如果人類發(fā)現(xiàn)第八個基本單位，世界會變成什么樣？

人類用米、千克、秒、安培、開爾文、摩爾和坎德拉七個基本單位來描述世界的長度、質(zhì)量、時間、電、溫度、數(shù)量、亮度七個基本性質(zhì)。

這也是從七個不同的緯度來描述我們認識和解釋世界。那會不會有下一個基本單位的出現(xiàn)，如果出現(xiàn)會對世界會有什么樣的影響，我們會增加一個怎么樣的緯度來認識這個世界？

或者有沒有可能發(fā)展到可以用一個物理量描述所有性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)一個最最基本的單位？

在知乎上有人回答說：

減少很容易，但是想增加就非常困難。

比如令 c=1 ，可以直接時空統(tǒng)一，長度就是時間，時間就是長度，這個思想發(fā)揮到極致就是自然單位制。

但是再增加一個就不得了了，這不是幾個諾貝爾獎的問題那么簡單，諾貝爾委員會開始考慮要不要改成你名字。

有效理論

根據(jù)有效理論，一個新的宏觀物理能從微觀現(xiàn)象涌現(xiàn)出來，并且各種常數(shù)可以被重整化出來。

然而并不是任何有效理論都能產(chǎn)生新的基本單位。

只有當一個有效理論的建立是基于一個無法被原有物理框架描述的、全新的基本原理或概念時，才有一絲可能為其引入一個新的基本量綱。

僅僅是有一絲可能，因為 SI 選與不選，都不改變物理大廈的面貌，那就會傾向于不選。

比如統(tǒng)計力學成功了，流體力學就沒這待遇。

到目前為止，在物理學從微觀到宏觀的多次跨越中，我們只遇到了一次這個級別的的范式革命。

那就是從經(jīng)典力學到統(tǒng)計力學的那一次。

從描述個體確定性運動的力學，跨越到描述群體隨機性分布的統(tǒng)計力學。

溫度，就是這次范式革命的度量衡。

流體力學

這種情況沒有一絲一毫的可能性讓 SI 拉下臉來為其定義新的單位。

類似的有效理論中涌現(xiàn)的常用參數(shù)還有彈性模量、擴散系數(shù)、電導率等等，統(tǒng)統(tǒng)都沒有任何機會。

統(tǒng)計力學

但是，在構(gòu)建面向宏觀世界的國際單位制時，其他物理學家做出了一個關(guān)鍵的選擇。

他們認識到，熵所代表的混亂度這一概念，在哲學層面上，與長度、質(zhì)量、時間等概念同樣基礎(chǔ)、且完全獨立。

為了彰顯這個新思想的獨立性，他們決定不把溫度簡單地歸結(jié)為能量。

加與不加都不影響物理學，只是一種哲學上的考量，從這個過程就能看出難度。

復雜性科學

雖然千難萬難，但也不是毫無頭緒，沒有那個理論是毫無征兆從土里蹦出來的。

深度學習遲遲找不到第一性原理，很可能是因為少了一個學科，能描述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物理量還未出現(xiàn)。

當前的物理學非常擅長處理兩類問題，要么是只有幾個粒子的極簡系統(tǒng)，要么是處于熱平衡態(tài)，在統(tǒng)計上均勻的系統(tǒng)。

但對于介于兩者之間的系統(tǒng)，沒有任何好的辦法，這些雜七雜八的東西統(tǒng)稱為復雜性科學。

它們的一個關(guān)鍵特征是遠離熱力學平衡態(tài)，并可以通過處理信息來維持自身高度有序的結(jié)構(gòu)。

這個量既不是焦耳也不是比特，它無法簡單地用能量、熵或信息量來表示，因為需要同時捕捉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和其動態(tài)的信息處理過程。

它不是信息，而是描述信息如何被DNA、代碼等物理實體編碼并發(fā)揮功能。

它不是能量，而是描述能量如何被用來構(gòu)建和維持信息處理結(jié)構(gòu)。

它也不是熵，而是描述熵如何用于維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

這里面可以涌現(xiàn)出一個組織度的概念，如果作為基本量綱，不妨暫稱為 C (Complexity)。

諾貝爾獎得主 Ilya Prigogine 發(fā)現(xiàn)，生命等復雜性結(jié)構(gòu)不是孤立系統(tǒng)，而是開放系統(tǒng)。

生命必須持續(xù)地從外界汲取低熵的能量，并向外界排放高熵的廢料，不斷用能量和物質(zhì)的流動來維持自身遠離平衡態(tài)的有序結(jié)構(gòu)。

Prigogine 將這種結(jié)構(gòu)命名為耗散結(jié)構(gòu)（Dissipative Structures），生命體當然是最典型的散耗結(jié)構(gòu)，但是無機物也一樣具有散耗結(jié)構(gòu)。

組織度絕非熵的另一個說法，這里有必要區(qū)分“簡單的秩序”和“復雜的組織”。

一個完美的晶體，其原子排列高度規(guī)則，熵非常低，但我們不會說它很有組織，它的結(jié)構(gòu)是靜態(tài)的、重復的、非常無聊的。

一個活的細菌，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遠比晶體混亂，熵也更高，但它卻是一個高度有組織的系統(tǒng)，它能新陳代謝、自我復制、響應(yīng)環(huán)境變化。

這里面的秩序并不是熵那種排列組合上的簡潔，而是一種動態(tài)的、功能性的、有特殊意義的秩序。

所以，一個真正的組織度的定義必須超越單純的低熵體，捕捉到這種有特殊意義的內(nèi)在秩序。

信息論認為，組織度與系統(tǒng)內(nèi)部所包含和處理的信息密切相關(guān)，于是提出了 Kolmogorov 算法復雜度。

一個對象的算法復雜度就是能夠生成該對象的最短計算機程序的長度。這里有個問題，你沒法計算細菌這種寫在 DNA 上的算法。

因此 James Crutchfield 等物理學家據(jù)此提出了一個更精妙的概念叫統(tǒng)計復雜度（Statistical Complexity）。

為了盡可能準確地預測一個系統(tǒng)的未來行為，你需要存儲多少關(guān)于其過去的信息。

組織度 ≈ 信息的有效存儲與處理能力。一個如生命體一樣高度組織化的系統(tǒng)，其內(nèi)部必然包含了一個關(guān)于其環(huán)境的有效模型，以便做出預測行為并快速適應(yīng)。

熱力學的認為應(yīng)該關(guān)注組織結(jié)構(gòu)是如何被創(chuàng)造和維持的。

物理學家 Eric Schneider 認為，自然界有一個普遍的趨勢：

當一個系統(tǒng)被持續(xù)地施加能量梯度時，它會傾向于自發(fā)組織起來，形成能夠最有效地耗散掉這個能量梯度的結(jié)構(gòu)。

組織度 ≈ 系統(tǒng)捕獲和耗散能量流的效率。除了生命體，無機物也有這個現(xiàn)象。

在某些條件下，一群粒子在外部能量源的驅(qū)動下，會自發(fā)地重新排列，形成能更好地吸收和耗散能量的結(jié)構(gòu)。

這被稱為自組織現(xiàn)象。

除了散耗、自組織、計算復雜度，還有各種亂七八糟的非主流理論我就不意義介紹了。

最后說說組織度這個概念還有哪些疑點。

第一，一個物理量通常被定義為系統(tǒng)自身的內(nèi)稟屬性。

我們可以明確地單獨定義一個物體的質(zhì)量或溫度，然而復雜系統(tǒng)的組織度與其所處的環(huán)境密不可分。

一只活著的細菌，其高度組織性是依賴于與環(huán)境持續(xù)進行物質(zhì)和能量交換來維持的。

如果把它放到一個真空的、絕對零度的盒子里，它會立刻死亡，變成一堆無序的有機分子。

它的組織度急劇下降，衰減到 0。

活著和死了就好像是一種相變，那么細菌的組織度，究竟是它自身的屬性，還是“細菌+其賴以生存的環(huán)境”這個組合系統(tǒng)的屬性？

一個物理量如果連其歸屬主體都無法清晰定義，那么將其作為基本量到底描述的是什么東西？

第二，現(xiàn)有的大多數(shù)基本物理量，都與一個深刻的守恒定律相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)諾特定理，守恒定律對應(yīng)于物理規(guī)律的某種對稱性，這些守恒定律賦予了這些物理量以基礎(chǔ)和穩(wěn)固的地位。

然而我們完全看不到任何關(guān)于組織度的守恒律。

與之相反，宇宙的演化史似乎就是一個組織度不斷凈增的歷史，從大爆炸后均勻的粒子湯，到恒星、星系，再到地球上的生命和智慧。

這是一個非守恒的、有著單一方向性的過程，其內(nèi)在的守恒律還未顯露。

如果找不到在時空變換下的不變量，那么這種受到時空限制的物理量是不夠本質(zhì)的，不配作為基本單位。

不管怎么說，定義一個新的基本單位至少需要一次從經(jīng)典力學到統(tǒng)計力學這樣的思維躍遷。

雖然復雜性科學領(lǐng)域的著作現(xiàn)在汗牛充棟，但是仍舊處于一種極早期的霧里看花的狀態(tài)，這是遠遠不夠的。

從物理到化學，再到生物科學，甚至是計算機科學、經(jīng)濟學，各自都發(fā)現(xiàn)了自己的復雜性科學，然后試圖向其他學科傳教。

如果能找到其中最根本的共性，這里面肯定能誕生 《A New Kind of Science》。

當然，這一切都還只是基于現(xiàn)有理論框架的大膽推演。真正的答案，或許正藏在未來某位科學家的實驗數(shù)據(jù)中，等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

從顛覆性的理論推演，到重塑日常的科技應(yīng)用，科學的魅力正在于此。每一次基礎(chǔ)科學的突破，最終都將深刻改寫我們理解世界、改造世界的方式。

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