这是本什么样的书

 

 

 

巴克先生（Per Bak）通过讲述非常简单的道理，把自然界、社会系统这些很复杂的系统，它的一些共性给找到了。他提炼出来一句很有名的话，就是说：“物理规律是简单的，但是现实世界是复杂的”。所以我们这本书的一个宗旨，就是想要尝试着从这些共性出发，来理解这些复杂性

 

 

李炜：这本书的名字叫做《大自然如何工作》，英文名叫《How Nature Works》。这本书的书名听起来,感觉是一个非常大的题目。这本书的核心概念是什么？它实际上是想要给出一个关于复杂系统的理论，更具体一点说，是关于一个新的学科理论，叫做“自组织临界性”，英文翻译叫Self-Organized Criticality。“自组织临界性”，它首先是一个临界的行为。

 

赵龙峰：临界的行为在物理里面是非常普遍的。

 

李炜：有很多的系统都是物理系统，会通过一个相变的行为，发展一些临界的行为。在临界点的时候，我们会看到很多不同的现象。

 

赵龙峰：有一些脑学科的研究者认为大脑就是处于临界状态的。

 

李炜：再就是，“自组织”是一个什么样的概念？也就是为什么叫做“自组织临界性”？它与统计物理中平衡态的临界性的差别的地方，就在于这个系统本身并不是一个平衡的系统。这个系统实际上是一个远离平衡的系统，它有一些很复杂的相互作用。再就是这些系统通过这些相互作用，会不断地做一些演化，这是一个很漫长的过程。就是在生物学上，这是很漫长的一个过程。

 

赵龙峰：这个沙堆系统，最开始就是为了解释生物系统的某些性质。

 

李炜：所以我们叫它“自组织”。“自组织”，它实际上没有一个所谓的外在的推动力。比如说，像在物理平衡态系统，谈到链式反应，我们通常会说有一个外在的调节机制在里面。或者说相变、温度的变化。

 

赵龙峰：还有像晶体的熔化。

 

李炜：温度的变化，是一个外在的过程，那不叫“自组织”过程。“自组织”，实际上是系统自身的一个属性，我们叫“自组织临界性”。

 

赵龙峰：现实中是没有办法定义温度的。比如说经济系统，有些理论认为，经济系统也是处于临界状态的。有些研究反映，美国的经济系统比亚洲或者发展中国家的经济系统更接近临界状态。经济系统是没办法定义温度的。

 

李炜：这门理论，有一些非常有意思的东西。它可以用一些很简单的模型来描述，比如说，最开始是用“摆”这个系统。后来可能是，他们在海边散步的时候，偶然想到了，可能用更简单的这种抽象出来的系统，更适合描述这些东西。比如说沙堆，可能它比 “摆”这个系统更容易描述这门理论，我们在计算机上面也能很好的把它抽象出来。

 

赵龙峰：基本的想法可能是，世界虽然是很复杂的现象，但是背后可能会有很简单的规律在里面。

 

李炜：这个系统能展示一个非常有意思的行为，就是叫做Power law的东西,在中文上把它翻译成幂次规律。这个幂次规律,它体现一个什么样的特点？在数学上，如果我们把它的坐标轴都用对数来画的话，你会发现它实际上是一条在双对数上的一个直线。这个直线是一个很漂亮的东西。我们可以稍微想一下，这个分布它为什么与众不同？思考一下平常的一些系统,比如说人的身高，通常会有一个均值。比如男士的平均值大概170cm或者175cm这样，女士大概160cm或者165cm这样。但对这个分布来讲，如果要谈它的平均值的话，那么就没有太大的意义。因为，比如财富的分布，比如说马云，他有几千亿，你可能就只有几块钱，那么这些东西做一个平均，对这种系统来说毫无意义。所以这个分布最重要的一个特点就是，它没办法谈平均，谈平均没有意义。

 

赵龙峰：就是很极端的值会有一些。

 

李炜：也就是很大的值。具体而言，比如地震，你可能会观察到非常有破坏力的这种地震，比如说唐山地震，但是有些地震你平常都没有注意到。

 

赵龙峰：确实，有些地震，非常短小。

 

李炜：这就是它的一种特点。它会发生各种各样的、各种大小的、各种时间的、各种频率的事件。所以在物理上面，如果描述连续相变，我们就会观察到这样的一个特性。

 

赵龙峰：就是概数的临界点。

 

李炜：这个东西神奇在哪里？你可能觉得沙堆系统和地震系统毫不相关。但是，如果用这个理论来描述，这些东西在物理实质上，它可以体现出来共同的双对数系统的直线。我举一个更有意思的例子，平常我们看到的这些树叶，都是各种形状的，树叶分形的特点，如果在双对数上画出来，它也是这样的一条直线。包括音乐。我们觉得音乐很好听，为什么音乐跟噪声不一样，噪声听起来很令人厌烦。如果去跟踪音乐频率的分布，会发现它的分布也是这样一个双对数的幂次分布。

 

赵龙峰：如果是白噪声，它的频率分布非常的窄，一直在一个范围波动，听起来就会感觉到很烦很烦。

 

李炜：这两个也叫做时空上的一个分形特征。所以可以通过这本书介绍的这个简单Power law的现象，把许多许多系统的东西有机的联系起来。比如刚刚谈到的地震系统，那么地震的这些行为，就是它的大小的分布。

 

赵龙峰：其实地震的大小分布也是这样Power law的。

 

李炜：生物灭绝这些行为，以及经济危机。

 

赵龙峰：经济波动的大小尺度也是有这样的一个规律。比如股票的分布、收益的分布，其实它“尾巴”上也是一个Power law的。可能很大很大的正的回报和负的回报都可能存在，但是通常情况下是很小的。但是也有一些中间的，它的分布也是这样，一个幂律的行为存在。

 

李炜：包括交通堵塞，甚至是脑科学。后面他把这个理论也用到了脑科学上面，发现大脑的神经信号同步这些行为也有这样的一些性质。所以巴克先生（Per Bak）通过讲述非常简单的道理，把自然界、社会系统这些很复杂的系统，它的一些共性给找到了。他说物理规律通常来说，觉得是很简单的。比如牛顿定律，一个F=ma就完了。但是对复杂系统来说，如果像做物理定律那样去描述它，实际上有很多时候是做不到的。举个简单的例子，如果想把幂次规律的幂指数计算出来，解析的计算出来，那么对于绝大多数系统来说几乎是不可能的，就是在这里面做解析计算几乎不可能。但是有很多情况可以使用计算机模拟或者模型的方式来思考这种东西。他提炼出来一句很有名的话，就是说：“物理规律是简单的，但是现实世界是复杂的”。所以我们这本书的一个宗旨，就是想要尝试着从这些共性出发，来理解这些复杂性。