郝初雪的部落格

世界是這樣運作的：150位引領時代思潮的一流科學家與思想家，革新你對這世界的看法

150位引領時代思潮、一流的頭腦與心靈，以最優雅的簡約，

告訴你科學解釋何以美麗，並且最前沿的理論如何解釋並推動了這個世界。

內容簡介

歷史上不乏這樣的案例：克卜勒以簡單橢圓解釋複雜的行星運動；尼爾斯．波耳以電子層解釋元素周期表；以及詹姆斯?華森和弗朗西斯?克立克透過雙股螺旋解釋基因複製……對許多人來說，科學最大的樂趣來自於以意外的方法，從一小組簡單原理中導出深奧問題的解答。這些解釋被稱作「美」或「優雅」。



在《世界是這樣運作的》一書中，全球網路最具影響力的科學論壇Edge.org創辦人約翰．布洛克曼，再次以犀利的思維向全世界各個領域的思想家與科學家提出：「關於這世界如何運作，你最喜愛的深刻、優雅、或者美麗的解釋是什麼？」這個問題在網站上引起熱烈回應。



布洛克曼從這些回應中挑選出150個篇幅，編輯成冊，裡面探討包括精神科學、心理學哲學、數學、物理學、經濟學、歷史、語言和人類行為等各個面向的問題。然而其共同點是：以最優雅的簡約，告訴我們這個世界到底按照什麼理論運作。他們的觀點將革新你對世界的認識。

內容例舉：

奧布里?德?格雷 反思平衡

理查?道金斯 減少冗餘和模式辨別

丘成桐 數學物件或自然物件？

弗里曼．戴森 不相容的世界觀如何共存

賈德．戴蒙 生物電的起源

柯第．德夫林 語言與天擇

史蒂芬．平克 演化遺傳學和人類社會生活的衝突

戴維．邁爾斯 群體極化

馬丁．里斯 雪花和多重宇宙

羅伯特．薩波斯基 群體智能

名人推薦

台灣大學科學人文跨科技師資培育計畫SHS主持人暨台大化學系教授 陳竹亭

閱讀這本書有點像是閱讀TED演講，絕對妙趣橫生。 — Fareed Zakariah

本書提供一個稀罕的機會，在偉大的想法衝擊主流思想之前，就發現這些想法。— New York Times Book Review

作者介紹

作者簡介

約翰．布洛克曼（John Brockman）

網路最具影響力科學論壇Edge.org發起人，Brockman Inc.版權代理公司創辦人，住在紐約市。

譯者簡介

蕭崇論

台大化學系畢業，自由文字工作者。相信真理能使人得著自由。

唐澄暐

政治大學新聞系、台南藝術大學紀錄所畢業。曾任台灣立報編譯、國際版版主。喜愛怪獸，著有《超復刻！怪獸點名簿》，由野人文化發行。目前同時從事翻譯及怪獸小說寫作。

目錄

致謝

前言：Edge大哉問 布洛克曼

蘇珊．布萊克摩爾 藉天擇進行的演化

麥特．瑞德里 生命是數位碼

理查．道金斯 減少冗餘和模式識别

斯科特．阿特蘭 荒誕的力量

卡羅．羅韋利 明顯定局如何得以浮現

奧布里．德．格雷 早應消失的一夫一妻制

李奧納特．蘇士侃 玻茲曼對熱力學第二定律說明

喬爾．葛德 心靈的暗物質

麗貝卡．紐伯格．戈爾茨坦 對Edge問題的未解（因此不美）回應

詹姆斯．奧唐奈 托勒密的宇宙

保羅．斯泰恩哈特 準優雅

丘成桐 數學物體件或自然物體件？

弗蘭克．維爾切克 簡約

托馬斯．梅青格爾 簡約本身

西恩．卡羅爾 愛因斯坦解釋了為什麼重力是萬有的

史蒂芬．平克 演化遺傳學和人類社會生活的衝突

喬納森．戈特沙爾 福列─雷蒙德假說

戴維．邁爾斯 群體極化

阿爾芒．瑪麗?樂芮 普萊斯公式

捷爾德．蓋格瑞澤 無意識的推論

馬丁．J．里斯 雪花和多重宇宙

安東．塞林格 愛因斯坦的光子

傑瑞米．伯恩斯坦 往小處

安德烈．林德 為什麼我們的世界可以理解的？

喬治．戴森 阿爾芬的宇宙

馬克思．泰格馬克 我們的宇宙像嬰兒一般長大

吉諾．塞格雷 克卜勒等人和不存在問題

弗里曼．戴森 不相容的世界觀如何共存

薩蒂亞吉特．達斯 令人驚訝的不精確

哈伊姆．哈拉里 基礎物質的下一個層級？

羅伯特?普羅文 觀察者的觀察

V．S．拉馬錢德蘭 基因、屏狀核和意識

大衛．伊格曼 重疊的解決方式

馬札琳?巴納吉 我們的有限理性

羅伯特．薩波斯基 群體智能

柯第．德夫林 語言和天擇

理查．賽勒 承諾

珍妮弗．雅凱 以牙還牙

茱蒂．哈里斯 是非題：美即是真

丹．斯珀伯 埃拉托斯特尼和模組化思維

克萊．舍基 丹．斯珀伯對文化的解釋

雨果．莫士 後設表徵說明人類獨特性

尼可拉斯．韓福瑞 為何人類心智即便沒有也要做優雅的解釋

序

推薦序

科學沙龍和科學沙拉陳竹亭 台大科學人文跨科際師資培育計畫（SHS）主持人暨台大化學系教授

自己的化學學術研究生涯會接觸科普其實並不意外，但是竟然在退休前工作落在「科學傳播」和「跨科際教育」的領域，卻是一生始料所未及。讀到布洛克曼（John Brockman）出版《世界是這樣運作的》(This Explains Everything：Deep, Beautifel, and Elegant Theories of How the World Works)一書是個偶然，更有一份英雄所見略同的驚喜！

我在學校講授科學課程時，常喜歡說：「近代物理的兩根砥柱是相對論和量子力學；近代化學的兩根大柱是元素論和原子論；而近代生命科學的柱子就是演化論和遺傳學。」學問就像是宏偉的建築，精闢睿智的觀點總是引至堅實、優雅的思維結構，終於能將人類的心智文明帶入雅典娜的殿堂。

布洛克曼是世界知名的「科博文」。1997年創立了「邊際」（Edge）基金會，事實上是主持網路科普論壇，經營網路知識社群的集思廣義創作與對話，致力鼓吹科學和人文結合，所謂「第三種文化」的思想文字事業。「邊際」每年一問（Annual Question），廣邀美國知名科學家和思想家撰文並成集出版。一些代表性的作品，譬如1995年的「第三種文化：科學革命之後」；2003年出版的「新人文主義：科學的邊際」；2009年是「改變世界：形塑未來的點子」。這本書是2013年出版的「每年一問」。

此書中，單是瀏覽作者人名及文章目錄就可以引起好奇而心智胃口大開。諸如理查．道金斯的「減少冗餘和模式識别」；丘成桐的「數學物件或自然物件？」；史蒂芬．平克「演化遺傳學和人類社會生活的衝突」；弗里曼．戴森「不相容的世界觀如何共存」；羅伯特．薩波斯基「群體智能」；柯第．德夫林「語言和天擇」；賈德．戴蒙「生物電的起源」……。布洛克曼收集了一百五十位引領時代思潮的一流科學家與思想家，他們各就自身專業所長，以雋永的文筆針對「你最喜愛的深刻、優雅或者美麗的解釋是什麼？」，表達對這世界的看法。閱讀此書好比一享科學沙龍的a la carte。

作為一個科學家，卻在近四十歲才好奇科學的源起：為什麼科學會發生在歐洲？為什麼近代科學會改變歐美文明？為什麼歐洲會發生文藝復興、理性主義、啟蒙運動？為什麼19世紀的歐洲天才輩出？從政治、經濟、社會、文學、藝術……到科學，舉凡世界文明中有名稱的領域，幾乎都沒有缺席。

這些問題逐日比化學研究的課題更吸引我，我們到西方取經，得到了他們的學位、謀生的方法，回國後也能將研究論文躋入國際一流期刊，但是西方科學文化的精髓鮮少在我們的社會中造成理性的啟蒙，以致形塑心智的轉變。

在21世紀，科學與科技已經發展成互為體用，亞洲的經濟也已能掠奪世界纓鋒，但是每年食安問題、環境問題、都市發展、金融資本、市場經濟、社會正義、教育改革、民主制度……東方追著西方的腳印亦步亦趨，卻似乎從未能避免重蹈覆轍。開了七竅，腦門未開，就無法從西方的經驗中避過既有的錯誤和失敗。

科學在東方社會中扮演的角色，終究仍落在強兵富國之用；就個人而言，科學、科技常是通向富裕名利的捷徑，而非求真求實、啟迪民心、興盛文明的新思維。即使日本自從明治維新將科學引入亞洲已有一百五十年，但是日本科學人在研究之外，以科學文化挹注於社會集體智慧的尚屬稀少，遑論東亞其他20世紀崛起的國家。

文化畢竟不是膚淺的喝采，短期的累積就能成就。缺乏互信、共識的多元社會就像人來人往的車站，各有主張，不缺人才，卻無團隊。漫無章法的聚集難以矯正沉疴，締造新猷。就像一盤沙拉，或許陳盤菜蔬的特色也能爭得繽彩紛紜，卻少了集體創新的和諧、沉穩及持久。

「邊際」網路論壇的知識分子人文薈萃活動，能吸引科學界的思想菁英走出研究的象牙塔，站在另一個更高遠的視野，用深邃的跨界觀點檢視並且分享科學。他們熱衷和科學界內外的專家哲士對話，正是社會無盡藏的「智庫」。其交織出高階心智的社群腦力、知識與智慧，不僅是具有能見度的社會無價貲材，更是反映了時代科學文化的價值與格調。

台灣缺少科學沙龍。雖然我們不是世界科學版圖上唯一的邊陲國家，既然有心站在知識經濟社會的前沿，布洛克曼的集沙成塔正是「大眾口味，小眾品味」的文化食材。

內容連載

減少冗餘和模式識别

理查．道金斯Richard Dawkins

演化生物學家；牛津大學公眾理解科學名譽教授。著有《現實的魔力》（The Magic of Reality）

深刻、優雅、美麗嗎？使一個理論典雅的力量，是在很少的假設下解釋很多事情。在這裡，達爾文的天擇說輕易勝出。將其大量的解釋（關於生命的一切：它的複雜性、多樣性以及精心設計的錯覺）除以極少的先決條件（經過地質時間漫長的隨機基因變化所產生的非隨機性生存）得出的數字極為龐大。在人類理解的領域，從不曾在這麼少的假設下解釋了這麼多的事實。

果然是優雅，而且深刻。其深度到了19世紀都還不為人知。另一方面，也有另一種看法，認為天擇論太具破壞性，太糟蹋也太殘忍，而難以用美麗稱之。反正應該會有人選擇達爾文，那我就改選他的曾外孫，文末再回過頭來談達爾文。

賀拉斯．巴洛（Horace Barlow），英國皇家學會會員，是達爾文最小的孩子賀拉斯．達爾文爵士最小的外孫。巴洛是劍橋大學的傑出神經生物學家，九十幾歲還是非常活躍。我想談談他1961年發表的兩篇論文中的想法，關於冗餘減少和模式識別。這想法的衍生結果和意義，啟發了我整個職業生涯。

神經生物學的傳說包括一個神話般的「祖母神經元」，這種神經元只會在非常特別的影像出現時才會觸發，也就是當傑羅姆．萊特文（Jerry Lettvin）的祖母落在視網膜時（萊特文是美國著名神經生物學家，像巴洛一樣。研究青蛙視網膜）才會觸發。問題是，「萊特文的祖母」只是大腦能識別的無數圖像中的一個。

如果我們可以認知的每樣東西都對應了一個特定的神經元──不僅萊特文的祖母，還有許多其他的面孔、物件、字母、花，倘若每一個又都從不同個角度和距離觀看，組合量將會爆炸。如果感覺認知真的按照祖母原則進行，那麼為了要對應所有可行的神經脈衝組合，識別神經元總數將超過宇宙中原子的總和。另外，美國心理學家弗雷德．艾特尼夫（Fred Attneave）也獨力算出，按這樣的原則運作，我們大腦的體積將得用立方光年來度量。對此，巴洛和艾特尼夫分別提出了減少冗餘（redundancy reduction）作為解答。

克勞德．夏農（Claude Shannon）是資訊理論的發明者，發想出「冗餘度」，用來指稱一種逆向的訊息。在英語中，「q」總是跟著「u」，因此可以省略「u」而原本的訊息並不會喪失。也就是說「u」是冗餘的。不管冗餘度發生在訊息的何處（只要不是隨機的就好），訊息還是可以在不喪失情報下更精簡地被重新編碼，雖然會損失一些糾正錯誤的空間。巴洛指出，在感知歷程的每一個階段，都有機制調整，以消除大量冗餘。

時間 t 的世界不會與時間 t-1 的世界有顯著不同。因此沒有必要持續為感知系統報告外界的狀態。感知系統只偵測信號的變化，讓大腦去假定這個世界如果沒消息就還是老樣子。「感覺適應」是感知系統眾所周知的特徵，恰巧符合巴洛描述的情形。例如，神經元傳導的信號是溫度，其觸發速率並非如人們所想的和真實溫度成正比；相反地，只有在溫度有變化時，觸發速率才會增加。接著它就會在低緩的頻率下平息。傳導亮度、音量、壓力等的神經元也都是一樣。藉著去掉外界狀態在時序上的非隨機性，感知適應得到了極高的效益。

正如感知適應在時間領域裡所做的，「側抑制現象」在空間領域中也有同樣的效果。當外界的景像落在像素化的屏幕上，好比數位相機或眼睛的視網膜上時，大部分像素看起來與鄰近的像素一樣，沒有太大差別。唯一例外的是位於邊緣的邊界像素。如果每個視網膜細胞都忠實報知其光值到大腦，大腦將被冗餘訊息炸翻。如果到達大腦的神經脈衝大部分來自景像中邊緣的像素細胞，就可省下許多力氣。大腦會假設邊緣和邊緣中間的景象內容是一致的。

巴洛指出，這就是側抑制的功勞。例如在青蛙視網膜上，每個神經節細胞發出信號傳遞給大腦，報知在視網膜表面個別位置上光的強度。但它同時也發出抑制信號給它的近鄰。這意味著，唯一能發送強烈信號到大腦的，是那些位於邊緣的神經節細胞。（大多數）位在色彩一致區域的神經節細胞和邊緣細胞不同，因為它們被鄰近細胞所抑制，幾乎不會向腦部送出任何脈衝。藉此，消除了空間冗餘的信號。

巴洛的分析可以擴展到大多數已知的感知神經生物學，包括胡貝爾和威塞爾（Hubel and Wiesel）所研究，著名的貓水平垂直偵測神經元，以及前述的萊特文和同事所一起發現的蛙視網膜上的運動（「蟲子」）偵測神經元。運動，代表青蛙世界一個非冗餘的改變。但是一直持續在同一方向的運動也被青蛙視為冗餘。萊特文和他的同事在青蛙身上發現一種「陌生感」神經元，只當移動物體做出什麼意料之外的動作，比如加快、減慢或是改變方向時，這個神經元才會被啟動。「陌生感」神經元會調整到以極優先順序來過濾出冗餘。

巴洛指出，調查特定動物的感知過濾，理論上可讓我們解讀動物世界的冗餘。也可描述動物感知世界的統計屬性。這讓我想起，前面說過我會回頭談達爾文。在《解構彩虹》（Unweaving the Rainbow）這本書中，我主張一個物種的基因庫是「死者的遺傳書」，是某種熬過漫長的地質時間倖存下來的物種基因，其祖先世界的編碼描述。天擇是一個求平均的電腦，在物種得以倖存（平均來說超過所有有性生殖物種成員）的延續世界（延續數百萬代）中，檢測冗餘，也就是重複的模式。我們可以沿用巴洛對感知系統神經元所解讀的，來對天擇基因庫中的基因作相同的分析嗎？這個呢，才會是深刻、優雅且美麗的。

反冪律

魯迪．拉克Rudy Rucker

數學家、電腦科學家；網路叛客先鋒；小說家，著有《穿梭繁複》（Surfing the Gnarl）

我們的世界和社會大部分面向根據所謂的反冪律（Inverse Power Laws）來分布，我對這樣的經驗事實感到興趣。也就是說，許多分布曲線的形狀是，曲線從中央峰值俯衝而下，沿著一條長長的尾巴漸近地抱住水平軸。

反冪律優雅簡潔又深遂神秘，但還稱不上美麗。反冪律會自我組織和自我維持。基於還不完全了解的原因，反冪律自發地突現在平行計算的廣泛範圍中，在社會和自然中都有。

社會科學家中第一個注意到反冪律是語言學家喬治．金斯利．齊普夫（George Kingsley Zipf），闡述了一套如今被稱為齊普夫定律（Zipf’s Law）的觀察結果。它陳述的事實是，在大多數文件中，一個詞的使用頻率大約與它的普及排名數成反比。所以，出現頻率位居第二的單詞，其出現頻率大約是頻率最高單詞的一半，而出現頻率第十位的單詞則是最高單詞的十分之一。

在社會中，類似的反冪律支配社會的報償。例如，身為作家而言，我注意到第一百暢銷作家的銷售書籍，是首位暢銷作家的百分之一。如果第一名作家賣了一百萬本，像我這種作者可能就賣一萬本。

心懷不滿的文士有時幻想著烏托邦市場，其中自然產生的反冪律分布會強行用線性分布取代。也就是，銷售明細會是平滑的斜線，而不是如現實中的反冪律，從一個很離譜的高峰俯衝而下，一瞬間就貼著水平軸緩緩而進的曲線。

但是沒有明顯的方式，可以使得作家的銷售曲線改變。讓一些支配組織強行產生不同的分布當然是沒有希望的，畢竟人會自己選擇要讀什麼書。社會是一種平行計算的系統，某些方面是無法控制的。

反冪律在收入分配方面特別令人不安。因此社會中第二富有的人可能擁有最富有人的一半財富，第十首富有的人可能只有十分之一，然後排在第一千的人就只有首富的千分之一。

同樣的現象再說得露骨一點，某間公司的執行長可能年薪一億美元，同間公司的軟體工程師可能只賺到年薪十萬美元，該公司海外組裝工廠的工人只有年薪一萬美元，僅是最高主管收入的萬分之一。

這種冪律分布也可以在週末首映電影票房收入、網頁點擊量、電視節目收視率中發現。是不是有某些原因，可以對排名前面的人做得太好，而排名底層的人似乎被過度不公平地懲罰，這樣的現象給些理由？簡短的回答是否定的，沒有任何真正的理由。不需要任何陰謀詭計來扭曲報償。雖然不舒服，但反冪律分布是系統行為的基本自然法則。它們無處不在。

反冪律不限於社會，也主宰著自然界的統計數據。第十大的湖可能是最大湖面積的十分之一，一座森林裡第一百大的樹可能是最大樹的百分之一，海灘上第一千大的石頭是最大的石頭千分之一的大小。

無論我們喜不喜歡，反冪律就像湍流、熵，或是萬有引力定律般不可避免。雖然這麼說，但在我們的社會脈絡下我們可以多少緩和反冪律的影響，要說我們完全無法控制任何貧富之間的差距，也過於絕望。

但反冪律曲線的基本結構永遠不會離開。喜歡的話我們可以抱怨反冪律，或是我們可以接受，也或許是希望將這嚴峻的定律彎曲到不那麼陡直俯衝而下。

我們的有限理性

馬札琳．巴納吉Mahzarin Banaji

哈佛大學心理學系，理查德．克拉克．卡博特社會倫理學教授

分析上、美學上都非比尋常的解釋，共享以下特質：（一）和那些被認為是智慧的解釋相比，它們通常比較簡單；（二）它們指出，更真實的原因往往存在於某種與現象相當遠離的事物，以及（三）它們會讓你希望自己就是發現那個解釋的人。

我們這些試圖理解人類心智的人，則有獨特的限制要面對：心智是做解釋的工具，也是要解釋的對象。與自己的心智保持距離，與自身物種或部族的特殊性保持距離，逃離內省與直覺（不是持續製造假設，而是給予答案和解釋），這些都是當我們要解釋自己和他人心智時，特別難達成的部分。

基於這個原因，近幾十年來眾多解釋中，我最深刻滿意的是有限理性（bounded rationality）的觀念。其觀點認為，相對於其他物種，人類是聰明的；但以人類自己的標準（包括依循基礎自明的理性來行動）來看就不夠聰明，如今這樣的觀察更加精煉，並帶著深刻的實證基礎。

認知科學家暨諾貝爾經濟學獎得主赫伯特．西蒙（Herbert Simon）透過研究訊息處理和人工智慧為此打下第一根樁，顯示出人和組織同樣採用「使人滿意」這樣的行為準則，結果限制了他們做出適當但非最好的決定。丹尼爾．卡尼曼（Daniel Kahneman）和阿莫斯．特沃斯基（Amos Tversky）打下第二根樁，他們發現連專家都會以令人吃驚的方式出錯，其後果不僅影響他們自己的福祉，也影響他們所處的社會。

過去四十幾年來發展的人性觀點，讓關於「我們是誰、為何做我們所做」的解釋有系統地改變了。我們以我們所獨有的方式出錯，不是蓄意如此，而是因為心智結構的演化基礎，也就是：學習和記憶訊息的方式，以及我們被周遭事物所影響的方式等等。我們理性有限的原因，是因為我們處理事物所需的訊息空間，遠大於我們所擁有的，包括我們意識察覺力上，以及行為控制能力及按意願行事上的嚴重限制。

我們也可以看看在道德標準上的妥協。道理還是相同的，也就是傷害的意圖並不是問題。相反地，解釋往往是在態度的許多源頭之中，某些訊息在我們的決策中，或是在我們簡化或過度簡化的能力中，或是作為日常生活特色的不道德行為的普遍性中，佔有不相稱的比例。這些是個人和組織道德淪喪的更有力原因。

不好的後果來自於有限心靈無法儲存、計算或適應環境的要求，這種想法是一種對我們能力和本性完全不同的解釋。它的優雅和美感在於強調普遍和無形，而不是特殊性和惡意動機。這和另一種解釋的移轉──從上帝到天擇──並沒有那麼不同，且很可能同樣會遭受反抗。

我們是星塵

凱文?凱利

《連線》雜誌特約編輯

著有《科技要什麼》

我們打那兒來？我們由恆星而生，這解釋真是深刻、優雅、美麗。這解釋說，我們身體的大多數原子，是由早已消失的恆星熔爐所產生的微小粒子構成。只有我們原始的氫原子存在於恆星出現之前。由宇宙的角度計算，我們90％是恆星殘骸。就我們核心而言，人類基本上是核融合的副產物。這些巨大熔爐中極高的壓力和溫度，將崩塌的基本顆粒聚合成較重的顆粒，一旦聚變，終究會被壽命已了的熔爐炸到太空。我們骨頭內最重的一些原子，也許需要超過一輪的熔爐循環才能打造出來。數不盡被打造出來的原子聚合成行星，而所謂生命這種奇妙不平衡反應，將部分原子涵括成為凡人如我們。我們都是星塵的集結。而且藉著最優雅非凡的轉變，我們這些恆星之子得以望進夜空，感知到其它恆星的發光。看起來遙不可及，但我們其實很接近，無論它們距離多少光年。我們看到的彼此都是由恆星而生。這是多麼美麗？