《多者异也》五十年：追随安德森的脚步
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导语
1972年8月 ， 菲利普·安德森（PhilipAnderson ， 1923-2020）的文章《多者异也》(Moreisdifferent）在杂志发表 。 在该文中 ， 他明确了涌现（emergence）的概念 ， 并且认为“物理系统在每一个复杂度上都会出现全新的性质”——也就是说 ， 尽管化学受制于物理定律 ， 但我们无法从我们的物理知识中推断出化学领域的结果 。 这篇里程碑式的论文发表50年后 ， 2022年7月杂志邀请八位科学家 ， 分别讲述了他们各自领域中有趣的涌现现象 ， 以此纪念 。
StevenStrogatzSaraWalkerJuliaM.Yeomans等
StevenStrogatz：超越加和
StevenStrogatz是康奈尔大学JacobGouldschurman应用数学教授 。 他研究非线性动力学与复杂系统 ， 并应用于物理、生物和社会科学 。 1998年 ， 他与弟子DuncanWatts合著了Nature杂志论文《小世界网络的集体动力学》 ， 该论文跻身有史以来引用最多的100篇科学论文之列 。
1665年 ， 克里斯蒂安·惠更斯（ChristiaanHuygens）因“轻微不适”而闭门不出 ， 他注意到近期制造的两个钟摆在一起 ， 保持着完美的时间（同步） 。 当一个钟的钟摆向右摆动时 ， 另一个钟的钟摆向左摆动 ， 正好相差180度 。 当惠更斯试图干扰它们的振荡时 ， 他惊讶地发现 ， 两个钟悬挂的板开始抖动 。 这种抖动逐渐推动摆回到反相同步 。 在通信中他形容这种对时钟的“奇怪的同步”是“不可思议的” 。
惠更斯的工作开启了对同步现象的研究 ， 这种现象遍及自然界和技术世界 ， 从成群的萤火虫整齐闪烁到超导约瑟夫森结阵列 。 然而 ， 虽然惠更斯的观察已经过去了350多年 ， 但我们仍然没有从数学上完全理解钟摆时钟的同步 。
这一研究对主要障碍在于同步是一种非线性现象 ， 这使得控制方程无法求出显式解析解 。 除此之外 ， 方程还包括非平滑的脉冲效应 ， 这些效应源于时钟的擒纵机构施加的突然震动 。
通过这种方式 ， 时钟的同步体现了菲利普·安德森在《多者异也》[1
中所讨论的内容 。 尽管我们知道单个钟摆的运动定律 ， 但这还不足以告诉我们其中两个或更多钟摆在一起的行为 。
SaraWalker：对称性破缺
SaraWalker是一位天体生物学家和物理学家 ， 研究生命起源和宇宙定律 ， 这可能使我们能够在其他地方找到例子 。 她是亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的副教授和超越科学基础概念中心的副主任 ， 也是圣塔菲研究所的外部教授 。
在研究生命起源时 ， 人们无法回避涌现 。 生命本身是一种涌现的属性：一个细胞是活的 ， 但它的各个部分不是 。 用安德森的话来说 ， 能够将生物体简化为简单的器官 ， 并不意味着能够从这些器官开始重建生命 。 事实上 ， 尽管我们对分子生物学已经有了详细的认识 ， 但解决生命起源的尝试尚未成功 。
我们错过了什么？从时间顺序的答案是——生命在历史上是偶然的 。 达尔文谈到“无尽的形式最美”（endlessformsmostbeautiful） ， 这与牛顿的万有引力定律[2
截然不同 ， 这是有充分理由的：只有在生物中 ， 我们才能看到路径依赖和历史的混合 ， 从而产生新的形式；每一种进化创新都是建立在以前的基础上的 ， 而且这些创新往往会随着时间的推移而相互作用 ， 更古老的形式与更现代的形式相互作用 。
安德森认为 ， 对称性的破缺是涌现的基础 。 时间反演对称性的破缺在观察生命的各个部分时最为明显 。 即使是蛋白质、DNA和RNA等生物大分子 ， 如果没有生命 ， 也仍然是“生命”的一部分：如果没有进化过程来选择组装它们的机器 ， 它们就不会出现在宇宙中[3
。 正如安德森所说 ， 这种时间排序是由生命的“信息结晶度”（information-bearingcrystallinity）驱动的 。 每一项创新 ， 无论是基因组突变还是人类语言突变 ， 都以不同于热力学第二定律所阐明的时间方向性的方式 ， 为未来事件提供了启示 。 如果我们要解释生命的出现 ， 就需要了解信息是如何在时间上打破对称性的 。
JuliaM.Yeomans：自组装与控制机制
JuliaM.YeomansFrs是牛津大学理论物理教授和鲁道夫·佩尔斯中心负责人 。 她将理论和计算物理的技术应用于软凝聚态物质和生物物理学的问题 。 她目前的研究兴趣包括活性物质和机械生物学 。 她曾获得ePJedeGennes演讲奖、英国物理学会的samedwards奖和皇家化学学会的Lennard–Jones奖 。
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