David Pines·湧現:21世紀科學的統一主題 4

後來 Physics Today 雜誌上的一篇書評[7]將這個列表擴展到了通信、經濟和工程領域。阻挫(Frustration)是自旋玻璃中的一個關鍵概念,Peter Wolynes 和他的合作者最近發表了一篇綜述《生物分子中的阻錯》(Frustration in Biomolecules),對這個概念及其許多應用進行了全面的回顧[7]

                                                                                     圖4. 不同的雪花 | 圖片來源:Wilson Bentley

聖塔菲研究所舉辦了兩次研討會,明確討論了如何採用一般方法來理解湧現行為。由 Simon Levin、密歇根大學的 Carl Simon 和我共同組織的“複雜適應系統中的湧現行為模型”研討會(200712月),邀請了兩個聖塔菲研究所早期的領導者菲利普·安德森和 John Hopfield,並介紹了其未來的主席 Jerry Sabloff

這次會議由 ICAM (Institute for Complex Adaptive Matter,複雜自適應物質研究所)共同主辦 ,這是一個在線分佈式的機構。ICAM 的目標是研究量子、軟物質和活系統中的湧現行為,其研究策略受到聖塔菲研究所和前面提到的由 Laughlin 和我合著的論文啟發。

20139月,ICAM 與聖塔菲研究所共同主辦了一個後續研討會“科學與社會中湧現行為的中間路徑” ,由聖塔菲研究所科學委員會的四個成員組織,分別是約翰·霍蘭、Simon Levin、Don Saari 和我[8]


這些研討會向科學界提出了許多關於湧現的大問題。其中一個重要問題是以科學為基礎的”湧現”方法來解決社會問題。終極挑戰是建立一個基於湧現的框架來處理重大社會問題——一個協議或戰略,可以為政策提供信息並幫助設計和評估解決我們社會所面臨的重大問題的實驗。這是迫切需要的,以便在我們面臨前所未有的社會和環境挑戰時,科學可以更有效地為決策提供信息。

4. 湧現、聖塔菲研究所和科學的統一

20世紀上半葉,人們持續不斷地努力尋找科學中更廣泛的統一,並將自然科學和人文科學聯繫起來。著名科學家和哲學家 Philipp Frank 就是致力於此的領導人物,為了紀念他1957年從哈佛大學退休,Frank曾經的博士生和哈佛同事 Gerald Holton 組織了一次會議,名為“科學與現代世界觀——通向對科學和人文學科的共同理解 ”,在刊於2004年的回憶錄中[9]Holton 如此描述這次會議:

“在那次會議上的一次演講中,與大多數人不同的是,羅伯特·奧本海默(Robert Oppenheimer)也許有先見之明、也許是過早地預言,目前統一科學這一目標已難以實現:‘這可能是一個問題,在我們的時代是否有一種方法能夠實現更廣泛的統一。這種統一只能建立在一個完全不同於我們大多數人在談論文化的統一時想像的結構之上...... 我們可以尋求的統一實際上存在於兩種事情當中。一個是,以如此可怕的非人類的速度來到我們面前的知識具有一定的秩序。第二個很簡單,我們可以一起進餐。我們自己,以及通過我們的交談,可以創造的不是全局視角的宏大架構,而是一個包含親密關係、知識啟迪和理解的龐大而複雜的網絡。’”

半個多世紀后,我們現在能夠回應奧本海默(他是我的導師),雖然在科學知識中有許多形式的秩序,但21世紀的科學家們確實有統一的範式的和共同的目標:理解以不同形式出現的湧現行為。我們共享的關於湧現的觀點,以及我們獲得和利用知識的方式將我們聯繫在一起,並提供了一種方法彌合科學家和人文學者的鴻溝。我們這些聖塔菲研究所的學者可以說是奧本海默的遺產之一,可以繼續努力使得他描述的“晚餐談話”成為現實,讓聖塔菲研究所成為合作的平台,通往“親密、啟迪和理解”的統一網絡。

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