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未来50年 · 第十七节

《未来50年》第十七节

湍流难以从理论上认识:控制方程虽已知百年,但状态空间是无穷维的,画不出吸引子;统计力学的成果只适用于热力学平衡态,远离平衡的复杂系统则无从下手。

湍流难以从理论上认识:控制方程虽已知百年,但状态空间是无穷维的,画不出吸引子;统计力学的成果只适用于热力学平衡态,远离平衡的复杂系统则无从下手。费曼曾指出,我们尚看不出方程的定性内容。计算机或许是出路,它能绘制高维图形、抽象自组织规律;但若计算机的理论工作超出人类理解,我们可能沦为旁观者,就像那些无法由人检验的计算机证明的定理和深蓝的棋步一样。费米最早产生这种感觉,冯·诺伊曼的高速计算机工作使计算机实验成为可能。

考夫曼转而追问“生命是什么”:尽管已有基因组草图,我们仍不知道细胞如何活起来。薛定谔1944年的同名著作讨论了生命秩序的起源,指出秩序来自量子力学支撑的共价键和非周期晶体(即DNA),这一预见被沃森和克里克证实,但并未回答“生命是什么”。考夫曼提出新问题:什么物理系统能成为“自治行为者”——即能在环境中为自己活动的系统(如逆梯度游动的细菌)?他的暂定答案是:能自我繁殖并实现至少一个热力学功循环的物理系统。他承认这一定义带有循环性,但类比牛顿f=ma和达尔文自然选择的定义循环,认为循环不妨碍科学意义。他还设想了具体的化学实现:能自我复制的DNA或蛋白质片段,加上由焦磷酸盐分解与光子驱动电子再合成构成的功循环分子发动机。

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