在涌現與湮滅之間：當一個理論物理學家開始關注衰老與死亡

「 慢下來，開辟另一種范式 」

月初，我和一位計算生物學博士短暫地討論過這樣一個有些抽象的話題：

世界是物理的，還是數學的？

或者說，我們現在所感知的這個世界，是實在的，還是模擬的？

如同一個信徒在復誦信條時的那般篤定，他回答說：

“當然是數學的，我無比堅信這個觀點。”

還沒等我組織好論點去回應，他又補充道：

“我們不過是被 hard-coded 的 NPC，被拋入到了這個龐大的虛擬的網絡里。或者說，人類很可能是宇宙編碼過程中的一個 glitch 罷了。”

我表示不理解：“你總得給我一些讓人信服的理由吧？”

他沒有正面回答，而是被自己的思緒又推遠了一些。他感慨，本科階段開設的《信息論》深刻地塑造了他現在所秉持的世界觀。

“假如，這個世界不是虛擬的，人們很難解釋為什么現代科學的任何一個門類中的核心理論，最終都凝練到了幾個非常優美的數學公式……這在我看來，絕不可能是巧合。這顯然是 artificial 的產物。”

我用力掐了掐胳膊，嗯，還是會疼的。用沉默，回應困惑。

說來有些鬼使神差。上面那場對話發生之后沒多久，我恰巧拿起了擱置在書架最上層的《規模》。

長時間的日曬，讓書皮略微有些褪色。

直覺告訴我，也許有一些困惑可以在那里尋得一兩條線索。但讓我著實沒有預料到的是，這本書在我的思想啟蒙之旅上，聳起了一座新的橋。

在讀完它之后，我不得不更加靠近那位計算生物學博士的近乎信仰般的看法。我對這個世界，至少在在粗粒度上，具備了一個更清晰的萬物理論框架。這讓我面對多樣，復雜，混亂的日常，掌握了多一份的安定。

好了，話已至此。不妨隨我，一瞥書中的奧妙吧！

《規模 —— 復雜世界的簡單法則》

SCALE - The Universal Laws of Growth, Innovation, Sustainability, and the Pace of Life in Organisms, Cities, Economies, and Companies (2018 中信出版社)

當一個理論物理學家

開始關注衰老和死亡

·～·～·～·～·～·?

Wait... what? 理論物理學家？

Geoffrey West - 頂級理論物理學家 / Santa Fe Institute 前所長 / 時代周刊全球最具影響力100人 / 2019諾貝爾交叉學科獎提名

Geoffrey West 老爺爺出生在英國倫敦郊外的 Summerset 郡。從牛津大學物理學院畢業之后，又在斯坦福大學獲得了理論物理博士學位（學位論文研究的是...... 三體核物理形狀因子，庫倫散射，和介子形狀因子），那時的他才26歲！

他的教學生涯從斯坦福大學開始，后又跳槽到了新墨西哥州的 Los Alamos 國家實驗室，設立并領導了高能物理實驗項目 —— 超導高級對撞機（SSC）！

插曲 1：美國的SSC項目預算高達80億美元，在各種因素的疊加下最終在1992年被喊停。楊振寧院士曾經公開反對我國建立自己的大型粒子對撞機，而是建議將國力放在改善民生的其他學科（生命科學，半導體，天文等等）

插曲 2：在奧本海默的“曼哈頓計劃”團隊中，有一位名叫吳健雄的華人女科學家。她領導的實驗首次驗證了著名的“宇稱不守恒”，為楊振寧和李政道的理論提供了寶貴的實驗驗證的支持！她獲得博士學位的那一年，Geoffrey West 才出生。

好了，讓我們回到 West 爺爺的故事線。

1992年，SSC被叫停，West 馬上面對的是“沒有項目可做，理論物理學要坐冷板凳了”的窘境。而與之形成對比的是，整個科學界和大眾都在熱議“生物學將在21世紀取代理論物理成為最重要的科學”。這倒是引起了他的興趣，他向自己提出了第一個關鍵性問題......

是否存在可以被數學化的“生命的普遍規律”？

邁過中年的門檻，West 也從自身出發，在研究夸克、膠子、暗物質、弦理論的間隙，開始思考死亡 —— 這個在生命旅程中無比重要的環節，以及它的前序 —— 衰老

「題內話：死亡焦慮早晚都會以不同的形式，找到我們每一個人。」

50歲出頭的理論物理學家，中年轉型再就業。憑借著物理學和數學的底子，帶著對生命的好奇，搞起了量化生物學研究！

這一干，就又過了30年。他的事業在60-80歲這個階段，攀上了另一個嶄新的巔峰。他引領了復雜系統學科的理論和實踐，將他在生物學中的發現，擴展應用到了社會學/經濟學/城市科學/公司科學/人工智能/環境生態...... 也讓他所在的 Santa Fe Institute 一躍成為了享譽全球的“沒有圍墻的”交叉學科圣殿。

「題內話：擁有一個好身體，不斷萌生的好奇心，和一份直面人生的勇氣...... 人生的可能性太多了！」

一連串的追問 與 一個大膽的假設

「子曰：敢問死。未知生，焉知死。」

West 對死亡的探索，也是從理解生命的誕生和成長開始的。

為什么人類最多只能活到大約120歲？我們為什么停止生長？是什么限制了人類的壽命？

不同的動物為什么有著不同的壽命長短？它們需要的睡眠時間是由什么因素決定的？腫瘤在不同體量的動物中為何會有不同的數量？

我們如何確保人類設計的僅有1萬年進化歷史的系統，能夠繼續與已經進化了數十億年的自然生物世界共存？

為什么最高的樹只能長到數百英尺高？

為什么人體每個細胞里都有大約500個線粒體？

《早間新聞》S3E5，Cory 跟 Paul 討論人類和鯊魚誰會笑到最后：Four-hundred billion years, that's how long they've been here. There were sharks in that ocean before there were rings around Saturn.

Humans, we are just a blip. Showed up yesterday, almost certaintly be gone tomorrow.

All we have is today. My money is on the sharks.

為了探尋上面這些令人著迷的追問，并從可量化和可闡釋的機制的角度去理解衰老、死亡的過程，West 提出了一個大膽的假設：

生命系統的一般粗粒度行為（generic coarse-grained behaviors）或許遵從某種可量化的普遍法則—— 并 以此作為理解真實生物系統的基線（benchmark）繼續深度和廣度探索。

20世紀90年代，自然選擇學說早已經是通識，人們也掌握了DNA的結構，敲開了遺傳學的大門。然而，關于衰老和死亡的研究卻還大多停留在定性分析。研究生命的生長，就首先要搞清楚新陳代謝的過程控制和維持。而就是在這里，West 找到了他的研究方向（a.k.a 搞起了副業）。

很快，他發現了兩個最早都發表于1932年，在生物界早已熟知卻又沒能得到足夠的量化分析和普適性闡釋的理論：

克萊伯定律 Kleiber's Law：多數動物的基礎代謝率水平與體重的3/4次冪成正比—— 代謝率隨體重增加而上升，但增長速率逐漸放緩（體重增加2倍，代謝率增加約1.75倍，實現了規模經濟，而不是線性等比例的翻倍）

Max Kleiber《Body Size and Metabolism》

異速生長 Allometric Growth：生物體的身形會隨著體形的增長而發生變化，但變化的比例各不相同—— 半徑會隨著體重的變化而遵從3/8次冪變化，長度則會遵從1/4次冪變化（更慢）

Julian Huxley 《Problems of Relative Growth》

克萊伯定律的雙對數圖，直線斜率約為 3/4

幾乎所有生物體的生理特征和生命史特征都主要有其體形決定，壽命當然也在其中。至此，代謝率和壽命建立了亞線性縮放比例關系，而 West 帶著物理學和數學的視角，繼續探究這背后的一般性網絡動力學原理。

在 Santa Fe Institue，West 找到了宏觀生態學家 James Brown 和他的博士后研究員 Brian Enquist 一起，開啟了一場跨越世紀的偉大合作。

科學家們擼起袖子，在廣袤的世界里找選題，申請預算，組建團隊，觀察，測量，建模，分析，預測，驗證...... （此處省略十幾/二十年的跨學科實踐研究工作，大量的人力/物力/財力，還有算力 of course，以及科學家和工程師們為了趕工寫論文而消耗掉的咖啡）...... 逐漸地，一個跨越物種，在粗粒度上普遍適用于任何生物特性的規律，以數學的形態，浮現了出來：

一個系統中的任何可量化的特性都與該系統的“規模”存在可量化的縮放關系，這被稱為“系統性規模縮放法則”（ Universal Scaling Laws）

它是以“非線性的1/4次冪律”的數學形式進行表達的。更具體來說，冪指數總是1/4的整數倍。

神奇的數字“4” 與 生命的“第四維”

·～·～·～·～·～·在 Santa Fe Institue，West 找到了宏觀生態學家 James Brown 和他的博士后研究員 Brian Enquist 一起，開啟了一場跨越世紀的偉大合作。在 Santa Fe Institue，West 找到了宏觀生態學家 James Brown 和他的博士后研究員 Brian Enquist 一起，開啟了一場跨越世紀的偉大合作。??

當規模縮放法則應用在不同的生物體的研究時，會揭示出不同指數的冪律公式，但指數總是 1/4的整數倍。

生物體代謝率，隨體重的約3/4次冪變化

壽命，隨體重的約1/4次冪變化

心率，隨體重的約-1/4次冪變化（體重越大，心跳越慢）

大腦白質體積，隨大腦灰質體積的約5/4次冪變化

大象的細胞總數是老鼠的 10^4 倍，但是大象的代謝率（維持大象存活所需要的能量）僅是老鼠的 10^3 倍 —— 冪指數的比恰好是 3/4 —— 隨著體重增加，細胞需要的能量發生了結余，從而減少細胞損傷。因此大象幾乎不長腫瘤，也比老鼠長壽很多！

為什么所有的生物都會死亡呢？

生物的代謝率呈現“亞線性規模縮放”（Sublinear Scaling），而生物存活所需的能量與體重卻近似呈現“線性規模縮放”（Linear Scaling）——代謝能力會逐漸跟不上能量需求，循環系統/呼吸系統/淋巴系統等網絡化結構的終端單元無法為快速增加的細胞“服務”，組織最終因為缺氧/缺能量而衰退，導致生物的死亡。

「幾乎所有的動物的心跳，一生中總共約為15億次。心率越快的，壽命越短。」

Ginger 深夜筆耕不輟地進行對數運算的“成果”，親手驗算之后徹底嘆服！

也許你會說，這個“4”不過是個巧合。

其實，你可以將它理解為“三維世界的另一個空間維度”，而這個+1恰好是網絡的分形特性（Fractal Branching）在空間填充（Space-Filling）的過程中，帶給生命的額外饋贈。

In other words... 盡管生物生活在三維空間中，但是它們的內部生理和解剖結構卻像是“在第四維內”。

要想深入理解 West 是如何利用1??分形網絡的自相似性與空間填充特性，2??恒定的終端單元尺寸與特性，以及3??最小作用量原理的優化趨勢，將結構動力學分析引入規模法則的闡釋與外推，一定要去親自閱讀《規模》這本書，以及1997年發表的Science論文。

Science. 276(5309): 122–126. doi:10.1126/science.276.5309.122

“人類世”的史詩 與 “城市世”的寓言

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「人的本質是其一切社會關系的總和 —— 卡爾·馬克思」

既然我們談到了生命，人...... 相對應的，社會也是其組成部分的全部個體之間相互聯系，產生了社會關系之后的有機網絡；而現代城市，就是社會這個有機網絡的載體（基礎設施，文化構建，經濟活動......）

那么，規模縮放法則還會奏效嗎？冪律會以什么樣的數字變化？社會和城市是不是像生物體一樣“有機組成”并且蘊藏著獨有的“生命周期”？城市和公司會消亡嗎？

帶著這樣一種直覺和好奇，West 和他的團隊繼續將研究拓展到了人類社會，城市化，以及公司的“生命周期”。

城市的基礎設施數量，隨著城市規模（人口數量）的增加，按照0.85的指數進行亞線性的縮放

社會經濟指數（GDP、工資、財富、犯罪率）隨著城市規模的變化，按照1.15的指數進行超線性的縮放

公司的規模（銷售額、凈收入、總資產）隨著公司規模（雇員人數）的變化，按照0.9的指數進行亞線性縮放

中國上市公司數據（共15年累計數據）由北京師范大學系統科學學院張江教授，美國上市公司數據來自標準普爾公司會計數據庫（1950-2009年累計數據）

“人類世” 與 “城市世”

在地質史上，我們現在所處的紀元被稱為“全新紀”（Neo-Geo）。在地球史上，我們也可將同一時期稱為“人類世”（Anthropocene Epoch）。

它的命名充分體現了人類的活動對于地球生態系統的顯著影響。全新紀的氣候條件使得農業革命推動了人類從“狩獵采集”（hunter- gatherer）的群體變為定居（domestic）的群體。后來又逐漸形成了城市。

接下來的故事，我們都更熟悉些：大航海時代，文藝復興，現代科學發展與工業革命，現代醫學發展與人口增長。現代城市，成為了當仁不讓的“人類文明的大熔爐”，徹底穩固了人類在地球上的統治地位（讓我勉強使用如此自大的“人類中心主義”視角去評述）。

人口的指數級增長，城市化和全球化影響下，預計在21世紀下半葉，大多數的人將生活在規模超大的mega-city中。West 爺爺給這個從工業革命開始的新時代取了個十分貼切的紀元名 ——“城市世”（Urbanocene Epoch）。

城市規模越大，人均所需的基礎設施越少—— 形成了規模經濟，即系統性結余；對于一個國家來說，發展大城市有利于節省綜合建設成本，城市越綠色，人均碳足跡越小！

城市規模越大，經濟指標越好看，創新（專利數量）更多地發生 —— 形成了規模收益，即系統性增長；與此同時，犯罪率、流行病也會不可避免地上升！

當我們注意到城市的“社會經濟層面”按照1.15的指數呈現超線性規模縮放，而城市又在不可避免地擴張，很容易想到“哇，這是好事兒，我們的生活會越來越便利，收入也會越來越高......“

而事實上，在社會網絡連通性和正反饋增強的作用下，我們可能在還沒來得及反應的時候，就必須面對“胖尾效應”帶來的很多弊端。

• 生活節奏加快，而”加速度“本身也在不斷變大，“從前慢”不僅是一個詩意的表達，更是一種單向度的現實

• 支撐城市經濟活動運轉的能量（煤炭為主，核能為輔，清潔能源遠遠不足）卻無法跟上需求

• 可持續發展成為了理論上當務之急（但卻永遠重視不足）

在“涌現” 與 “湮滅”之間

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「人的欲望本質上是對“他者”的渴望，它擁有無法被滿足，總是溢出個人的邊界和框架 —— 雅克·拉康」

正因為公司像生物體那樣，隨體量的增加，按照0.9次冪呈現亞線性規模增長。逐漸的，體量達到一定程度后，官僚化運作出現，很難跟上不斷加速的經濟發展，越來越難適應變化，最終停滯并消亡（破產/并購）。

通過研究 West 發現，無論什么行業，無論什么原因，美國有大約 50% 的上市公司存活不過 10.5年 —— 公司的半衰期是10年！

也許，控制體量的貪婪擴張，重視社會責任（ESG），將遠景與人類生存和生態環境的永續發展相契合，才有可能成就一個“長壽”的公司。

農業革命之后，人們逐漸聚集到一起，社會和經濟活動在人群中通過“自組織”的形式，織起一張看不見的網。恰恰是人們的需求，或者說“貪婪”促進了資源和信息的交換。

當個體的數量積累到一定的數量，并構成一個復雜的適應性系統時，該系統將會呈現出新的集體特性。它不是個體特性的簡單集合（不可還原性），也無法通過對個體特性的分析而預測出集體特性。這樣的現象被稱為“涌現”（Emergence）

意識，是通過全部的神經元在大腦內組成的活躍的神經網絡的集合才產生的。腦細胞并不擁有意識。

城市在整體上是“去中心化”的，但通常會有一些“hot pockets”主導著人際交往和經濟活動。

社交網絡的“正反饋機制”使得社會和城市出現了“超線性規模縮放”的獨特形態。這讓我們相信，城市幾乎不會湮滅，只是會讓一切都坐上不斷加速的時光機。

如果繼續不加遏制地發展下去，城市甚至人類文明，很可能在“有限時間奇點”來臨的前夜，突然出現“大崩盤”。

即便人們不斷地創新，嘗試去跑贏“加速器”，但是創新的速度也必須不斷地加快。這也是為什么我們發現，第三次范式轉移（信息革命）用了差不多20年前，而“人工智能”很可能在10年內帶著我們走完第四次范式轉移。

如果“涌現”是一種“新生”，那么由“墑增”帶來的損耗，就預示著所有一切事物的終點 —— 死亡/消逝/湮滅 ——Entropy kills all.

在涌現與湮滅之間，如何回答“為何生長期如此短暫，而衰老期為何是緩慢又綿長的”，才是生命的終極課題吧。

而為了對抗熵增，獲取能量，減少不必要的損耗，成為了增長、創新、維護、修復的首要條件，也就是討論衰老、死亡、系統韌性、可持續發展的基礎。

It eventually boils down to energy, you fool!

在“斷裂” 與 “褶皺”中

尋找新的范式

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整個社會中，占據絕大數的“我們”，將我們對世間萬物的理解，頑固的根植于“歐幾里得幾何的”，“柏拉圖式的”，“平滑理想狀態的”幼稚又初始的階段。

它們是如此的根深蒂固，代代相傳，且不斷強化，使得我們常常忽視了那些“斷裂和褶皺”—— 自我敘事的斷裂，使我們太容易陷入精神危機；靈魂的褶皺不被重視，而僅僅被簡單化的理解為“自作多情”；時間總是“線性”的，科技總是“進步”的......

那些勇于摘下“平滑又簡單的濾鏡”的人，就會帶我們去發現真實世界里的混亂、復雜、令人費解又那么著迷的多樣性 —— 這就是某種值得追求的“詩意的生活”吧！

你覺得，這個世界是物理的，還是數學的呢？

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*?゜??*:.?..?.:*? 感謝你讀到了這里 ?*:.?..?.:*?゜??*

*?゜??*:.?..?.:*?早安.?.午安.?.晚安?*:.?..?.:*?゜??*