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超越牛顿范式:一种涌现的统计力学

物理与社会 2022-07-13 v5 生物物理

摘要

自牛顿以来,所有经典与量子物理都依赖于“牛顿范式”。该范式确定系统的相关变量,定义构成变量所有可能值相空间的边界条件,然后在给定初值后积分运动微分方程,得到相空间中蕴含的轨迹。牛顿范式的基本点在于:构成相空间的可能性集合总是可定义且事先固定的。对于任一生物圈中不断新生的适应现象的历时演化,这一切均失效。核心原因在于活细胞实现约束闭合并自我构建。活细胞经可遗传变异与自然选择演化,适应性地在宇宙中建构新的可能性。这些新可能性成为此后可被可遗传变异与自然选择抓住的新适应机会。令人惊讶的是,我们既无法事先定义也无法推导演化的相空间,也无法使用任何基于集合论的数学来做到这一点。这些不断涌现的新适应及其新相关变量,构成了演化中生物圈不断变化的相空间。因此,演化的生物圈完全处于牛顿范式之外。一个后果是:对于如我们这样的宇宙,不可能存在蕴含一切将存在之物的终极理论。其影响深远:我们正面临超越“万物皆数”毕达哥拉斯梦的第三次科学大转型。我们必须放弃推导生物圈的历时演化。然而,所有物理(经典与量子)都适用于分析既有生命,即共时分析。我们开始更好理解演化生物圈的涌现创造性,从而立于发明一种类物理的崭新涌现统计力学之边缘。

关键词

引用

@article{arxiv.2106.15271,
  title  = {Beyond the Newtonian Paradigm: A Statistical Mechanics of Emergence},
  author = {Stuart A. Kauffman and Andrea Roli},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2106.15271},
  year   = {2022}
}