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原文作者： John Gribbin

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　　这个世界似乎相当复杂。尽管仗着现代科技的帮助，我们的生活仍必须时常提防突如其来的意外事件︰随机发生的地震、毫无预警的股市震盪，以及永远会出现失误的天气预报。然而，生命本身似乎才是宇宙中最复杂的现象。那么，我们该如何看待这一切？在这本充满智慧和启发性的书中，科普大师约翰‧葛瑞宾说明了复杂其实很简单，并解释生命如何由简单系统中突现。

　　《深奥的简洁》是第一本涵盖了蝴蝶效应、盖娅理论，以及各种关于混沌与复杂概念的全书。它让我们知道，即使是看来完全随机的行为深处，也只是遵循简单的因果规律，基本上就和牛顿三百年前发现的简单法则一样。然而，系统对这些基本法则的敏感反应结合了回馈，就能解释为什么踩一次煞车会造成交通阻塞、基因的微小变异或是环境的些许改变可使某物种以截然不同的方式发展，以及为什么微小的气压变化可以造就剧烈的天气变化，甚至还能解释最复杂的系统——人类——如何从宇宙中的常见物质演化出来。

《群星的低语：宇宙的拓扑与秩序》 内容提要： 本书是一部跨越多个学科边界的宏大叙事，致力于探索宇宙结构、信息流转以及生命在其中所扮演的独特角色的深刻奥秘。它不仅仅是一部天体物理学的科普读物，更是一场对“存在”本质的哲学追问。作者以严谨的科学论证为基石，辅以极具洞察力的类比和精妙的图解，带领读者深入到时空本身的褶皱之中，揭示隐藏在日常经验之下的宇宙底层代码。 第一部分：时空织物的张力与涟漪 本书的开篇聚焦于爱因斯坦广义相对论的最新诠释及其对现代宇宙学的颠覆性影响。我们不再将引力视为一种简单的力，而是理解为时空几何本身的弯曲。第一章详细剖析了引力波天文学的兴起，如何通过捕捉黑洞合并和中子星碰撞产生的“宇宙涟漪”，为我们提供了一种全新的感官去“聆听”宇宙的脉搏。特别地，本章引入了“时间晶体”的理论模型，探讨是否存在一种超越传统热力学限制的、具有周期性自发对称性破缺的物质结构。 第二章深入探讨了宇宙大尺度结构的形成机制。通过对星系团、纤维状结构和巨大空洞的观测数据分析，作者构建了一个“宇宙网络”模型。这个模型强调了暗物质和暗能量在塑造结构中的核心作用。在此基础上，我们审视了“宇宙热力学第二定律”在宇宙尺度上的表现。熵的增加是否意味着信息的最终消散？或者，在某些特定的拓扑结构中，局部熵减的区域是如何维持其复杂性的？ 第二部分：信息守恒与量子纠缠的边界 本书的中间部分转向了物理学中最令人困惑的前沿——量子力学与信息论的交汇点。作者摒弃了对量子力学解释的传统争论，转而聚焦于信息在量子系统中的量化和传输。第三章详细介绍了“量子比特”作为宇宙基本信息单元的概念，并将其与经典信息论中的香农熵进行对比。我们探讨了著名的“黑洞信息悖论”，并提出了一种基于全息原理的解决方案——宇宙或许是一个巨大的、二维边界上的信息投影。 第四章是关于量子纠缠的深入研究。纠缠态不仅是量子计算的基础，更是对“定域性”这一经典物理学基石的根本挑战。本书通过复杂的数学工具（如冯·诺依曼熵和张量网络）来描述多体系统的纠缠结构，并推导出在极高维度空间中，某些特定的纠缠模式可能预示着微观物理定律的统一。作者提出了一种大胆的假设：宇宙的连续性可能只是宏观的错觉，而底层是由离散的、高度纠缠的信息单元构成的。 第三部分：复杂性涌现与生命图景 在理解了时空和信息的基本构成之后，第五章将视角投向了复杂性的涌现——生命。作者认为，生命并非物理定律的偶然产物，而是系统在特定条件下（如能量梯度驱动）对信息进行高效处理和自我复制的必然结果。本章运用非线性动力学和耗散结构理论来分析生命系统的稳定性。我们审视了从化学到生物学的演化过程，重点关注“突变”作为一种随机信息输入如何被环境选择机制所引导，从而实现复杂性的阶梯式攀升。 第六章是关于宇宙中潜在生命形式的思辨。不局限于碳基生命，作者构建了一个基于不同计算架构和能量捕获机制的“生命类型矩阵”。我们探讨了在极端环境（如气态巨行星内部或脉冲星的磁场中）可能存在的非传统生命形态的可能性。同时，本章也回顾了费米悖论的最新进展，并从信息熵耗散的角度重新解读了“大沉默”——也许先进文明的最终形态，是进入了一种极度低熵、信息交换速率极慢的“静态优化”状态。 结语：拓扑与认知的闭环 最终章总结了全书的论点：宇宙是一个巨大的、自我组织的拓扑结构，其所有现象——从引力场到生命意识——都可以被视为信息在特定边界条件下的最优流动和编码方式。本书以对人类认知的局限性的反思作为收尾。我们所感知的“现实”，是我们的感官系统对这些深层拓扑结构的一种有效、但必然简化的映射。理解宇宙，就是理解信息是如何被编码、处理和最终自我反馈的。 本书特色： 跨界融合： 深度整合了宇宙学、量子信息论、复杂系统科学和演化生物学的前沿成果。 严谨推导： 包含对前沿数学模型的简化阐释，确保了科学的深度和准确性。 宏大视野： 引导读者超越日常经验，以宇宙尺度和时间跨度来审视我们所处的位置。 推荐读者： 对宇宙的终极结构、信息本质、以及生命在物理定律下如何涌现出复杂性有浓厚兴趣的科学爱好者、物理学专业学生以及哲学思考者。阅读本书需要一定的数学和物理学基础，但作者的叙事技巧和类比能力将使复杂的概念变得清晰易懂。

作者简介

约翰．葛瑞宾（John Gribbin）
　　
　　英国剑桥大学天文物理学博士，曾任职于《自然》科学期刊、《新科学人》杂志，也曾在《时代》杂志、英国《卫报》与《独立报》发表过科学文章。
　　
　　目前身分为畅销科普作家、《新科学人》杂志物理顾问，以及英国萨塞克斯大学（University of Sussex）天文学访问教授。
　　
　　其着作曾获英、美多种奖项肯定，并译成三十多种语言广为流传。
　　
　　包括《寻找薛丁格的猫》、《盖娅乐章》和《霍金传》等等；也与妻子玛莉．葛瑞宾（Mary Gribbin）合着《生而为人：从演化舞台中走来》、《国民科学须知》。

　　目前与妻子住在英国，育有两子。

译者简介

马自恆

　　曾任中央研究院资讯科学研究所副研究员。
　　
　　毕业于国立台湾大学资讯工程学系学士、美国范德堡大学（Vanderbilt University ）计算机科学博士。

　　研究兴趣为计算方法设计、图论、图论演算法、半序。

　　合译有《没有时间的世界》（商周出版）。

〈出版缘起〉开创科学新视野 ／何飞鹏
〈译序〉 由混沌孕育出生命 ／马自恆
〈前言〉 蕴含于复杂中的简洁

第一章 混沌中的秩序
●亲自实验的伽利略●牛顿与莱布尼玆的争执●放诸四海皆准的定律●上帝一定是个差劲的钟表匠●自由意志是否存在●时间的方向●「功」与「能」的转换●苍凉的宇宙热终结●稍稍偏离平衡状态，就能由混沌中产生秩序●等上比宇宙年龄还要长的时间●两种选择●牛顿的担心不无道理

第二章 重返混沌
●充满山谷、洞穴、山丘的景观●庞加莱得奖●「天气预测工厂」●蝴蝶效应●小行星造成了我们的存在●月亮扮演稳定器的角色●宇宙是对自身最快速的模拟器

第三章 秩序衍生混沌
●水龙头的节奏●自我类似的模式中的模式●4.6692016……●自以为是平面的线●碎形与混沌之间的关联●第一个在人类科技中出现的混沌例子●DNA食谱●无限长的海岸线●碎形维度●曼德布集合●触发混沌的拓朴学概念●我们体内的碎形

第四章 混沌的边际
●耗散系统下的稳定状态●班纳得的六角形对流胞●重力场具有负能量●时间的箭头由重力决定●现代电脑的基础●对宇宙最简短的叙述，就是宇宙本身●描述生物发展的数学工具●涂林扩散反应●时间的箭头不停地前后翻转●「除了在最深的羞辱中崩溃，别无选择」●「贝洛索夫－扎鲍廷斯基反应」●有趣的情况都发生在混沌边缘●动物外表图案的产生●图案决定于胚胎发育早期●胚胎发育过程中发生的改变，是可以想像出最微小的「变异」●「要了解演化如何进行，我们必须先了解所涉及的形态发育过程」

第五章 地震、物种灭绝与突现
●地震的发生遵循幂次律●海岸线的碎形维度●超越尺度的冰冻马铃薯●1／f杂讯储存了资讯●观察长期趋势的重要●电脑上模拟的塞车模型●经济与地震遵循相同定律●大灭绝的合理原因●物种的消失，是否是超越尺度的？●着名的「沙堆模型」●保持在临界状态●系统中临界点构成的网路●一瞬间发生的相转移●生命无可避免地会出现●细胞运作的基因网路●每一种细胞对应于某一特殊状态回圈●「我们是大自然表达更深刻秩序的产物」

第六章 生命的面相
●同一物种之间的竞争●借由「赛局理论」思考这种天择效应●「红后效应」●位于混沌边缘自我组织的「生态网」●永无止境的景观改变提供了数不清的演化机会●有性生殖能加速演化●「间断平衡」与「渐变主义」之间根本没有冲突●史尼本与巴克的「极端动态」模型●将掠食者与猎物加入赛局中●比较两种物种灭绝的模型●物理环境与生物环境息息相关

第七章 远方的生命
●找出生命形态的广义属性●用鱼竿在撒哈拉沙漠找鱼●「我最得意的发明」●维持地球温度的温室气体●雏菊世界中的平衡●当系统被视为整体时，控制演化的定律将变得更简单●地球气候的自我规律●海洋与陆地之间的双向回馈机制●冰河期改变的週期●减轻温室效应冲击的点子●彗星带来的生命之雨●星体与星际媒介之间的双向运作●生命与无生命之间的界线●寻找其他盖娅●深奥的简洁可以制造出表面的复杂

序言

复杂的简洁

　　我们居住的世界似乎是个复杂的地方，即使存在一些似乎永恆的真理（苹果总是掉到地下而不是天上，太阳总是由东边升起而不是西边）。尽管仗着现代科技的帮助，我们的生活往往仍必须提防突如其来的意外事件。气象预测既是科学也是艺术；地震与火山爆发随机发生，难以预料；股市震盪总没有固定的模式。打从伽利略开始（约从十七世纪起），科学发展的突飞勐进大多忽略了这些复杂的问题，而专注于简单的部分，试图解释为什么苹果往下掉与太阳为什么从东方升起。

　　科学进步是那么地迅速，到了二十世纪中叶，所有简单的问题都有了答案。广义相对论与量子力学解释了宇宙在大尺度与小尺度中的运作机制，而对于DNA的结构以及它们在遗传复制机制中的了解，使得生命与演化可以在分子层次上简单地被解释。但在人类尺度的复杂——在生命的层次——依然存在。生命是如何从无生命体中产生的这个最有趣的问题，依然无解。不令人意外，宇宙中最难以用传统科学探索、最复杂的生物，就是人类。我们可能是宇宙中最复杂的事物，因为在原子这些较小的尺度中，个体以相当简单的方式彼此互动，而当许多原子以复杂又有趣的方式连接，才会产生像人类这样复杂又有趣的生物。但这过程不能无限地持续，因为如果愈来愈多的原子结合在一起，它们的整体质量将使得重力压垮一切的有趣结构。一个原子或是水分子的结构比人类简单，因为其中只有少许的内在结构；一个星球或是星球内部也比人类简单，因为重力把所有的结构都压垮了。这就是为什么科学能告诉我们很多关于原子行为与星体内部的运作方式，而难以描述人类的行为。

　　当简单的问题被解答了，很自然地，科学家会试图挑战复杂系统中更困难的问题。虽然早先曾有零零星星针对这些难题所做的勇敢尝试，但直到强大、快速（以当时的标准而言）的电子电脑在一九六○年代出现后，我们才得以真正了解复杂人类世界的运作。这些新发展在一九八○年代中期之后渐渐引起更多注意，特别是在普里戈金（Ilya Prigogine）的《混沌中的秩序》（Order out of Chaos）与詹姆士‧葛里克（James Gleick）的《混沌》（Chaos）出版之后。当时我忙着写作有关旧科学的丰功伟业，虽然也想要了解关于混沌与复杂的概念，但那实在令人头痛，因此我多半抱持着观望的态度。

　　然而，经过了十年，混沌理论没有消失，也没有人以容易了解的方式将之诉诸文字，因此我决定自己着手进行，这表示我必须阅读所有相关书籍，并自行吸收理解。过程中，我发觉它其实一点也不难。相对论与量子力学刚被建立时，大家都以为只有专家才能懂，但两者都建立于简单的概念，即使是门外汉，只要不深究那些数学运算也都能理解。而混沌与复杂具有同样的特性，这点也没什么好惊讶的。但当我终于知道它是怎么一回事时，我还是大吃一惊。我的理解是︰重点只在于某些系统（「系统」可以包含的范围很广，像是摆盪的钟摆、太阳系或水龙头的滴水）对于初始条件非常敏感，因此初始「那一剎那」的少许差异，会造成截然不同的结果。此外，还有「回馈」（feedback），回馈使得系统会影响自身的行为。这一切看来太完美了，简单得令人难以置信！。因此我请教朋友中最聪明的拉夫洛克（Jim Lovelock），我是否找对了方向：「是否混沌和复杂所探讨的一切，只是建立于两个简单的概念——系统对初始状态的敏感以及回馈？」他回答：「一点也没错，全都包在里面。」

　　这有点像是说，狭义相对论「全都包在」光速对所有观测者来说皆一致这样的概念。这的确是实情，也很简单易懂。然而，建立于简单事实上的复杂结构相当惊人，需要一些数学背景才能完全体会。就过去对于不具科学背景的人士解释相对论本质的经验，以及明白了在混沌与复杂架构下也是类似的简单真理，我有信心能以浅显的方式介绍这个领域。而这个成果正捧在你的手中，《深奥的简洁》是一本针对一般大众、以由浅入深的简单方式尝试解释混沌与复杂的着作。本书的重点在于，混沌和复杂遵循简单法则，基本上就和牛顿三百年前发现的简单法则一样。某些论调会让你以为四个世纪以来的科学努力被颠覆了，然而，这些新发展却大大不同，它们显示了对简单法则长久累积出的科学认知如何能成功地解释（虽然无法预测）看似无法解释的天气系统、股票市场、地震，甚至人类。我也将试图说服你，混沌与从简单系统突现的复杂，就快要能够解释生命的起源。美国物理学家莫瑞‧格尔曼（Murray Gell-Mann）的一句话也唿应了本书前面引用物理学家理查‧费曼（Richard Feynman）的猜想：我们在周遭世界所见的复杂行为——甚至在生命世界中——只是「＃从深奥的简洁中所浮现出的复杂表象＃」。而支撑着复杂的深奥简洁，正是这本书的主题。

评分☆☆☆☆☆

嗯，这本书《深奥的简洁》，光是听名字就觉得很有挑战性。我常常觉得，很多时候我们被太多的信息淹没，反而失去了抓住事物本质的能力。生活、工作、甚至人际关系，都可能变得越来越复杂，越来越难处理。而这本书，是不是就提供了一种“化繁为简”的解决方案呢？我脑海里浮现出一种可能性，就是它可能提供一些非常实用、非常具象化的方法，帮助我们辨别哪些是真正重要的，哪些是可以舍弃的。也许它会从某个看似微不足道的细节切入，却能揭示出整个系统运作的规律。或者，它会挑战我们固有的思维模式，让我们用一种全新的、更直接的方式去理解问题。我个人很欣赏那种能够用最少的笔墨，却触及最核心的问题的书籍。就像武侠小说里的绝世高手，不靠花哨的招式，而是凭一招制敌，简洁却威力无穷。我非常好奇，这本书到底会从哪个角度切入，给我们带来怎样的“深奥的简洁”的体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书《深奥的简洁》的书名，让我联想到许多我喜欢的艺术家和思想家。他们总是能用最简单的线条、最朴素的旋律、最直白的语言，却创造出令人回味无穷的作品。我猜想，这本书或许也在探讨一种“少即是多”的哲学，或者是一种“返璞归真”的智慧。也许它会引导我们去审视生活中的各种“噪音”，那些不必要的干扰，以及那些让我们分心的事物。然后，它会告诉我们，如何才能在纷繁复杂的世界中，找到属于自己的那份宁静和清晰。我特别喜欢那种能够启迪我独立思考的书籍，它不会直接告诉你答案，而是提供一种看待问题的角度，让你自己去探索、去领悟。我期待《深奥的简洁》能带给我这样的体验，它可能是一场思想的旅程，让我有机会重新审视自己，以及周围的世界。

评分☆☆☆☆☆

我对《深奥的简洁》这本书感到十分好奇，因为它似乎触及了一个我一直以来都在思考的议题。我总觉得，真正的智慧往往是内敛而含蓄的，它不需要用华丽的辞藻来包装，而是体现在一种深刻的洞察力，以及将复杂问题化为简单解释的能力。这本书的书名，恰恰点出了这种特质。我猜测，作者可能是一位非常有深度的人，他能够洞察事物的本质，并且能够用最精炼、最容易理解的方式将其呈现出来。这不像市面上很多“成功学”或者“心灵鸡汤”类的书籍，它们往往用大量的篇幅去宣扬一个浅显的道理，甚至有些夸大其词。而《深奥的简洁》，我期待它能带来一种不同寻常的阅读体验，它可能不会提供立竿见影的“秘方”，但会在潜移默化中改变你的思维方式，让你在日后的生活中，能够更清晰地看到事物的脉络，做出更明智的选择。

评分☆☆☆☆☆

哇，看到《深奥的简洁》这本新书，我真的眼睛一亮！书名就非常有意思，让人好奇到底是什么内容能同时拥有“深奥”和“简洁”这两个看似矛盾的特质。我平常就喜欢看一些能够启发思考、触及灵魂的书籍，所以这本立刻就引起了我的兴趣。我猜想，这本书大概不是那种会用很多冗长的辞藻去堆砌，而是会用非常精炼的语言，却能点醒读者心中那些模糊不清的概念。或许它会探讨一些人生哲学，或是关于创作、学习的某种方法论，但重点在于，它不会让你读得一头雾水，而是能带来一种“啊，原来如此”的顿悟感。想想看，能用最简单的道理去解释最复杂的问题，这本身就是一种极高的智慧，不是吗？我期待它能像一杯甘醇的乌龙茶，入口微涩，回味却无穷，能带给我一种宁静而深刻的思考。而且，台湾的书市上，虽然不乏畅销的轻松读物，但像这样能够让人深度沉浸，并且在简洁中找到不凡见解的书，真的不多见。希望它能像一道清风，吹散我心中一些困惑的迷雾，让我对某些事物有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

听到《深奥的简洁》这本书的名字，我脑海里立刻浮现出一些印象深刻的经典作品。它们往往不会用晦涩难懂的术语，也不会堆砌过多的理论，却能在字里行间透露出深刻的哲理，让人反复咀嚼，每次阅读都能有新的体会。我非常期待这本书能提供给我类似的阅读感受。我猜想，它可能不是一本会讲太多故事的书，也不是一本充满励志口号的书，而是更侧重于一种思维的启发，一种对事物本质的洞察。也许作者会用一些生活中的例子，一些看似简单的现象，来引出一些关于人生、关于宇宙、关于存在等宏大的议题。我希望它能带给我一种“豁然开朗”的感觉，让我们在简洁的表达中，感受到深邃的智慧。在台湾，我们都很喜欢有深度又有巧思的作品，而《深奥的简洁》似乎就符合这样的期待。