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解析彩虹科学精致的美感可以与艺术传递的 [复制链接]

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本书作者是大名鼎鼎的理査德道金斯,如此人物,不用过多介绍。《解析彩虹》书名来自济慈的诗句,济慈认为牛顿把彩虹还原成三棱镜下的光谱,完全破坏了彩虹的诗意,但其实科学精致的美感可与艺术传递的极致美感相提并让我们的生活更有意义。历史上不只有一位诗人认为科学破坏了美感,本书就献给这些杰出但不大理解科学之美的人,此外,本书还写给平常的迷信人士,还反对以臆想的“歪诗科学”来错误引导读者,主要着力点是:赞美优美的诗性科学,即被诗性之好奇所激发的科学。

第一章,熟悉的麻木。一种习以为常的麻木,掩盖了生命的不可思议,作者认为花些时间费力摆脱这种是值得的。在判断一件事的标准经常是“有用”的时代里,生活中应该有一部分致力于“无用”价值。正如科学,它是有利可图也是有用的,但它的价值不止于此。无论观察从生命本身,到细胞到线粒体的结构和组合,到追溯既往,用地质学家的时间概念去考察远在人类诞生之前的地质时代,都会让我们摆脱麻木。DNA组合所允许的人类之数,远超曾经活过的所有人数,你和我,尽管如此平凡,但仍从这概率极低的命运利齿下逃脱,来到世间,所以每个生命都是伟大的奇迹,所有的因缘际会都不能有毫厘偏差,失之毫厘,你将不再是你。文学艺术作品中,经常会有关于时间的概念,但所有的时间概念,与沧海桑田的地球历史相比,不过都是一瞬。这一瞬之内,就曾有过你我的存在,多么不可思议。

第二章,伯爵们的客厅。有太多的诗人,在太长的时间内,忽略科学能给灵感提供的一座巨大金矿,忽略了科学本身的诗性潜力。科学家让我们“直接跃向银河”,改变我们认识大宇宙的方式,帮助我们想象时间诞生于炽热,并终结于永恒的冷寂。诗人不该只颂扬人,也应该颂扬缓慢运转、育化为人的自然力量,若诗人得到了如此回馈,将激发出更伟大的诗篇。诗人应该更好地利用科学提供的灵感,科学家为了拥有更精美的语言,也应该向诗人们寻求帮助。科学家的语言,应努力发挥其启发与解释的作用,学会通俗易懂但不丧失语言的清晰度。科学家的表达,经常会被人理解为傲慢,但不管是否傲慢,科学都是在推翻自己的假说中前进的。科学家容易受到人们的尊重,正因为他们公开承认自己的错误。科学通过纠正自己的错误而前进,并且绝不隐瞒没有搞清楚的事情。但我们的社会里,竟然还有些地方认为市侩式地讽刺科学是一种诙谐和聪明。

第三章,恒星上的条形码。牛顿在一间暗室中为自己制作出一道彩虹,从此,科学家们提供了一个新的观察世界的视角,解析彩虹为19世纪发现“我们实际所见的彩虹只占据整个电磁波光谱的一个窄带”奠定基础。道金斯在这里解释了彩虹的道理,以及人们在自然界中观察到彩虹的真实情况,并且不同观测者从不同角度观看同一场雨,光来自不同的雨滴群,观测者会拼凑出各自不同的彩虹。威廉.渥拉斯顿之后从三棱镜实验中发现了完整光谱和暗线,后来约瑟夫.冯.夫琅禾费测量了暗线并分类。夫琅禾费谱线有一个分布特征,是光穿过一种物质时由其化学性质所决定的。一种元素的“条形码指纹”并不单单表现为线条分布,还表现为它们在光谱背景上的位置。现代光谱科学是牛顿“解析彩虹”的直接衍生学科。关于眼睛如何将光的波长告诉大脑,起作用的是一组三色编码,不同的人,对于某种波长的主观感受可能不一样。

我们仰望星空,其实是在回望星星们遥远的过去,因为光经历了几十亿年才抵达地球。从一亿光年之外的星星上观察地球,可能也才看到恐龙。通过分解光谱,我们可以知道行星们造成了其母星发射向我们的光产生了细微但可观测到的红移或蓝移,它们便暴露了自己。

建立在解析彩虹之后推理之上的发现,其诗性之美目前所揭示的一切,从恒星的性质到宇宙的扩张,都如此美妙,“美就是出自人的心灵最深处的和最深刻的回应”。

四,空中的条形码,主要探讨声音和其他较慢的波,它们如何宛如彩虹般亦被分解。声波传播依靠空气或水等物质介质,它们是由传播介质压缩和变稀疏所产生的波,是局部压力变化震荡的波。我们的耳朵是小型气压计,可以感受到压力的高速度、节律性变化。从耳蜗延伸出去的神经有序地反射到大脑中,所以大脑能够分辨出震动耳鼓的声音高低。昆虫的耳朵是小风向标,测量分子流动形成的风,这风只流动极小一段距离,就会转换方向,感觉声音的方向是昆虫的第二本能,昆虫能区分声音振动的方向。脊椎动物用气压计式的耳朵,通过比较两只耳朵汇报的信号来计算声音传来的方向。声音大多是混合物,我们的大脑可以毫不费力地解析它。

将杂乱的波形分解成正弦波,然后又能将其重新组合为原始的曲折线,这种数学方法被称为傅里叶分析,得名于数学家约瑟夫.傅里叶。作为一种手段,傅里叶分析可以方便地解析许多东西,可以解析大自然中的波形,甚至包括动物种群的盛衰循环。规律性的很长周期的波长,通常都跟天文因素有关。分解生物节律中最长的波长,目前的发现(虽然还有争议)是万年一次的生物大灭绝的周期,也许只是某一天体的周期运行,比如白垩纪大灾难的肇因可能是小行星或彗星击中了我们的行星。

人类的话语,“音弦”是呼吸道里一对共同震动的膜(声带),好像木制管乐器的簧片。辅音是气流受到障碍发生或大或小的爆破而产生的声音。每一个元音都有其本身独特的频率纹理模式,就像条形码,在语言研究中,这些条形纹理被称为“共振峰”。

一切美妙或不美妙的声音都是空气压力波的花样,首先被耳朵分解成正弦波,然后再大脑中重织组合,重建想象和感情,我们还可以将这些图形用数字方法分解成长串数字编码。从理论上讲,这些数字可以被打成1或者0。

五,法庭中的条形码。主要讲解析DNA的技术应用于破获案件。如今,将DNA视为血液中的条形码,虽然目前的共识是每个人的DNA都具有独特性,但这仍然只是一个统计性的判断。人与人之间,体内细胞DNA差异是我们都有的几十亿个DNA的精确位点的差异,而不是模糊的、印象性的差异。我们的DNA比指纹涡旋模式更具有个性特征,但DNA“指纹”的名字是恰当的,因为跟真的指纹一样,总会在一个人离开作案现场时无意留下。DNA证据也会受人为破坏的影响,但不像想象中那么脆弱,发生取伪错误的危险在理论上非常低。就法医鉴定的目的而言,重要的只是基因组中有些部分是不同的。对DNA指纹分析有用的变化,大多数位于所谓DNA中“无用”的区段。不同的人在特定区段有不同数量的串联重复序列,串联重复序列特别有用,因为它们表现为重复次数的变化,比较容易检测,表现为DNA印迹条带,正如夫琅禾费谱线和共振峰谱线一样。但要测出一个人的全部DNA序列,仍不现实(本书成书于年左右,二十年过去了,科技应有了一定的发展)。我们分析的DNA片段越长,出错的概率就越低。

DNA指纹的力量是科学之普遍力量中令某些人害怕的一个方面,我们必须谨慎做事。用DNA证据或任何其他大规模筛查得来的证据来帮助警察进一步证实犯罪事实是一回事,但用DNA证据在本国逮捕任何一位DNA指纹与某证据样本一致的人是另外一回事。

第六章,被童话哄骗。努力揭露迷信和巧妙的骗术,解释真相,并告诉人们识别骗局的简单方法。首先是星象学,道金斯认为星相学是对审美的一种亵渎,它用前哥白尼时代的呓语,抹黑作践天文学,同时也侮辱了心理科学和多彩的人性。将人轻率地分成12个星座,有着潜在的危害。星相学的偏见并不专拣某一星座进行褒扬或贬低,但其骨子里仍然存在歧视性模式化原则——反对把人们作为个体来认知。没有任何已知的物理机制表明,在人诞生的时刻,某些遥远天体的位置能够对你的天性或命运施加什么具有因果关系的影响。

这并不排除一些未知物理影响的可能性。但是,只有在有人能够提出证据,证明行星在星座背景中的运动的确会对人类的活动产生而影响的情况下,我们才需要劳神去考虑这样的一些物理影响。可迄今为止,还没有一种能够经受得起专业检验的证据;对星相学进行的科学研究,绝大多数未产生肯定的结果。只有极少数研究很无力地暗示,星相和性格之间有一定的统计相关。为什么人们会相信星相?首先,算命或相面都是温和平淡、言语含糊和笼统言之的,适用于任何人和任何事;其次,人们总记得被说中的事,而忽略没有被说中的事。电视或报纸等权威媒体的煽动,星相学等一些奇怪的事情占据了广大观众的头脑,这种倾向利用了我们本性中值得赞扬的“好奇若渴”的一面。

任何时代的科学,都不能解答所有的问题,并且任何时代的科学终将被取而代之。今天使我们吃惊的绮梦幻想,有少许在将来成为现实;但是今天更多的奇思怪想,在将来也不会成为现实。骗子、错觉、诡计、幻觉、诚实的错误或彻底的欺骗掺和在一起,就构成了一种更大的可能性。关键是要披沙拣金、去伪存真,从那些永远属于奇幻和魔法范畴的诳语中,甄别出来可能发生的少数事情。

第七章,解析玄妙,见怪不怪。本章讨论“通过计算某件事必然发生的概率,以拆穿这种巧合”。拆穿的过程里,还会发现揭开神秘巧合的内幕,远比面对他们觉得玄妙要有趣得多。我们的头脑应该记得的是发生巧合的机会,其数量很庞大。但遗憾的是,任何一次潜在巧合如果碰巧发生,人们都会认为它像实际发生的巧合一样不同寻常。

怎样才能辨别哪一种貌似的相关性是真的,哪一种是随机的、没有意义的呢?这属于“统计科学和实验设计”的科学。统计学在很大程度上可以被视为一门“从随机中辨识出模式的艺术”。随机的意思,就是缺少模式,有多种方法可以解释随机和模式。统计学家需要区别弃真错误(假阴性、漏报,未能确定实际已经存在的效应)和取伪错误(假阳性,误报,结论为真的发生了某事,但事实上只是随机现象而已),在此两种错误间取得平衡之后,我们回到神秘的巧合,可以计算出无论如何总会发生的概率有多大。

道金斯的观点是,我们的的主观意识乐于被那些神秘巧合打动,我们头脑中负责进行直觉性统计的部分,仍然停留在石器时代。人类学、化石证据和对其他猿类的研究表明,我们的祖先多数生活在小规模流浪群体中,其能够经常碰到并进行交谈的人只有一百以内。人类的大脑按这个数量规模来辨别模式和感受巧合、惊奇,只能接受在一般水平上的巧合。但最好的和最惊悚的巧合,通常都作为令人咋舌的故事,有机会得以散布流通,传播给广大受众(远多于祖先可能的受众)。我们的大脑,难以在海量信息的现代生活中适应常见的情况。在现代社会,每个人每小时体验到的东西,大多于我们祖先所体验到的。我们碰到巧合的机会数量大大高于我们的祖先,所以也大大地超过了我们已经调试好的头脑所可接受的范围。

八,臆想的浪漫是虚幻的浮云,拙劣的诗性科学,会把想象力引入歧途。这里所说的歪诗科学,是指诗性的隐喻和想象具有“启发糟糕科学”的能力;即使诗歌本身是好的,但只怕越好的诗歌就越危险,因为这令它有更大的本事来误导读者。歪诗,沉湎于用放纵的眼光来看待诗性的寓言,或者把偶然的和毫无意义的相似性鼓吹为高度浪漫的象征、天降异象,它潜伏在许多法术和宗教习惯的背后。

在科学中,正像在任何其他领域中一样,最危险的就是陶醉于象征性和没有实际意义的类似性,与真理渐行渐远,而非越走越近。道金斯说“新时代邪教”在玩弄怪异的科学语言,动用那些一知半解的词语:能量场、振动、混沌理论、灾变论、量子意识等。量子的不确定性和混沌理论,在大众文化中产生了可悲可叹的负面效应,令真正的痴迷者大为烦恼。作者在进化科学的方面举的“坏诗歌”的例子是美国古生物学家和随笔作家斯蒂芬.杰伊.古尔德,他说古尔德出色的文笔使其犯错误,这些错误更有批驳的价值。

九,自私的合作者。这一章,是批驳那种关于将地球或整个生态系统看成一种利他的合作行为的看法,道金斯运用其另一本著作《自私的基因》中的证据和观点加以反证。

动物界行为的大部分的确是利他的、合作的,甚至是出于主观感情上的善意,但这些行为更多的是遵循基因层面的自私性、而非违背基因层面的自私性。人们已普遍认识到:生物个体层面的利他主义,能够成为“基因实现自身利益最大化的手段”,虽然基因在某些方面完全是自私自利的,但同时它们相互之间达成了合作性的联合体——这一种,才是富有诗意的科学。真正的诗意科学,能够帮助我们理解科学,而非妨碍我们理解科学。

自然选择偏爱那些在自己的基因库中与其他基因合作的基因,这一点又构成了将我们引入沉浸于歪诗邪曲的危险,有些观点甚至认为自然中的生物为其他物种执行着宝贵的服务,甚至维护整个群落,仿佛地球上所有生物都是大地女神的身体部分,它们协同工作,维护环境。但更加真实的诗性科学,是将自然视为“自私的基因们的一种无政府状态的联邦”。在其他基因构成的遗传背景之中,它们由于善于在自身基因库中生存,从而被自然选择选中,它们具有“能够在其他基因存在的条件下繁衍”的能力。

自然选择无意于任何事情,它是没有意识的。进步并非源于某种预见,而是来自基因库中的一些基因在数量上超过了它们的竞争者。在遗传层面上,所有的东西都是自私自利的,但是服务于基因们的各种自私目的的力量,却是它们在许多层面的合作。共同适应,指“在同一种类的有机体中,不同部分之间的相互剪裁、适应”。共同进化,一般表示不同物种之间的互相共同进化,共同进化关系是双方互利的,共同进化还包括敌对性的共同进化。

十,逝者的遗传天书。一个物种从自己的经历中学到了制造优良个体的艺术,并且在基因库中的某组基因里,以遗传密码的形式储存了自身经历,这些经历包括祖先生活的环境,也包括它们如何在其中生存下来。进化中的物种是不断变化的,变化本身无所谓好坏,但在种群基因的统计学分布中,能看到它们朝一些特定方向系统移动——即“物种的经历”。一般认为,晚近环境的影响所占权重会大于远古环境的影响,虽然差异不明显;长时间延续的环境因素对遗传描述产生的影响,会明显大于地质时间上短暂环境因素的影响。

当基因被翻译成与之平行的蛋白质分子语言之后,它们所直接描绘的是个体胚胎发育的指令。物种基因库作为一个整体,被打磨、雕琢,从而适应其祖先曾生活过的环境,所以我们的DNA构成了描述我们祖先生存之世界的密码。我们本身,就是从远古一路行来的移动的智慧宝库。

十一,(大脑)重织世界。每个动物个体的大脑,都从DNA那里接管了记录环境的智能,都安置着有关这个动物自身世界的一套类似模型。遗传是属于整个物种的集体记忆,可以追溯到无限远的过去;大脑的记忆则是个体私有,包含了自诞生以来的经历。感官器官将边界情况报告给大脑,大脑则来填充和重建乏味的细节,其建立的虚拟世界,完整性高于感官传达给它的图像。构成这个虚拟世界的是有助于在越来越高的各种层次表现真实世界的各种要素。大脑是极优秀的虚拟现实软件,以至于我们对其无知无觉,这种虚拟的世界,也可称为是一种诗性的表达。

在逐步提高的各层次上,神经系统的设置会对意料之外的行动作出强烈反应;对意料之中的事情作出微弱反应,或根本不反应(适应)。大脑将二维图形构建成三维模型的计算原理具有惊人的复杂性,有可能是许多错觉的基础。

最后,思维的气球,一些猜想与想象。大脑被称为内置电脑,虽然大脑的构成元件迥异于电脑的构成元件。每颗脑细胞单独工作速度都很慢,它们却是在巨大的、并行网络中工作运行。最引人瞩目的,是大脑利用虚拟现实软件,模拟外部世界。模仿能力不知为何得到作用于基因的常规自然选择的青睐,在遗传上能用预制的程序进行模仿的个体可以更快掌握某种技巧。

我们既可以想象可能的世界,也可以想象现实的世界,我们既能模拟可能的未来,也能模拟古老的过去,我们能构建宇宙的运转模型,并让它在头脑中演绎不停。这一模型并非迷信的、狭隘的、充满怪力乱神的模型,而是一个宏大的模型,星光闪烁,距离遥远,它整合了过去的时光,引领我们穿过现在,奔向足够遥远的未来。

“在生物世界的芸芸众生之中,只有我们能看到自己的归宿。”所以,生命本身,就是彩虹一样的诗,让我们相互倾听,也倾听星系们在唱歌。

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