的體重的大小有多少，這就是橫坐標(biāo)。

另外一個量，我們要測量一下這個生物體的新成代謝，這個東西怎么測？其實(shí)也蠻有意思的，在歷史上，也是有很長時(shí)間的探討�；旧犀F(xiàn)在的做法就是把這個生物體拿過來，關(guān)到一個大型的密閉的容器里面，然后讓它近可能的在靜息的狀態(tài)下，你不能讓它亂跑亂跳，你亂跑亂跳，你的代謝量就會增加，就不準(zhǔn)了，所以要保持靜息的狀態(tài)。然后讓它靜息一段時(shí)間，然后測量一下，這個密閉容器里面，二氧化碳這個量增加了多少。

我們知道人吃進(jìn)的事物，總是要變成碳排放，排放出來，就體現(xiàn)為二氧化碳的呼出，用這個量就近似可以測量出來它的新成代謝率有多少。

結(jié)果克萊伯在1932年的時(shí)候，他就發(fā)現(xiàn)，我把所有這些物種它們的平均值--平均體重和平均的新成代謝大小，把它拉過來以后，形成了一條直線。但你注意這個坐標(biāo)，技術(shù)上的細(xì)節(jié)，取了對數(shù)，它的作用就是說它最后體現(xiàn)出來的公式是個冪律的，就是你看F，就是新成代謝，M這個量就是體重大小。

你注意我在整個講座里面都不包含數(shù)學(xué)，只有這塊，講這部分的時(shí)候，不得不去放上，因?yàn)樗珎ゴ罅�，就是在生物學(xué)這樣一個看起來很復(fù)雜的領(lǐng)域，我們居然能找到非常簡潔的數(shù)學(xué)公式去描述它，我認(rèn)為這是21世紀(jì)非常大的一個科學(xué)進(jìn)展。所以我把他的這些公式放了上去。

你會發(fā)現(xiàn)，其實(shí)這條直線也就意味著它的新成代謝和它體重這兩個量之間是個冪律的關(guān)系，而且冪指數(shù)是一個很精確的數(shù)值，大概是3/4左右，所有我們也叫它3/4定律。當(dāng)然，這個從表面上看你能很容易理解，體重越大新成代謝也就越高，這是很自然的。

2005年左右的時(shí)候，杰弗里·韋斯特進(jìn)一步擴(kuò)大了定律的適用范圍，不僅僅是哺乳類動物，所有的物種，包括有植物，冷血動物，甚至于小到單細(xì)胞、細(xì)胞里的線粒體，非常非常微觀。橫跨了整個30個數(shù)量集，非常大的這樣一個尺度從微觀到宏觀，你會發(fā)現(xiàn)，這個3/4定律，克萊伯法則完全都是成立的。這個法則意味著什么呢？實(shí)際上意味著一定的規(guī)模效益，換句話說，我為胖子們的存在找到了一個理由，這個怎么說？

來給大家做一個簡單的推導(dǎo)，我們知道剛才F是等于M的3/4冪律，你可以在方程的兩邊除以一個M的量，就把它的質(zhì)量除一下，這樣的話，方程的左邊，就是M分之F。

這意味著什么？左邊的這個量，就表示的是你每一塊肉，它所需要的能量代謝是多少、需要多少能量。

方程的右邊，除以M以后，就變成是一個負(fù)1/4冪律，指數(shù)是負(fù)數(shù)，意味著M，該值越大越小。也就是說，這個公式告訴我們，個頭越大的物種，它每一塊肉，需要的能力也就越少。再換一句話說，個頭越大，越節(jié)約能量。越胖越好。

實(shí)際上，胖子是有存在價(jià)值的，他是在為我們地球的碳排放在做貢獻(xiàn)，他的每一塊肉都是高質(zhì)量的肉，比瘦子的肉，質(zhì)量要高的多，因?yàn)樗x的能力更少。這是克萊伯定律它的非線性，讓我們很吃驚的這樣一個特點(diǎn)。為胖子們找到了一個存在的理由。

其實(shí)在我們?nèi)粘Ｉ钪杏泻芏喔@個相關(guān)，比如說給小孩服藥這個劑量，你給1歲的小孩服用這么多，如果是一個7、8歲的小孩，是1歲小孩的2倍體重，是不是這個藥的劑量也該翻倍呢？不是這樣的，你要翻倍，有可能把你家孩子給搞死。因?yàn)樗且粋�3/4冪律的一個縮放，所以它要被正常的翻倍要小很多。

接下來，我們看到了這樣一種實(shí)際數(shù)據(jù)告訴了我們這種規(guī)律，3/4冪律法則，為什么會有這樣一個神奇的數(shù)字3/4呢？其實(shí)呢，我們不難做這樣一個推理，我們的生物體和外界發(fā)生能力物質(zhì)的代謝，主要是靠我們的表皮、表面。所以，很自然的我們會認(rèn)為，新成代謝這個大小，是跟表面積，生物體的表面積密切相關(guān)，而生物體如果是像一個球一樣，泡在溶液里面的一個小球，如果是這樣的一個歐幾里得幾何體的話，那么我們就會知道，它的表面積是會跟它的體長，也就是它的規(guī)模是呈現(xiàn)了一個平方的定律，面積就是平方，就自然了。

另外一個量，就是體重，顯然這個體重會跟你的體積大小成正相關(guān)，體積又是一個邊長的三次方這樣一個規(guī)模法則。

所以，你把這兩個放在一起，新成代謝和體重的關(guān)系，就應(yīng)該是2/3次冪，那么這個2/3次冪跟3/4是不一樣的，這個怎么解釋這個表面上的矛盾？

分形

當(dāng)然，您只要做一個簡單的假設(shè)，如果說，生物體是生活在四維空間下的話，那么這個3/4次冪看起來就很容易解讀了。也就是說你這個生物體的表面積是一個三維空間下的一個東西，而你的體積是一個四維空間下的東西，正好新成代謝和體重之間就是一個3/4冪律的關(guān)系了。

可是，憑什么你說它會是四維空間呢？看起來沒有道理，難道是生活在第四維時(shí)間里面的東西嗎？其實(shí)不是這樣的，其實(shí)最主要的原因就是在于我們這個生物體，它所有的表面其實(shí)都是個分形，它通過褶皺、扭曲，形成自相似結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了更高的維度，這就是本質(zhì)的原因。

可能大家會聽的挺糊涂的，我舉個例子。像左邊這張圖展示的，在春運(yùn)的時(shí)候，大家都經(jīng)歷過這樣一個事情，就是春運(yùn)的人很多，于是有關(guān)部門把排隊(duì)變成一個拐來拐去的彎道，就像這條曲線，這個曲線叫做皮亞諾曲線，但是呢，它實(shí)際上是一條線，可能通過這種彎曲，它彎出來一個面、一個正方形。

所以，就像我們排隊(duì)一樣，有關(guān)部門通過設(shè)計(jì)一些障礙，使得我們?nèi)司蜁諄砉杖�，這個時(shí)候達(dá)到的效果是什么？雖然人有很多，但是呢，你進(jìn)來以后，你會的我還一直在走著，在運(yùn)動，好像沒有感覺很堵一樣，其實(shí)這是一種錯覺，是因?yàn)樗諄砉杖ブ竽�，你跑的路程會更長，這個路程有多長？這個路程幾乎等價(jià)于這個正方形的面積這么長。

所以，這個就是用一維的東西，填充了一個二維空間，冒出來了一個維度，這叫最大化分形，分形就是指這種褶皺，形成這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

但是，對于皮亞諾曲線來說，它是一個最大化的分形，通過褶皺已經(jīng)盡可能的利用空間了，不能再利用了，已經(jīng)最大化了，所以它變成了一個本來是一維的，但是它是一個二維的東西。

那么，像皮亞諾曲線，這樣的集合物品，它的規(guī)模縮放的規(guī)律是什么呢？其實(shí)你不妨驗(yàn)證一下，你把皮亞諾曲線擴(kuò)大了兩倍，那么它的長度是幾倍呢？就是4倍，而不是2倍了，因?yàn)槟惚仨氁凑账@種自相似的方式去擴(kuò)大，所以它是4倍，它的行為表現(xiàn)一切的一切就像一個二維的東西。這是它神奇的地方。

那么，相應(yīng)的，我們生物體的表面，恰恰是這種最大化的分形，經(jīng)過上億年的進(jìn)化，我們的生物體，特別是內(nèi)表面，已經(jīng)是最大化分析了。比如你觀察大腸的這種表面結(jié)構(gòu)，你會發(fā)現(xiàn)，它里面充滿了這種溝溝坎坎，和這種回路、扭曲、褶皺、變形。

所以，這樣的話，其實(shí)每一個點(diǎn)，看起來表面是一個二維的東西，但本質(zhì)上講，它是一個三維的物體，所以這樣的話，它的新成代謝就是一個三次冪的，而它的體積，你用面積再乘以它的長度，就是它的體積，是一個四維的東西，這就是生物體為什么會冒出來一個維度的本質(zhì)原因。就是在于生物體它是大量存在這種分形的結(jié)構(gòu)。

無處不在的定律

那么，進(jìn)一步，按照克萊伯定律，我們不僅僅能知道新成代謝和體重大小的關(guān)系，我們還可以推得很多其他的量，像生物體的特征時(shí)間和生物體的特征行率，也會跟規(guī)模大小有相關(guān)關(guān)系。

首先我們看一下時(shí)間，我們不妨把生物體理解成這樣的一個大水缸，你新成代謝無非就是開閘放水，所以就有了流入和留出，那么流入這個量，就是你新成代謝大小，你體重就是水缸里面存儲的水量的大小。

我們可以做這樣一個簡單的運(yùn)算，假如說一個食物粒子，你吃進(jìn)去的食物，經(jīng)過你的身體，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，再出去，你需要多少時(shí)間呢？如果告訴你流量是F、體重是M的話，你做一個簡單的計(jì)算就不難知道，實(shí)際上這個量是M除以F。

所以，你一換算就會發(fā)現(xiàn)時(shí)間剛好是M的1/4冪次，而這樣一個量，恰恰絕對決定了生物體的很多很多的特征時(shí)間，包括說我們都知道哺乳類的動作它都會懷孕，那么懷孕就會有一個妊娠年齡，我們?nèi)祟愂?0月懷胎，很辛苦。更大的物體，像大象，它實(shí)際上它的懷孕年齡會更長，2年甚至3年，而更小的物品，像蟑螂這種東西，人家懷孕時(shí)間很短，一夜的時(shí)間好幾窩就出來了。為什么？體重、個體絕對了它的大小。

再比如說，還有一個很重要很重要的特征時(shí)間，就是生物體的壽命長短，我們現(xiàn)在已知的全世界有關(guān)記載，人類最長年齡能活多長你們知道嗎？是123歲左右，那么至今為止，我們沒有看到任何能夠超過這個數(shù)量級的，你說人能不能活到千年、萬年？那是傳說，那是神仙。

事實(shí)上，120這個年份怎么來的？從哪出來的？由它的規(guī)模大小決定的，是因?yàn)闆]有一個人，你的體重能夠達(dá)到一座山那么大，所以你的壽命長短也就這么長，120年左右。

反過來講，越小的物體，越小的物種，它的壽命也就會相應(yīng)越短，你可能會記住蟑螂，憑什么它就能生那么快？一夜能下好幾窩，你這是羨慕它了，你再看看它的壽命，很短，很快就會死掉。

我曾經(jīng)有一段時(shí)間養(yǎng)過一只小松鼠，當(dāng)寵物養(yǎng)，有一次我就喂食給它，結(jié)果我一喂食就不小心碰到了它的胸部，沒有別的意思，就是不小心碰到了，結(jié)果一碰了就嚇我一跳，那家伙跳的很快，咚咚咚的，這種樣子，我還以為我嚇到它了，所以下一次我在喂食物的時(shí)候我會小心翼翼的，然后又摸了摸它的胸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)還是那么快，我就百思不得其解。

后來看到了克萊伯定律推論，我才恍然大悟，原來它心跳確實(shí)就應(yīng)該是很快，個頭小，松樹嘛，肯定是很快的，我沒有機(jī)會摸摸大象的心跳，你們有機(jī)會可以摸一摸，我相信也是嚇了一跳，半天不跳一下，咚半天，然后再咚一下，肯定是這種頻率，越大心跳就會越慢。

而且你會發(fā)現(xiàn)，時(shí)間這種東西實(shí)際上不僅僅適用于生物體的，好像很多的特征都是這樣，小的東西一定所有的動作都快，老鼠是什么樣的頻率，一跳一跳的，轉(zhuǎn)身也快，運(yùn)動也快，可是它的壽命也短；但是反過來再去看大象這個物種，它要是想轉(zhuǎn)個身，恨不得半年才轉(zhuǎn)過去。

而且自然的人類系統(tǒng)照樣還是這樣，你可能羨慕BAT這些大公司，這么大的體量，可是別忘了，它的一切一切的特征時(shí)間一定會很長，它要想轉(zhuǎn)個身，那費(fèi)了老大勁了，而且它推行不下去，大系統(tǒng)病。

反過來小的創(chuàng)業(yè)公司就非常的靈活，今天還是朝東打，明天就是朝西了，反正是全憑老大的一拍腦袋，所以它轉(zhuǎn)身也快。

而且更有意思的是，我剛才說了，T可以表示壽命長短，F(xiàn)可以表示心跳頻率，于是你就可以把方程的兩邊乘在一起，T×F，叫做一生之中的心跳次數(shù)，右側(cè)會發(fā)現(xiàn)正1/4和負(fù)1/4就會消掉了，變成0次冪，也就意味著它是一個常數(shù)，這個常數(shù)等于1.5×10的9次方，15億次，這個很神奇。

無論是什么樣的生物體，它的一生的心跳次數(shù)應(yīng)該是個常數(shù)，冥冥之中自有定數(shù)，甭看你今天鬧的歡，你今天跳的挺快，你也活不多長，我雖然跳的挺慢，什么都慢，我活的比你長，這是生物體發(fā)現(xiàn)的一個非常有意思的常數(shù)。

而且，這個常數(shù)，看心跳我剛才說是生物，好像有點(diǎn)那個意思，是廣義的，不僅僅是生物，有時(shí)候非生物也是這樣，Geoffrey West就在《規(guī)�！愤@本書里面提到，他就曾經(jīng)研究過馬達(dá)，發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)看起來也像個心臟，有時(shí)候可以跳的快，有的時(shí)候可以跳的慢，他就發(fā)現(xiàn)所有的馬達(dá)跳一段時(shí)間以后也是會老化，就死掉了，動力學(xué)第二定律，結(jié)果就發(fā)現(xiàn)也是一個常數(shù)，而且很接近這個數(shù)，就是它壞掉跳動的次數(shù)也是15億次左右，所以看起來真的是冥冥之中自有定數(shù)。

而且，在這本書里還不僅僅如此，還有很多其他的常數(shù)，比如說生物體一生的新陳代謝的ATP的代謝量，ATP是產(chǎn)生能量的粒子，生物體的能量通貨，這個東西一生ATP的產(chǎn)生也是一個常數(shù)。

在中國古代道家里面有一個說法，叫做人吃的飯，一生之中能吃的飯是個定數(shù)，所以你今天胡吃海塞，你活的就短，看起來好像跟這個東西很靠近。

而且這一套生物體的規(guī)模法則系統(tǒng)的梳理下來以后，還能給我們一些延年益壽的一些方法，真的是這樣的。

其中有一點(diǎn)很挑戰(zhàn)我們的認(rèn)知的，它的核心思想，你怎么才能夠讓你的壽命更長，他的核心思想是減少你的新陳代謝。為什么要減少？道理很簡單，因?yàn)槟愕撵氐漠a(chǎn)生，就是你的廢物的產(chǎn)生，恰恰是跟你的新陳代謝正相關(guān)，你的新陳代謝如果越快，你有快速的去磨損你的細(xì)胞，也就會快速的死掉，如果你要想去養(yǎng)生，要去延年益壽，盡可能的去減緩你的新陳代謝，但是前提是健康的減緩，可不是說就是充滿了高血壓，心臟病這樣一個大胖子，肯定也活得短，所以是健康的減緩。

怎么去減緩？有幾個因素，其中最主要的一個因素是溫度，溫度越高，新陳代謝越快，道理很簡單，溫度越高，所有的化學(xué)反應(yīng)都會加速，所以盡可能的在比較冷的環(huán)境下生存。

有人做了系統(tǒng)性的調(diào)研，靠近赤道的那些物種，同一個物種，比如說就是鼠類，越靠近赤道，它的壽命就會越短，靠近高緯度就會越長，溫度會嚴(yán)重的影響。

假如說我們能有一種方法，系統(tǒng)性的降低我們的體溫，你也可以延年益壽，至少我們知道速凍是可以的，直接凍起來不死了，當(dāng)然也失去了新陳代謝的所有的體征了。另外，盡可能的減緩你的能量的釋放，減緩你的新陳代謝。

所以，很多運(yùn)動員為什么短命，我指的是那些劇烈運(yùn)動的運(yùn)動員，就是這個道理，因?yàn)樗玛惔x更快，磨損的就快，所以他壽命都不會很長。所以，最健康的方法就像我一樣，站樁、靜坐，很健康，你們可以試一試。

三、進(jìn)化

人類對于規(guī)律的偏移

剛才講的是很多的物種，你們可能會想人肯定是這樣的，一生心跳15億次，但是這個數(shù)字正在悄然的發(fā)生變化，真正你去統(tǒng)計(jì)人一生心跳的次數(shù)，已經(jīng)是所有動物的兩倍，又出現(xiàn)了一個異常值，這個是為什么呢？

其實(shí)最主要的原因就是我們?nèi)祟愐呀?jīng)不是一般意義上的人了，我們是人類3.0。因?yàn)檎嬲目萍嫉牧α科鋵?shí)在一點(diǎn)讓我們?nèi)祟惏l(fā)生蠕變，至少在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上是這樣。以前在農(nóng)耕時(shí)代，的確是15億次左右一生的心跳，但是現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到的30億次，其實(shí)壽命更長了，因?yàn)榭萍嫉牧α繒脑煳覀兊娜祟愖陨怼?/p>

另外從一點(diǎn)反映，我們?nèi)祟惖哪芰看x如果維持生存，什么都不干，你的能量代謝是一個什么水平呢？相當(dāng)于一顆白熾燈泡的代謝水平，其實(shí)很低很低的，但沒有哪一個人愿意像一個白熾燈泡一樣生存，因?yàn)槿祟愑刑嗟挠阋_車，你要坐飛機(jī)，你要去聽課，所有的一切其實(shí)都在代謝能量。

所以我們現(xiàn)在的人已經(jīng)不僅僅是一個單純意義上的人，而更多的是一個被社會、被科技所改造過的人，所以我們已經(jīng)是在從2.0邁向3.0的進(jìn)化的過程之中了，只不過我們不自知而已。

那么談到科技，就不得不談另一種非常有意思的復(fù)雜系統(tǒng)，也是一個耗散結(jié)構(gòu)這種東西，就叫做城市。因?yàn)楝F(xiàn)在90%以上的科技創(chuàng)新和50%以上的人口都在城市中居住和誕生，城市這樣一個虛無縹緲的東西，是不是也具備非常宏觀的準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)規(guī)律呢？答案是肯定的，這也是最近的一些發(fā)現(xiàn)，在規(guī)模法則里面。

我們會發(fā)現(xiàn)，城市很多的變量也服從規(guī)模法則，只不過它跟生物體不一樣的是，不再是0.75，而是一個大于1的冪指數(shù)，1.15次冪，就像右邊這個公式所展示的，我們就會發(fā)現(xiàn)，很多城市的總體的變量會隨著規(guī)模的增長呈現(xiàn)一個大于1的冪指數(shù)的規(guī)�？s放的規(guī)律。

包括比如說GDP，比如說專利總數(shù)，一個城市新申報(bào)的專利的數(shù)目，再比如說總工資，這些東西都是一個1.15次冪的數(shù)值。

還包括一些負(fù)面因素，比如說犯罪、艾滋病的患病數(shù)等等這些負(fù)面的東西，也是呈現(xiàn)一個1.15次冪。

怎么理解1.15次冪，特別是它大于1意味著什么？其實(shí)仍然我們還可以做一些數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)，你會發(fā)現(xiàn)方程兩邊除X，左邊就變成了人均的GDP，人均的專利數(shù)量，人均的總工資，人均的犯罪數(shù)，人均的艾滋病患者數(shù)，人均的環(huán)境破壞的程度。

因?yàn)槭谴笥?，所以右側(cè)就變成了0.15，是個正數(shù)，所以正數(shù)意味著X越大，規(guī)模越大，該值就會越大。這就意味著城市規(guī)模越大，你的人均的GDP越高，財(cái)富越多，你就有更多的機(jī)會，而且科技創(chuàng)新也就越多，這就是為什么所有的現(xiàn)在的畢業(yè)生，無論國家怎么號召要去支援農(nóng)村，要去支援小城市，沒人聽你的，因?yàn)槿说谋拘�，因�(yàn)槿司?cái)富會更多在大城市里面，這就是為什么北上廣深，仍然是一個畢業(yè)生首選的地方的原因，這是正面因素。

負(fù)面因素意味著什么呢？剛才說的犯罪數(shù)，艾滋病案例還有環(huán)境污染等等也會呈現(xiàn)一個1.15次冪的法則，那就意味著城市越大，就會有更大的概率去碰到犯罪，更多的概率去被感染疾病。

所以，正面和負(fù)面是在同時(shí)發(fā)生的，在享受城市給我們帶來的財(cái)富增長的同時(shí)，你會經(jīng)理更大的風(fēng)險(xiǎn)，而這些意味著城市的新陳代謝的節(jié)奏，城市的步伐是在不斷的加速的。

之前我給大家展示的，生物體它的心跳頻率、一切的快慢都會呈規(guī)模而遞減，負(fù)1/4次冪，越大跳的越慢。

但是反過來，1.15次冪就意味著所有的一切能量、時(shí)間都會呈現(xiàn)加速，也就是規(guī)模越大，會越快，就是左邊這張圖，展示的是他們在各個人口規(guī)模不同大小的城市，來去測人們行走的步伐的快慢，所以越大的城市發(fā)現(xiàn)人們平均走的步伐就會越快，跟趕命一樣，停不下來，所有人都是匆匆忙忙，一臉的冷峻，尤其是北京的早上，你要想擠個地鐵，你就能親身的體會到這一點(diǎn)，城市越大生活越緊張。

反過來，如果你去鄉(xiāng)村去觀察一下人們的步伐，非常的悠閑，經(jīng)常會看到這樣一個場景，幾個老大媽坐在村門口，蹲個馬扎嗑瓜子，然后開始聊八卦，聊一天，這就是他們一天的生活。

為什么會是這樣？你可能會覺得農(nóng)村人沒文化，他們沒有上進(jìn)心，不是這樣的，其實(shí)是有你所在的城市規(guī)模大小所決定的，這就是科學(xué)的魅力，跟你的個體行為沒有什么太大關(guān)系，是一個宏觀的規(guī)律性的東西。

更進(jìn)一步的，城市超線性的，也就是1.15次冪的規(guī)模法則，還意味著恐怖的東西，接下來跟你分析。

接下來稍微有一點(diǎn)數(shù)學(xué)，但是也很簡單，我們來看左邊這張圖，剛才我們曾經(jīng)見過，生物體是個新陳代謝，也就意味著有流入有流出，同樣的道理，對于城市來說，你也可以看成一個大水缸，這樣的話你的人口規(guī)模，就是水缸里面的蓄水量，而你的新陳代謝，就是GDP、財(cái)富創(chuàng)造、犯罪總數(shù)，所有這些量你可以認(rèn)為都跟新陳代謝是有關(guān)的，因?yàn)樗磻?yīng)的是人類的活動，所以活動越大，越快，那就是新陳代謝越高，所以就相當(dāng)于流入這個量。

另外，還有一個流出這個量，城市的流出意味著，你要用一些能量，用一些代謝出來的東西，要去維護(hù)這個東西的存在，有些設(shè)施被損壞，你就要去維修，這叫維護(hù)，這兩個量，一個流入一個流出，它們兩個規(guī)則縮放法則是不一樣的，流入的量是1.15次冪，流出的量是1次冪，是一個線性的，所以就必然會導(dǎo)致這兩者的不匹配，最終的結(jié)果怎么樣呢？它存在著兩個解，這非常不一樣。

一種解是上圖所示的超指數(shù)增長，就是在有限的時(shí)間內(nèi)，一下會增長到無窮大，這個縱坐標(biāo)是城市的人口，或者是你可以用財(cái)富，你也可以用犯罪數(shù)等等這些量去衡量，反正是一個總量，總量都會呈超指數(shù)的增長，在有限的時(shí)間內(nèi)爆炸。

另外一個解是徹底反過來叫崩潰，它會走向死亡。到底什么時(shí)候膨脹，什么時(shí)候崩潰，這取決于初始條件和那些系數(shù)，這些系數(shù)又跟整個社會的科技發(fā)展水平是密切相關(guān)的。

所以，最后你把這些都揉在一起，得到一個什么樣的結(jié)論呢？我們就能夠得到一個城市長期的這樣一種生長規(guī)律。

首先，按照這個方程，我們就會發(fā)現(xiàn)，城市是首先按照一個超指數(shù)的規(guī)律去發(fā)展，就是這條紅線所展示的，本身它就會在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個人口無窮大，可是我們顯然不會看到這樣一種現(xiàn)象，道理很簡單，你要想維持無窮大的人口，那可不是幾億，幾十億，是無窮大，那你一定會需要無窮大的能量去提供給他，食物、水這些資源，但是這種資源顯然是有限的，所以必然會存在一個時(shí)間點(diǎn)，就是紅色曲線的終點(diǎn)這塊，這個時(shí)候，你的資源就無法去維持，所以就很容易發(fā)生跌落，就會發(fā)生崩潰、死亡。

所以，我們看到在中國很多內(nèi)陸地區(qū)像內(nèi)蒙古、東北都會出現(xiàn)鬼城，空城，就是類似于這種現(xiàn)象，就是跌落和崩潰的表現(xiàn)。

可是人顯然不會長期的允許這種崩潰存在下去，因?yàn)槿耸菚^地逢生的，是會進(jìn)行科技創(chuàng)新、科技革命的，所以正是在跌落的過程當(dāng)中，就逼迫著人類不斷的進(jìn)行科技創(chuàng)新，發(fā)明新的技術(shù)、新的產(chǎn)品出來。

于是，人們就會把方程之中的系數(shù)給進(jìn)行重置，把系數(shù)給換掉，那么一換掉我們就會發(fā)現(xiàn)，雖然它還是在沿著超指數(shù)規(guī)律的增長，在一個有限的時(shí)間點(diǎn)內(nèi)還是會達(dá)到無窮，可是就會比剛才原軌跡，就是那條虛線展示的軌跡把它往后延遲了，也就是說讓真正的無窮大的點(diǎn)又往后延遲，又可以很好的存活一段時(shí)間。

但是，演化以后，人口還是在增長，增長一定程度以后，資源仍然是不夠的，于是又可能發(fā)生崩潰，于是同樣的故事上演，人類就不得不再次發(fā)明新的技術(shù)，科技革命，這個周期跌宕起伏，不斷的去把無窮大的點(diǎn)往后拖延，也就是我們看到的一波一波的科技創(chuàng)新。

而且還有一個很重要的特征，按照它的方程這么規(guī)劃的規(guī)律，我們就會發(fā)現(xiàn)，兩次重大科技革命中間的時(shí)間間隔，是在不斷的變小，你回想一下整個人類的發(fā)展史是不是這樣，絕對是這樣的。

發(fā)生第一次工業(yè)革命大概是200、300年前，發(fā)生第二次工業(yè)革命電力革命大概是100年前，發(fā)生信息革命50年前，所以間隔100、50已經(jīng)變小，而互聯(lián)網(wǎng)革命，間隔又是變成30年左右，移動互聯(lián)網(wǎng)大概是10年左右，人工智能大概5年，一切重大科技革命都是在時(shí)間越來越短，看見這么一個趨勢。

最后，這又意味著什么？兩個時(shí)間間隔就會越來越短的時(shí)候，就好象我們不停的要踩在一個跑步機(jī)上，每一種科技革命就會迫使我們上一個新的跑步機(jī)，越來越快速的科技革命也就迫使我們不停的奔跑在越來越快速的跑步機(jī)上。這就是為什么我們看到我們的日常生活正在不停的加速，有聽不完的課程，收不完短信和e-mail，我就不得不被一種大勢逼迫著我們不停的把我們的生活加速。

加速最后的重點(diǎn)是什么呢？就是奇點(diǎn)臨近，就是在一開始跟大家說的奇點(diǎn)，Geoffrey West通過完全不一樣的方式，也同樣推導(dǎo)出來了奇點(diǎn)臨近這個結(jié)論，因?yàn)橹卮罂萍几锩l(fā)生的時(shí)間間隔不斷的縮短，必然會有一個奇點(diǎn)，已經(jīng)不能再短了，這個時(shí)候會發(fā)生什么？Geoffrey West就認(rèn)為，真正的大崩潰。

所以，在整個《規(guī)�！愤@本書里面，最重要的結(jié)論，也是最駭人聽聞的一個結(jié)論，就是他預(yù)言，人類必然會發(fā)生一個奇點(diǎn)，是不可避免的這種奇點(diǎn)，在這樣的奇點(diǎn)下，會產(chǎn)生什么情況？是兩個方面同時(shí)存在的：

方面一：剛才說了，縱坐標(biāo)可以是財(cái)富創(chuàng)造，科技創(chuàng)新這些東西，它會在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到無窮，這就相當(dāng)于人工智能的起點(diǎn)，不僅僅是人工智能超越人類的能力，人是能造出人工智能，人工智能肯定會具有人一樣的能力，所以人工智能也會創(chuàng)造出人工智能，這就叫超人工智能，所以一旦超人工智能出來了之后，根本就不需要創(chuàng)新了，因?yàn)樗鼤詣拥耐苿铀膭?chuàng)新不斷的進(jìn)行下去，這個就是奇點(diǎn)的含義，其中一方面，它的科技包括它的社會財(cái)富，GDP這些東西都會在有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到無窮大。

方面二：很多負(fù)面的因素，像犯罪、環(huán)境污染、疾病傳播，這些負(fù)面的因素也同樣的按照1.15次冪生長。所以，當(dāng)你發(fā)生科技無限大的時(shí)候，這些負(fù)面因素也會無限大。

所以，發(fā)生奇點(diǎn)臨近的時(shí)候，很奇妙的事件，無限多的財(cái)富同時(shí)意味著無限多的破壞，這是一個什么樣的變態(tài)的世界，不知道，但是很有可能就是在我們能夠有生之年能夠看到這個時(shí)刻，大家拭目以待。

再次讓我們來對比一下我們講到的這些規(guī)模法則，實(shí)際上我們是橫跨了兩種不同的世界，經(jīng)典世界和復(fù)雜世界，一邊是封閉，一邊是開放，一邊是平衡，一邊是非平衡，而且是周期性的發(fā)展，最終會趨向于一個奇點(diǎn)，一邊是秩序，一邊是混沌的邊緣。

雖然通過開放能夠達(dá)到有序，但是最終還避免不了死亡，甚至于崩潰這樣一種世界觀。

自復(fù)制

有沒有新的解法呢？不知道，也許我們可以去借鑒一些生物學(xué)的規(guī)律，這就牽扯到我們下一步的發(fā)展。既然所有的開放系統(tǒng)都避免不了死亡和崩潰，我們有沒有再生的方法呢？其實(shí)自然界是有的，這叫做達(dá)爾文式的進(jìn)化。

在講到達(dá)爾文式的進(jìn)化之前，我們必須要先提到一個著名的人物--馮·諾依曼，馮·諾依曼被稱為計(jì)算機(jī)之父和博弈論之父，這個人很厲害。

但是，相信你們所有人都不知道，因?yàn)榘ê芏鄬＜叶疾惶苁煜�，他�?shí)際上在晚年，還有一個對復(fù)雜性科學(xué)的重大貢獻(xiàn)，就是他想知道，機(jī)器如何進(jìn)行自我復(fù)制，在琢磨這么一個問題。

你可能會覺得為什么要研究機(jī)器的自我復(fù)制問題啊？看看生物學(xué)，直接跟他們學(xué)就完了，但是請你注意這一點(diǎn)，實(shí)際上，馮·諾依曼之所以想研究自復(fù)制問題，他的本質(zhì)原因是想找到一條抵抗熱力學(xué)第二定律，給我們帶來的一種死亡宿命的解決方案，他是想找到這一點(diǎn)。

他首先觀察到的是，所有的人造的系統(tǒng)，無論是計(jì)算機(jī)，還是馬達(dá)，都會不可避免的走向衰敗和死亡，開車你會發(fā)現(xiàn)，隔一段時(shí)間你就要保養(yǎng)你的車輛，不保養(yǎng)就會充滿了各種問題，甚至于連計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，就是我們使用的軟件，特別是Windows用戶，就會發(fā)現(xiàn)，一段時(shí)間不清理你的硬盤，不清理軟件，開機(jī)就會越來越慢，甚至于很容易崩潰，很容易死亡，熱力學(xué)定律會經(jīng)常作用在人造的這些系統(tǒng)上面，很脆弱，很容易就衰敗掉。

可是反觀生物體，你會發(fā)現(xiàn)，他就會演化以后，就會走向有序，變得越來越復(fù)雜，就是進(jìn)化，第二件時(shí)間之箭，所以光知道我們這個系統(tǒng)要開放是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，開放最后還是要死亡，所以怎么辦？生物體已經(jīng)找到解決方案，就是自復(fù)制，因?yàn)樽詮?fù)制雖然個體還是死了，可是你的基因，你的后代保留了下來，所以生物體就找到了一個對抗老天，對抗死亡，對抗宿命，對抗熱力學(xué)第二定律的一種途徑。

復(fù)雜度閾值

馮·諾依曼研究自復(fù)制這個問題，就想找到這個途徑的機(jī)理是什么。他就發(fā)現(xiàn)，存在著一種所謂的復(fù)雜度的閾值，一個關(guān)鍵值，當(dāng)我人造的系統(tǒng)它的復(fù)雜度沒有達(dá)到閾值的時(shí)候，熱力學(xué)第二定律就不可避免的作用在這個上面，讓他一點(diǎn)點(diǎn)衰敗死亡下去，但是當(dāng)你推動這個復(fù)雜度，然后超過了一定的閾值，就有可能使得系統(tǒng)反過來了，變成了是一種進(jìn)化的系統(tǒng)，就像下圖所展示，一個是復(fù)雜度，中間又有一個分水嶺，就是復(fù)雜度的閾值。

這個閾值到底是什么呢？就是自復(fù)制，他就是認(rèn)為，只要你的系統(tǒng)復(fù)雜度能夠讓它完成自復(fù)制的時(shí)候，我就有可能從衰敗走向秩序，走向進(jìn)化，這是他觀察到的這一點(diǎn)。

自復(fù)制的難點(diǎn)

所以，他就開始琢磨，我怎么才能讓一個機(jī)械的、人造的系統(tǒng)能夠具備自復(fù)制的功能，但是你細(xì)細(xì)的思考就會發(fā)現(xiàn)，人一個系統(tǒng)具備自復(fù)制這種能力是非常不簡單的，很難，為什么呢？

你要想把自己平白無故的拷貝一份出來的話，你會怎么做？可能你會想到，我會用一個掃描器，把我身體的每一個細(xì)胞信息的狀態(tài)給掃描下來，同時(shí)我在旁邊再造一個自我，一定會有一個掃描的過程，因?yàn)槟阋截愃行畔ⅰ?/p>

可是，你要完全這個掃描過程，你就會發(fā)現(xiàn)一個矛盾點(diǎn)，就是掃描器怎么掃描？掃描不了自己，就像每一個人都沒有辦法看到自己的眼睛一樣。你也不能用耳朵聽到你耳朵的聲音嗎？聽不見的。存在著這樣一個悖論，因?yàn)檫@里面要想包含他自己的話，也就是說他自己里面還要有一個自己，就像這張圖所展示的一樣，它會無窮的延伸下去。

所以一牽扯到自復(fù)制，就意味著無窮，所有的人造的系統(tǒng)都是有限的，怎么才能實(shí)現(xiàn)這種無窮呢？所以自復(fù)制是一個很難解決的問題。

自復(fù)制的非平凡特性

可是，20世紀(jì)的數(shù)學(xué)其實(shí)已經(jīng)暗含了解決方案，這里面就牽扯到一個非常重要的數(shù)學(xué)上的概念，就叫做自指�？赡苣銓@個概念很陌生，很糊涂，你看看右邊這張畫你就能知道自指的含義了，就是給你一種不可能的感覺�！侗I夢空間》那個電影，就充滿了不可能性�，F(xiàn)實(shí)的生命就是這樣一種自指系統(tǒng)，就像兩只手互相畫，到底這個手是誰畫出來的，其實(shí)是它自己，這個看起來是一種表面上的不可能性。

可是數(shù)學(xué)家們卻找到了一種可能的途徑，這種途徑就叫做奎因，他是一個大數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家。數(shù)學(xué)家們曾經(jīng)利用奎因的技巧，實(shí)現(xiàn)了若干種自指的數(shù)學(xué)結(jié)論，可能你們有的人會聽說過一些，大概給大家講一下，包括羅素悖論，它又牽扯到說謊者，我說的這句話是假話，那這句話到底是真的還是假的，你會發(fā)現(xiàn)你認(rèn)為它是真的時(shí)候就是假的，你認(rèn)為它假的時(shí)候就是真的，反正它老是跟你對著干，就是一個很奇怪的自指悖論。

自復(fù)制的機(jī)器

而現(xiàn)在馮·諾依曼告訴我們，自指這個數(shù)學(xué)上的非常重要的命題，也是跟自復(fù)制問題密切相連，通過奎因這種技巧，我們就可以出現(xiàn)一個自復(fù)制機(jī)器，就像下圖所示，他已經(jīng)把它給設(shè)計(jì)出來了。

到底是怎么完成這種自復(fù)制的呢？其實(shí)也不難理解，它其實(shí)就是下述原理：這個機(jī)器要分成兩部分，由兩部分組成：一部分是機(jī)器，另一部分是設(shè)計(jì)圖紙。這個就像剛才那個掃描器一樣，首先要記載了關(guān)于這個機(jī)器的絕大部分信息，但是并不包含它自己，因?yàn)橐话约河肿兂蔁o窮了。

于是要完成自復(fù)制會怎么做？首先，第一步是要把圖紙復(fù)印一份，這個很簡單，復(fù)印機(jī)一掃描就OK了。

第二步，機(jī)器要能夠根據(jù)圖紙?jiān)僭斐鰜硪粋�機(jī)器，這個是一個很關(guān)鍵的一點(diǎn)，只要把這樣的兩個東西偶合在一起，圖紙加機(jī)器看成一個整體的系統(tǒng)，你這個系統(tǒng)就可以完成一個自復(fù)制的功能了，這個就是馮·諾依曼發(fā)現(xiàn)的這樣一個奧秘存在。

機(jī)器與生命的對比

請注意，馮·諾依曼發(fā)現(xiàn)這個時(shí)間點(diǎn)可是早于1953年的，1940幾年的時(shí)候就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有這些東西了。而到了1953年，也就是在他去世前后，沃森和克里克就發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，而且進(jìn)一步的對生物學(xué)的探討，人們也就認(rèn)識到，實(shí)際上生物體細(xì)胞要完成自復(fù)制，恰恰就實(shí)現(xiàn)了一個馮·諾依曼的自復(fù)制機(jī)器，他們倆的邏輯框架簡直就是一模一樣的，所以馮·諾依曼這是一個神來之筆，他能夠洞悉到生物界的奧秘之所在，而且可以做一個精確的映射。

比如說在生物體里面，圖紙就對應(yīng)為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的AGCT這個編碼，就是一張生命的圖紙，機(jī)器就是細(xì)胞體本身，整個的自復(fù)制過程就相當(dāng)于細(xì)胞的有絲分裂自復(fù)制的過程，所以能夠形成一個嚴(yán)格的對應(yīng)，這就是自復(fù)制的邏輯之所在。

有了這個自復(fù)制邏輯，還離抵抗熱力學(xué)第二定律還差一步，怎么去完成進(jìn)化呢？恰恰是因?yàn)闊崃W(xué)第二定律，就有可能使得一個自復(fù)制的系統(tǒng)產(chǎn)生達(dá)爾文式的進(jìn)化。

這個機(jī)器在自復(fù)制的過程當(dāng)中，可能會由于環(huán)境的因素會受到一些擾動，有可能發(fā)生在機(jī)器的上面，也有可能發(fā)生在圖紙的上面，發(fā)生在機(jī)器的上面的時(shí)候，機(jī)器就壞掉了，就導(dǎo)致了死亡，這個是不幸的。

但是一旦擾動發(fā)生在圖紙上面，它就有可能跟原來的機(jī)器不一樣，一旦再造出來機(jī)器，還具備自我復(fù)制能力的話，就會發(fā)現(xiàn)這個就是一個優(yōu)良物種，是一個全新的物種，而這種全新的物種就有可能比老機(jī)器更好的適應(yīng)環(huán)境，達(dá)爾文進(jìn)化也是這套原理。

自復(fù)制與達(dá)爾文式進(jìn)化

回顧一下，達(dá)爾文進(jìn)化無非就這么幾點(diǎn)，首先要有遺傳，就是把DNA復(fù)制下去。

第二，DNA在遺傳的時(shí)候會變異，也就是圖紙對圖紙的擾動。

第三，擾動有可能導(dǎo)致好的結(jié)果和不好的結(jié)果，那就看自然選擇，老天爺會讓哪些存在下來。

于是，經(jīng)過這樣的迭代，自然界就創(chuàng)造出來了豐富的物種多樣性，這就是生物學(xué)反觀機(jī)器也是的這樣的。

我們其實(shí)不妨可以把基因突變也進(jìn)行這樣的比較。因?yàn)橥蛔兺耆且驗(yàn)榄h(huán)境的熱噪聲所引起的，所以為什么熱帶的生物體死得早，是因?yàn)橥蛔兊囊部�，會發(fā)生變異，所以越熱環(huán)境的噪聲，那些震動就會越大，所以就導(dǎo)致AGCT編碼在操作過程之中會出現(xiàn)錯誤和變化，所以它的突變也恰恰是由于熱力學(xué)第二定律的影響導(dǎo)致了這種突變。

只要這個突變發(fā)生在圖紙上面，就會創(chuàng)造全新的機(jī)器出來，而這種機(jī)器就有可能比老的機(jī)器會更具有進(jìn)化的天賦。

最后，我們給出一個評價(jià)，實(shí)際上自復(fù)制這樣一個復(fù)雜度的閾值，它是可以讓熱力學(xué)第二定律變廢為寶的，就像剛才說的，因?yàn)槟愕臒嵩肼暤母蓴_，可能發(fā)生在圖紙上面，基因上面，這就使得衍生出來的新物種具備了新的功能。

因此，熱力學(xué)第二定律很有可能變成進(jìn)化的動力來源，從而抵抗熱力學(xué)的衰敗，而不停的復(fù)雜，有秩序下去。

層級：生命的輪回

最后一個階段是層級的產(chǎn)生。我們知道現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)，生物世界存在著大量的層級結(jié)構(gòu)，比如說，單細(xì)胞生物體可以相互組合，形成多細(xì)胞的生物體，多細(xì)胞的物種，我們?nèi)梭w來看，也是一個很多層級的系統(tǒng)，由細(xì)胞構(gòu)成組織，組織構(gòu)成器官，器官構(gòu)成了人體。

社會系統(tǒng)也是這樣，人構(gòu)成了公司或者是組織，然后又形成了城市，又形成了國家，總是具備這種層級化的結(jié)構(gòu)，這些層級化的結(jié)構(gòu)是怎樣產(chǎn)生的呢？這里面牽扯到一個所謂的內(nèi)共生理論，它講述了很多有意思的故事。

我們知道，現(xiàn)在的多細(xì)胞生物體，里面有多細(xì)胞器，有些細(xì)胞器就很有意思，比如說下圖右上角黃色的像鞋一樣的東西，叫做線粒體，線粒體很特別，因?yàn)榫�粒體內(nèi)部也有它自己的染色體，就是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，而且自己也有自己的細(xì)胞膜，這個細(xì)胞膜又是有兩層，有一個內(nèi)層膜，有一個外層膜，兩層還是很不一樣。

還有一些細(xì)胞器，比如說葉綠體也是類似的，有自己的DNA，有自己的細(xì)胞膜，為什么會這樣？就好像線粒體或者是葉綠體就像一個自己的獨(dú)立的細(xì)胞一樣，可以在真核生物體里面存在，為什么會形成這樣？

內(nèi)共生理論

有一位科學(xué)家叫林恩·馬古利斯，她提出了一套叫做內(nèi)共生理論。她認(rèn)為，實(shí)際上在遠(yuǎn)古時(shí)期，多細(xì)胞真核生物形成的早期，其實(shí)是真核細(xì)胞要去把線粒體本來是一個獨(dú)立的小型的細(xì)胞，一個生物體，它實(shí)際上是大細(xì)胞要把小細(xì)胞吞掉，可是在吞噬的過程當(dāng)中，并沒有完全把他消滅掉，而是跟它維持了一個長期的存在，共生了下去，這就是內(nèi)共生理論原因。這樣一種共生就會導(dǎo)致線粒體還有葉綠體就可以長期的和細(xì)胞維持了一個存在，形成了一種共生的關(guān)系。

一方面線粒體是一個相當(dāng)于細(xì)胞的電廠一樣，所以它就給細(xì)胞供應(yīng)能量，而這個細(xì)胞又對線粒體這樣一個非常脆弱的小細(xì)胞提供了一個保護(hù)作用，很難被外界的復(fù)雜的環(huán)境摧毀掉，這個故事還可以迭代，不停的發(fā)生下去，也就是說，是一個大細(xì)胞吞掉一個小細(xì)胞，形成一個大組織，這個大組織又可以進(jìn)一步吞噬其它的小細(xì)胞，形成組織，組織套組織，就會形成非常復(fù)雜的層級結(jié)構(gòu)，這就是內(nèi)共生理論所給我們講述的這樣一個生物進(jìn)化的不一樣的故事。

有很多的證據(jù)去支持內(nèi)共生理論，比如說，每一個細(xì)胞器都會有相應(yīng)的獨(dú)立的DNA結(jié)構(gòu)。另外，雙層膜也是一個證據(jù)，原因就是在于外表面的那層膜實(shí)際上是大細(xì)胞的膜，而內(nèi)表面的膜是原來的小生物體的膜。

從更大的視角看合作與競爭

而且，從一個共生的角度來看，我們會對合作和競爭有一種全新的認(rèn)識，比如說包括我們以前說合作就是利他，但實(shí)際上站在一個宏觀組織的角度去看，實(shí)際上合作就是促使更大的組織的形成。反過來競爭當(dāng)然就是一種分裂，就是促使組織不能夠形成，也就是組織的衰退。所以從這個角度來講，我們對競爭和合作就有一個全新的認(rèn)識，而內(nèi)共生理論就告訴我們，其實(shí)最寶貴的恰恰是競爭的弛豫，也就是把競爭無限的拖延下去，最終形成了一種合作，一種內(nèi)共生的模式，就像細(xì)胞吞噬線粒體一樣維持下去，這樣就能夠形成一個全新的個體。

這個實(shí)際上在人類歷史上也存在著一些例子，比如說在二戰(zhàn)期間，曾經(jīng)有一支法國軍隊(duì)和德國軍隊(duì)，形成了一種對抗的局面，這兩支軍隊(duì)都是遠(yuǎn)離大部隊(duì)了，他們在一個荒山僻野發(fā)生這種交鋒，結(jié)果長時(shí)間好幾個月過去了，一直得不到總部的消息，所以就導(dǎo)致了這兩支軍隊(duì)誰也不跟誰打仗了，甚至于最后他們形成了合作，我給你做飯，你幫我挑水，類似于小兩口過得還挺好，形成這樣一種局面，這就是所謂的競爭的弛豫。

所以，在我們的日常生活里告訴我們，很多時(shí)候當(dāng)你產(chǎn)生矛盾當(dāng)然是不可避免的，這時(shí)候有的時(shí)候拖延其實(shí)是一種很好的現(xiàn)象，因?yàn)槟阃涎酉氯サ脑�，維持這種競爭關(guān)系存在，就有可能形成一個全新的個體，形成高層級的組織。

所以，這樣一種從混沌、聚集、新陳代謝、進(jìn)化、層級的產(chǎn)生，就會迭代的不停的發(fā)展下去，然后形成這種高級別的組織以后，你又可能回到原點(diǎn)。因?yàn)槟愕拿恳粋�高層級多細(xì)胞的組織又變成了單元，一個個體，于是這些單元和個體之間又會發(fā)生一定的聚集行為，從而形成一個更大的整體，于是這個故事就會進(jìn)一步的發(fā)生下去，不停的周而復(fù)始的循環(huán)，這就是我們所看到的紛繁復(fù)雜的世界。

四、小結(jié)

最后，我講課已經(jīng)到了尾聲，讓我們來做一個大的總結(jié)。首先我們會發(fā)現(xiàn)，簡單規(guī)則會導(dǎo)致復(fù)雜涌現(xiàn)的行為，這就是一個反直覺的例子，就是復(fù)雜行為不一定非得是復(fù)雜的規(guī)則和設(shè)計(jì)，它可以來源于很簡單的規(guī)則。

第二，所有的涌現(xiàn)和復(fù)雜都是發(fā)生在混沌與秩序的邊緣，你要巧妙的平衡這兩種力量。

第三，開放和流動能夠創(chuàng)造有序，就像貝納對流實(shí)驗(yàn)，所有的這些有序的結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，雖然它內(nèi)部都是瞬息萬變，看起來虛無縹緲，但是它背后卻有著驚人的、可以用數(shù)學(xué)去刻畫的規(guī)模法則。

第四，我們可以從完全新的視角來去理解生物體的自復(fù)制這種能力，它實(shí)際上是可以將熱力學(xué)第二定律變廢為寶，變成是一種進(jìn)化的力量，從而抵抗大自然的熱力學(xué)第二定律。

第五，層級的涌現(xiàn)會導(dǎo)致生命周而復(fù)始的循環(huán)，不停的形成更大的、宏觀的層級結(jié)構(gòu)。

課程目錄：

01 開放與耗散結(jié)構(gòu)

02 耗散結(jié)構(gòu)與克萊伯定律

03 人類社會與奇點(diǎn)臨近

04 自復(fù)制與達(dá)爾文式進(jìn)化

05 層級；生命的輪回

06 總結(jié)