本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
物理学家米切尔·费根鲍姆于6月30日去世,享年74岁。他接受过粒子物理学家的培训,后来成为混沌和复杂性领域的先驱,这两个领域重叠之多,以至于我称之为“混沌复杂性”。在20世纪70年代中期,费根鲍姆发现了隐藏的秩序,称为倍周期分岔,它是许多非线性系统的基础。费根鲍姆发现,一些非线性系统的周期——它们返回原始状态所需的时间——随着它们的演化而不断翻倍,因此迅速接近无穷大(或永恒)。倍周期分岔发生在许多现实世界的系统中,例如水龙头从稳定的滴水发展到湍急的喷涌。我在1994年采访了费根鲍姆,结果发现他对计算机正在创造一场革命性的“新科学”的说法持令人惊讶的怀疑态度,这种新科学可以为从大脑到经济的复杂系统提供深刻的见解。这种说法, 是混沌复杂性炒作的主要内容,已被 “大数据”的倡导者重新提起。”以下是我在 《科学的终结》中对费根鲍姆的肖像的编辑版本。——约翰·霍根
当我见到米切尔·费根鲍姆时,他在洛克菲勒大学,他的办公室宽敞,可以俯瞰曼哈顿的东河,他看起来就像人们所说的天才。他有着宏伟的、超大的头颅和后掠式的头发,像贝多芬,但更英俊,不那么像猿猴。费根鲍姆说话清晰、精确,没有口音,但带有一种奇怪的正式感,仿佛英语是他通过纯粹的才华掌握的第二语言。(弦理论家爱德华·威滕的声音也具有这种品质。)当感到有趣时,费根鲍姆并没有太多微笑,而是做鬼脸。他本已突出的眼睛更加从眼眶中鼓出来,他的嘴唇向后剥开,露出了两排棕色的、钉状的牙齿,被无数支无过滤嘴的香烟和浓缩咖啡(两者都是我们在会面期间他消费的)染成了棕色。他的声带,经过数十年接触这些毒素的熏陶,发出一种像男低音profundo一样丰富而共鸣的声音,他的笑声是一种低沉的、恶棍般的窃笑。
像许多混沌复杂性学家一样,费根鲍姆忍不住嘲笑粒子物理学家胆敢认为他们可以实现“最终理论”或“万物理论”。他说,粒子物理学家有一天很可能发展出一种理论,可以充分解释自然界的所有力,包括引力。但是称这样的理论为“最终”又是另一回事。“我的许多同事喜欢最终理论的想法,因为他们是宗教人士。他们用它来代替他们不相信的上帝。但他们只是创造了一个替代品。”
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费根鲍姆说,物理学的统一理论显然不会回答所有问题。“如果你真的相信这是一条理解世界的道路,我可以立即问:我如何在这个形式体系中写下你的样子,包括你头上所有的头发?”他盯着我,直到我的头皮发麻。“现在,一种答案是,这不是一个有趣的问题。” 违背我的意愿,我感到有点被冒犯了。“另一种答案是,好吧,这没问题,但我们做不到。正确的答案显然是这两种互补的合金。我们只有很少的工具。我们无法解决这样的问题。”
此外,物理学家过分关注寻找仅仅是真实的理论,从某种意义上说,它们解释了可用的数据;科学的目标应该是产生“你头脑中的想法”,“很有可能是新的或令人兴奋的,”费根鲍姆解释说。“那才是 理想的目标。”他补充说:“至少就我而言,知道某件事是真实的并没有任何安全感。我对那个完全漠不关心。我喜欢知道我有一种思考事物的方式。”我开始怀疑费根鲍姆,就像大卫·玻姆一样,拥有艺术家、诗人,甚至神秘主义者的灵魂:他追求的不是真理,而是启示。
费根鲍姆指出,粒子物理学——以及一般物理学——的方法一直是检验现实的最简单方面,“在那里一切都被剥离了”。最极端的还原论者认为,观察更复杂的现象仅仅是“工程”。但由于混沌和复杂性方面的进步,他说,“人们过去认为属于工程学范畴的某些东西现在被认为是更理论的角度提出的合理问题。不仅仅是为了得到正确的答案,而是为了理解它们是如何工作的。甚至你可以理解最后一句评论,这与理论完成的意义背道而驰。”
另一方面,混沌也产生了太多的炒作。“将这门学科命名为‘混沌’是一个骗局,”他说。(这个术语是数学家詹姆斯·约克在20世纪70年代中期创造的。)“想象一下,我的一个[粒子物理学]同事去参加聚会,遇到一个人,这个人对混沌滔滔不绝,并告诉他这种还原论的东西都是胡说八道。好吧,这令人非常愤怒,因为这个人被告知的事情完全是愚蠢的,”费根鲍姆说。“我认为人们马虎是很遗憾的,他们最终成为了代表。”
费根鲍姆补充说,他在圣塔菲研究所的一些同事对计算机的能力抱有过于天真的信念。“证据就在布丁里,”他说,然后停顿了一下,似乎在考虑如何外交地进行下去。“在数值实验中很难看到事物。也就是说,人们想要更高级的计算机来模拟流体。模拟流体可以学到一些东西,但除非你知道你在寻找什么,否则你将看不到任何东西。因为毕竟,如果我只是看看窗外,那里的模拟比我用计算机能做的任何模拟都好得多。”他朝他的窗户点了点头,窗外铅灰色的东河在流淌。“我无法像那样敏锐地审问它,但是那个数值模拟中有很多东西,如果我不知道要审问它什么,我就什么也学不到。”
由于这些原因,“圣塔菲的许多工作都没有得到答案。原因是,这些都是真正困难的问题,而且人们没有任何工具。而这项工作真的应该是做那些需要一些信念和运气的有见地的计算。人们不知道如何开始做这些问题。”
我承认我经常被混沌和复杂性领域的人的言辞搞糊涂。有时他们似乎在描绘科学的局限性——例如蝴蝶效应——有时他们暗示他们可以超越这些局限性。
“我们正在构建工具!”费根鲍姆喊道,他的眼睛惊恐地鼓了出来。“我们不知道如何解决这些问题。它们真的很难。我们时不时地得到一个小口袋,在那里我们知道如何做,然后我们试图把它尽可能地膨胀出去。当它到达它要到达的边界时,人们就会在那里徘徊一段时间,然后他们就不再做了。然后人们等待一些新的见解。但这确实是扩大科学统治范围的业务。它不是 从工程学的角度完成的。它不仅仅是为了给你一些近似的答案。”
“我想知道为什么,”他继续说道,仍然硬硬地盯着我。“为什么这东西会这样做?”
这种事业有可能,嗯,失败吗?“当然!”费根鲍姆吼道,然后他疯狂地大笑起来。他坦言,最近自己也陷入了困境。直到20世纪80年代末,他一直在寻求改进一种方法,以描述像云这样的分形物体在受到各种力的扰动时如何随时间演变。他写了两篇关于这个主题的长篇论文,于1988年发表在相对晦涩的物理学期刊上[参见此处和此处]。 “我不知道它们被阅读得有多好,”费根鲍姆挑衅地说。“事实上,我从来没有能够就它们发表演讲。”他暗示,问题可能在于没有人能理解他。(费根鲍姆以晦涩难懂和才华横溢而闻名。)从那时起,他补充说,“我没有更好的想法知道如何继续进行下去。”
与此同时,费根鲍姆转向了应用科学。工程学。他曾帮助一家地图公司开发软件,用于自动构建空间扭曲最小且美观度最高的地图。他隶属于一个委员会,该委员会正在重新设计美国货币,使其不易被伪造。(费根鲍姆提议使用分形图案,这种图案在复印时会变得模糊。)我注意到,对于大多数科学家来说,这些听起来像是令人着迷且有价值的项目。但是,如果熟悉费根鲍姆以前作为混沌理论领导者身份的人,如果他们听说他现在从事地图和货币工作,可能会认为……
“他不再做严肃的事情了,”费根鲍姆轻声说道,仿佛自言自语。不仅如此,我补充道。人们可能会认为,如果混沌领域中可以说是最有天赋的人都无法继续前进,那么也许这个领域已经走到了尽头。“这有一定的道理,”他回答道。他承认,自1989年以来,他真的没有任何关于如何扩展混沌理论的好主意。“人们一直在寻找重要的东西,而目前……”他停顿了一下。“我没有想法。我不知道……”他再次将他那双大而明亮的眼睛转向窗外的河流,仿佛在寻找某种迹象。
感到内疚,我告诉费根鲍姆我很想看看他关于混沌的最后几篇论文。他有重印本吗?作为回应,他猛地从椅子上站起来,疯狂地冲向办公室另一侧的一排文件柜。在途中,他的胫骨撞到了一张低矮的桌子。费根鲍姆痛苦地皱着眉头,咬紧牙关,一瘸一拐地向前走去,被他与世界的碰撞所伤。这一幕是对塞缪尔·约翰逊著名踢石头事件的怪诞颠倒。咖啡桌似乎在幸灾乐祸:“我以此反驳费根鲍姆。”
我与费根鲍姆的会面让我相信,混沌复杂性永远不会达到它的炒作程度。混沌复杂性学家创造了强大的隐喻:蝴蝶效应、奇异吸引子、分形、人工生命、混沌边缘、自组织临界性。他们稍微扩展了某些领域的知识边界,并在其他地方更清晰地描绘了边界。但他们没有告诉我们任何关于世界既具体又真正令人惊讶的事情。
费根鲍姆是对的,计算机是工具,而不是魔杖。无论它们变得多么强大,它们都无法帮助我们获得对自然的任何深刻见解——当然,没有哪一个可以与达尔文的进化论或量子力学相提并论。它们不会迫使我们的现实地图或创造叙事发生任何重大修订。它们不会揭示默里·盖尔-曼所说的“其他东西”,例如斯图尔特·考夫曼假设的反熵力。
事实上,通过赋予科学家以多种不同方式模拟自然现象的能力,计算机可能会破坏我们对任何给定理论都是真的、绝对真实的信念。如果有什么不同的话,计算机可能会加速反讽科学的扩散,并加速经验科学的终结。
延伸阅读
另请参阅我在我的免费在线书籍身心问题 中对斯图尔特·考夫曼的简介,以及与斯科特·阿伦森、斯蒂芬·沃尔夫勒姆和爱德华·威滕的问答。