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深奥的简洁

深奥的简洁

教育与育儿 · 2026-04-30 · 重点提炼
📖 书籍介绍
各位好,今天我们讲的这本书叫作《深奥的简洁》。 选择这本书来讲真的是有很大的风险。第一,因为这本书涉及的理论,实在是特别深奥和有趣,我可能把握不好,讲错了大家多担待。在发现错误的过程当中,你们多参与进来,也是一个很好的学习过程。 第二个这本书很有可能听不懂。因为对很多人来讲,觉得混沌分形复杂系统本身就是非常难搞的一些事;第三个就是听懂了也觉得没什么用,我们了解的大自然是怎么来的,了解了我们整个的人类社会是怎么样发展的,这个跟我们自身有什么样的关系呢?所以很有可能这本书会遇到这样的问题。
🔑 核心要点
01

这个过程涉及胚胎表面在成长早期一个关键阶段中,促进与抑制化学物质的扩散。没有人能证明这就是动物外表图案形成的方式,但如果以这种方式解释,形成的图案就是我们所见的那样。不是来自于出生以后,而是来自于胚胎形成的过程当中,你就知道这个早期的细微差别有多么的可怕。根据奥卡姆剃刀原则,在大多数情况下最值得信赖的经验法则,是在没有其他足够理由的情况下,我们应当选择最简单的那个答案。就是如果这个解释最简单,根据奥卡姆剃刀原则,我们应该相信这个最简单的原则。

02

这就是对于堵车原理的解释,你会发现我们一会儿讲动物,一会儿讲天体一会儿讲堵车,竟然都是遵循着同一套数学模型,这就是叫作深奥的简洁的原理。那这里边还有什么可以解释呢?人类的经济,经济活动极其复杂,这里边一定有1/f噪声的作用,然后恐龙的灭绝,各种物种的灭绝等等,都是与此相关的。

03

因此根据这两个定律,1860年的时候,鲁道夫·克劳修斯提出了熵这个概念,熵是干吗的呢?就是用来度量混乱程度的。你比如说这个屋子,在我们开始进来之前是很整洁的。但是由于人进来了,这里边产生了能量的交换,然后它就变得越来越乱,这就是一个熵增的过程。凡是收拾过家的人都会知道,这个家如果你不去管它的话,它就会不断地熵增,就混乱度会不断地增加。所以宇宙未来发展的方向是达到热寂,英文叫作heat death,就是到最后所有的这些能量,慢慢地转化成热量然后散发掉,最后变成一个苍凉的宇宙。

04

但是反熵增的过程需要消耗大量的能量,牛顿的物理定律当中都有一个问题,就是它们没有一个时间指向的问题,你比如说,牛顿认为这个力量从上到下发生了,那么同样的公式反向它也是可以出现的。但是我们在热的交换的过程当中,你会发现我们总是看到热由高温的一端向低温的一端传递,但是我们从来没有见过从低温的一端向高温的一端传递。

05

在1959年的时候,美国的科学家爱德华·罗伦兹发现了蝴蝶效应,因为那个时候已经有了计算机计算。有一天他在做这个计算的时候,他要出门,他说干脆不要从头算,因为从头算又得花那么长时间,他从中间找了一个点,开始又运行这个程序计算。结果等他出去一个小时,办完了事回来以后发现,计算的结果跟之前的模拟完全两回事。就是那个天气预测就太不靠谱了,差了很大,他说怪了,这个没多大区别,我就从重复过的这个点出来计算的?后来仔细地检查,他发现他在从这个点开始计算的时候,他只选择了小数点后三位数字,因为在一开始的时候,他用的是小数点后三位数字,计算机里边默认的是用小数点后六位数字在算,就是这么一点千分之一的差距,最后导致计算的结果完全不同。

06

你要有足够的耐心,要扔很多下骰子,扔到最后你会发现神奇的现象就是,这些点最终会被吸引到这个谢尔宾斯基三角形当中去,就是它们会构成谢尔宾斯基三角形的这个图案。这里边要注意的就是你要有足够的耐心,而且你得保证它一定是随机的,甚至这个作者说,你都不要去轻易尝试计算机,因为计算机给出的未必是一个真正的随机数,就是用扔骰子的方法就可以看到这个谢尔宾斯基三角形浮现出来。

07

那你说我们了解了这个东西,有什么好处呢?我们拿它来解释一下都市里边堵车的问题。就是好端端地前面没有发生车祸,为什么会堵车?令人意外的,或者到现在为止也不太意外了,当不同大小的城市被装入箱子,在与相对应的人口数画成对数图的时候,得到的也是一条直线。所以就是说,不论以整个世界或者特定区域来做,结果都一样,人类聚居于城市的行为遵循幂次定律。就是大城市,像北京上海这样的城市几千万人,然后小的地方小到二三十万人,你说为什么呢?为什么这人口分布会差别这么大呢?它是符合1/f噪声的。我只要说符合1/f噪声,就是符合幂次定律的意思。

08

那么科学家发现堵车也遵循幂定律,我们讨论的堵车模型发生于高速公路,或者没有阻碍的马路上,任何驾驶员都知道,当车子少的时候交通顺畅,一旦车子太多就会堵车。问题在于,如果一辆车因任何原因刹车,他只要跟前面贴得近,他就要刹车,他立刻会使后面的每辆车都慢下来。而且你注意车子减速比加速容易,加速的时候慢,减速的时候快,一脚急刹车砰就刹住了。

可借鉴执行优化

那这里边我们可以学会两个经验,第一个不需要特殊巨大的事件,就能够产生堵车。就是说,我过去就觉得很奇怪,我说北京这是个环路,没有红绿灯,每一个车在那儿走,前面的车跑得快,后面的车跟着,前面那车到出口就出去了,它怎么会堵呢?但是只要刹车,只要前面那车一脚刹车,它可能很快就跑掉了,但这个刹车会往后不断地累积,越往后这些人越慢,最后符合1/f噪声的原理,最后就堵上。所以当你开到前面说什么事,没有任何事,就是堵了。

你要有足够的耐心,要扔很多下骰子,扔到最后你会发现神奇的现象就是,这些点最终会被吸引到这个谢尔宾斯基三角形当中去,就是它们会构成谢尔宾斯基三角形的这个图案。这里边要注意的就是你要有足够的耐心,而且你得保证它一定是随机的,甚至这个作者说,你都不要去轻易尝试计算机,因为计算机给出的未必是一个真正的随机数,就是用扔骰子的方法就可以看到这个谢尔宾斯基三角形浮现出来。

所以庞加莱因为是一个特别天才的数学家,他说如果我们能够掌握整个宇宙的所有信息,那么我们一定能够精确地计算出宇宙的下一步到底会发生什么。就是我所有的信息都知道了,我一定能够算得出来,但问题是这个是没法做到的。原因是只需要有一点点极其微小的区别,因为它衍生和迭代的这个指数,幂次的过程非常长,到最后所计算出来的结果就会完全不一样。

但是你能够想到,最后这个钢珠会去哪儿呢?一定会去到碗底,在碗底的那个地方,就是最小能量最大熵的地方,就是系统当中的这种变化,最终会进入到一个最小能量,它停在了那个地方,那个地方就叫作吸引子。请大家一定要记住吸引子这个词,因为吸引子对于后边所有解释的问题都是关键性的作用。这个漩涡就是水流当中的一个吸引子,所以这些木屑就会在这个漩涡上,不断地转不断地转然后转完,转到一定的程度它才慢慢地流下去。当你把这个水流加大了以后,这些漩涡可能会被冲散,但是有可能在别的地方形成更大的漩涡。

人体是生命体,生命体可以实现反熵增的行为,就是我们可以把混乱的东西变得有秩序。比如说叶子可以经过光合作用,把混乱的大气当中,所拥有的这些太阳能这些东西,二氧化碳最后变成生命体,这是一个反熵增的过程。

就好像我们换一个角度想,一个盒子中间隔着一道帘子,然后盒子这边有一半的粒子空气粒子,然后这边是真空的,当我把这个帘子撤掉了以后,那么大家都能够想象得到一定是,这边的粒子慢慢地碰撞碰撞碰撞,弥漫了整个的这个空间,那么有没有可能它也具有时间的指向性,就是它可以回去呢?它可以从一个完整的盒子,慢慢地这些粒子回归到原始的状态,回到帘子那一边呢?在现实生活中,我们几乎不可能看到这个状况,后来有人就说有没有这种可能?

这里边重点,别的听不懂不要紧,听到自我引用这件事就知道了。就是混沌系统当中,一定要有自我引用的这个现象。就好像我们说幂次法则,就是为什么一个公司能够做成指数型的公司,因为第一次发展的结果是第二次发展的基础,这是叫自我引用。我迈出一步,我再迈出第二步,假如我迈出的第二步和第一步没关系,那就是线性的活动;但是假如我迈出的第二步一定比第一步大一倍,那就是自我引用。所以一旦产生了自我引用,最终就会走向混沌的这个方向。

这是一个最简单的分形,那你说这有什么意思呢?我们来看一个相对复杂一点的,接下来这个叫作谢尔宾斯基三角形,谢尔宾斯基三角形这里边可以有一个很好玩的游戏,大家可以在家里边玩。这是一个黑色的三角形,那么我们在这个黑色三角形当中,倒着再做一个白色的三角形,那就变成了第二个,就抠出来了一个白色的三角形,然后就形成了三个黑色三角形,然后三个黑色三角形当中,都分别抠出一个白色的倒三角形,那就变成了更多的黑色三角形。然后我们在每一个黑色三角形当中——你看自我引用同样的方式——不断地在黑色三角形当中,抠出一个倒的白色三角形,最后所形成的这个缤纷的花纹,这个就叫作谢尔宾斯基三角形。

📋 书中案例
案例 1

但是反熵增的过程需要消耗大量的能量,牛顿的物理定律当中都有一个问题,就是它们没有一个时间指向的问题,你比如说,牛顿认为这个力量从上到下发生了,那么同样的公式反向它也是可以出现的。但是我们在热的交换的过程当中,你会发现我们总是看到热由高温的一端向低温的一端传递,但是我们从来没有见过从低温的一端向高温的一端传递。

案例 2

在研究这些热力学定律的过程当中,庞加莱发现了一个很有意思的现象,就是由几乎相同状态发展出来的系统,可以很快地演变成完全不同的结果。这个什么意思?你比如说两滴水,在山间的小溪里边这么一块儿走,两滴水,它们俩是亲兄弟,然后挨在一起这么一起往前跑。

案例 3

在1959年的时候,美国的科学家爱德华·罗伦兹发现了蝴蝶效应,因为那个时候已经有了计算机计算。有一天他在做这个计算的时候,他要出门,他说干脆不要从头算,因为从头算又得花那么长时间,他从中间找了一个点,开始又运行这个程序计算。结果等他出去一个小时,办完了事回来以后发现,计算的结果跟之前的模拟完全两回事。就是那个天气预测就太不靠谱了,差了很大,他说怪了,这个没多大区别,我就从重复过的这个点出来计算的?后来仔细地检查,他发现他在从这个点开始计算的时候,他只选择了小数点后三位数字,因为在一开始的时候,他用的是小数点后三位数字,计算机里边默认的是用小数点后六位数字在算,就是这么一点千分之一的差距,最后导致计算的结果完全不同。

案例 4

你比如说我们把一个钢珠,放在一个碗里边,在这个碗边上扔一个钢珠下去,你会发现那个钢珠在这个碗里边,不断地跑不断地跑使劲地跑,这个跑的过程当中它没有均衡,就它始终没有达到这个平衡状态,所以它不能叫作吸引子。

案例 5

我们的海岸线测不准它的具体的长度,那同样,跟我们的身体也有这样的联系,大家能够想到什么?我们的身体内具备的分形,比如说我们的动脉和静脉,尤其是我们的肾脏上的这个血管。它怎么样能够在我们的体内不占据那么大的空间,但是起到那么大的作用,然后能够分布到全身需要的这种地方?这个是非常神奇的事。也就是说,大自然在创造我们这些物种的时候,它是有数学规律的。这些简单的数学规律,通过自我引用和不断地迭代,最后形成了我们今天这样复杂多样性的完全不同的结果。

案例 6

就是说它周围的那个东西的分布,和我们地球上这些东西的分布,是差不多类似的状态。然后它是用来模拟天上星星碰撞的,那个尺度就是比马铃薯要放大无限倍,依然是符合幂次的定律,是有一个斜率存在的。这个东西有一个非常重要的名词,叫作1/f噪声,什么叫1/f呢?就是比较重大的事件,比如说地震海岸线延展,或者是马铃薯碎片比较罕见,就是比较重大的事件比较罕见,你可以用事件发生概率等于1,除以其尺寸的某个指数来描述这个现象。

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