领会科学之美 诺贝尔物理学奖得主带你探索无序世界隐藏的规律

南方网讯 巨型鸟群没有指挥,为什么在极速中阵型变幻莫测?看似复杂无序的表象下,是否隐藏着简洁普适的恒定规律?

诺贝尔物理学奖得主乔治·帕里西在其著作《随椋鸟飞行:复杂系统的奇境》中,道出复杂系统背后的简单秩序,更深刻影响信息优化、机器学习、人工智能等领域的发展。乔治·帕里西对理解复杂物理系统作出了开创性贡献,他发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互作用。

本书中,乔治·帕里西以风趣幽默的语言,深入浅出地介绍自己获得诺奖的关键性成果。生动有趣的研究经历与巧思,带领读者重返科学探索的第一现场。这里没有一条公式,只要带上好奇心,就能与一位思维与众不同的物理学家,一同飞入复杂系统的奇境,化脑洞为现实,感受天马行空的想象力与科学的确定之美。

作者介绍

乔治·帕里西(Giorgio Parisi),意大利物理学家,罗马大学教授。2021年因复杂系统方面的研究荣获诺贝尔物理学奖。

研究兴趣广泛,主要贡献为发现无序体系中的隐藏规律,对复杂系统理论具有开创性意义,并扩展至生物学领域,如解释鸟群集体飞行的规律。同时,其有效的数学描述方法深刻影响21世纪神经网络、信息优化、机器学习、人工智能等领域的发展。

名家推荐

如果说寻找无序体系中的规律像在黑夜中探索,那么帕里西的理论就像是普罗米修斯的火种,带来了最初的光明。

——金瑜亮,中国科学院理论物理研究所研究员

复杂科学最大的魅力就在于它可以揭示出椋鸟、自旋玻璃、神经网络等看似无关现象背后的普遍规律。让我们跟随诺贝尔奖得主乔治·帕里西教授的脚步,进入复杂科学的奇境,体验横跨不同领域复杂系统中的“遥远的相似性”。

——张江,北京师范大学教授,集智俱乐部创始人

在《随椋鸟飞行》一书中,乔治·帕里西教授向大家展现了复杂性的奇境。同时,通过他简洁而深刻的描述,我们还能发现帕里西教授追求科学的初心,纯真而深邃。他在任何情境下,都相信复杂的表象背后,存在着简单、普适的基本规律,都坚持对事物本质内核的关注和挖掘,这在我们今天更加纷繁复杂的世界中,尤具教益。

—— 狄增如,北京师范大学教授

一本告诉了我们物理学是实验科学的书,一本循序渐进地介绍了科学研究方法的书,一本将科学作为有价值的文化来捍卫的书,一本探讨了科学发展与人类未来的书。

——星河,科幻作家,中国科普作家协会科学文艺委员会主任,文津图书奖评委

非常优美的研究,非常优美的文字。真正好的研究,就是能从细节发现宇宙真理。毫无疑问,复杂性研究是当今最重要的研究领域,我很希望持续学习跟进这一领域进展。

——郝景芳,科幻作家,雨果奖得主

复杂系统领域致力于探索纷繁复杂的世界里蕴含的简单规律,乔治·帕里西是该方面的顶尖科学家。在这本书里,他既坦露了科学探索的心得体会, 又讲述了很多有趣的经历。我是几乎一口气读完的,而且时不时捧腹大笑。

——严钢,同济大学教授

书摘

椋鸟的飞行让我格外着迷,因为这是一条重要线索,既关系到我的研究,也与现代物理学许许多多的研究息息相关,就是弄明白一个由众多相互影响的成分(参与者)组成的系统的行为。

椋鸟定位的这一特点让我们获得了一个完全意想不到的结果:椋鸟之间的相互作用与其说取决于它们之间的距离,不如说取决于距离最近的鸟之间的联系。

在物理学和数学领域,为首次了解一项新事物需要付出巨大努力,但通过各种步骤得出的结论却又简单而自然,此二者之间的不平衡往往令人大跌眼镜。工作完成后,科学研究就像诗歌创作一样,没有任何迹象表明创作过程的艰辛,以及与之相伴的怀疑与彷徨。

物理学,从牛顿万有引力定律开始(“两个物体之间的引力与距离的平方成反比”,你还记得吗?),已经习惯性地认为相互作用取决于距离。直到这些实验数据把结果摔到你的脸上,你才意识到距离在决定相互作用的强度上起到的只是边缘作用。

我们的研究彻底改变了此前用于研究鸟群、羊群和其他动物群体的范式。事实上,在我们的工作之前,人们理所当然地认为相互作用取决于距离。然而,从我们的工作开始,大家就必须意识到相互作用总是发生在相邻最近的个体之间。但也许最有趣的结果是,这是一个具体的例子,明确地表明人类可以同时跟踪数千只鸟的位置,还能从中提取有用信息以了解动物的行为。

思想总是像回旋镖一样,从一个方向开始,却在另一处结束。如果获得了有趣且不同寻常的成果,那么这一成果很可能被应用于让人始料未及的领域。

科学建立在实验证明、分析论证和定理的基础之上。然而,在科学建构的基础上,还有不可胜数的直觉推理。

科学是一幅巨大的拼图,每一片适得其所的组成部分都能为其他部分的加入创造更多的可能性。在这幅巨大的马赛克拼图中,每个科学家都在为之添砖加瓦,自觉地做出了自己的贡献,当他们的名字终被遗忘时,后来者会爬上他们的肩膀,极目远眺。

我们可以想象这样一个关于科学事业的生动比喻。夜间,一群水手在一个不知名的岛屿登陆,他们在海滩上生起篝火,开始观察周围的事物。他们在篝火上放的木头越多,可见的区域也就越大;但在此之外,总有一片神秘的区域,被笼罩在漆黑之中,几乎无法察觉。远处火光的微弱光芒打破了这片死寂,但随着篝火亮度的增强,那片神秘的区域却变得越来越大。我们越探索宇宙,就会发现越多需要探索的新区域,每次发现都让我们能够提出许多以前我们绝对无法想象的新问题。

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