大自然如何运作
内容简介
21世纪被称为复杂性科学的世纪。丹麦物理学家帕·巴克和中国物理学家汤超开创的自组织临界性理论，对大自然的复杂性问题进行了系统化探讨，为复杂系统中的跨尺度现象，提供了一种普适而简单的机制上的解释，以其创新性、宏观性和简洁性引起科学界的密切关注。
作为解释大自然复杂行为的一种新的物理理论，自组织临界性涉及非常广泛的研究领域，如岩层与地貌形成、河网与海湾结构、地震与火山爆发、星震与星云塌陷、黑洞与日辉耀斑、夸克与胶子团簇、生态与物种灭绝、变异与生命演化、噪声与全球变暖、人口与环境污染、大脑与神经网络、市场与价格波动等。该理论已被成功应用到自然界的多种复杂系统之中，影响巨大。
《大自然如何运作》是帕·巴克教授关于自组织临界性理论的重要著作，视野宏阔，深入浅出，是一部兼具学术性与普及性的优秀之作。
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作者简介
帕·巴克（Per Bak，1948—2002），丹麦著名物理学家，曾任职于美国布鲁克海文国家实验室（BNL）、丹麦玻尔研究所和伦敦帝国理工学院等。
译者
李炜，华中师范大学物理科学与技术学院教授，德国洪堡学者，德国马克斯-普朗克研究所访问学者。
蔡勖，华中师范大学物理科学与技术学院教授，国家973计划专家咨询组成员。曾任华中师范大学副校长，湖北大学校长。
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目录
目 录
第一章 复杂性与临界性...............................................................................1
简单的物理定律与复杂的大自然 ..........................................................3
讲故事与科学 ..........................................................................................8
复杂性理论能解释什么？ ....................................................................10
灾变遵循一种简单的模式 ....................................................................14
分形几何 ................................................................................................21
f /1噪声：时间中的分形 .......................................................................24
齐普夫定律 ............................................................................................27
幂律与临界现象 ....................................................................................29
处于平衡态的系统不是复杂的 ............................................................30
混沌不具有复杂性 ................................................................................33
自组织临界性 ........................................................................................35
第二章 自组织临界性的发现.....................................................................37
在布鲁克海文 ........................................................................................37
f/1噪声从何而来？ ...............................................................................41
苏珊·科珀史密斯的狗模型 .................................................................42
耦合扭摆 ................................................................................................45
简单模型的哲学：“球形奶牛” .............................................................46
摆系统变成临界的 ................................................................................51
第三章 沙堆模型.........................................................................................56
沙堆模型 ................................................................................................59
假如生活在沙堆世界 ............................................................................67
我们能用笔和纸计算出幂律吗？ ........................................................72
第四章 实际沙堆与地貌的形成.................................................................75
真实的沙堆实验 ....................................................................................76
挪威的米堆实验 ....................................................................................80
维则克的山体滑坡实验：分形现象出现 ............................................86
喜马拉雅“沙堆” ..................................................................................88
岩渣的沉积 ............................................................................................89
地貌学：偏离平衡的地表 ....................................................................92
第五章 地震、星震及太阳耀斑.................................................................97
地震的自组织 ......................................................................................101
一处印刷错误导致了重要进展 ..........................................................107
斯特龙博利附近的隆隆声 .................................................................. 111
地壳是临界的 ...................................................................................... 113
脉冲星频率突增与星震 ...................................................................... 114
黑洞与太阳耀斑 .................................................................................. 116
第六章 “生命的游戏”：复杂性就是临界性 ..........................................120
第七章 生命是自组织临界现象吗？.......................................................129
圣菲研究所 ..........................................................................................130
沙堆与间断平衡 ..................................................................................134
相互制约调节的适应性图像 ..............................................................135
第八章 简单演化模型中的大灭绝与间断平衡.......................................147
我们能对达尔文建模吗？ ..................................................................150
周日下午的一个科学课题 ..................................................................153
低温产生复杂生命 ..............................................................................164
与真实数据比较 ..................................................................................165
恐龙灭绝和陨石 ..................................................................................172
丹蒂· 查尔沃的演化游戏 ...................................................................174
自组织临界性与盖亚假说 ..................................................................175
重新来一次演化 ..................................................................................177
第九章 间断平衡模型理论.......................................................................182
什么才算理论？ ..................................................................................182
演化模型的随机近邻形式 ..................................................................184
自组织过程 ..........................................................................................188
临界态 ..................................................................................................191
重访生命游戏 ......................................................................................192
重访地震 ..............................................................................................193
第十章 大脑与自组织临界性...................................................................197
为什么大脑应当是临界的？ ..............................................................198
猴子问题 ..............................................................................................200
大脑与河网 ..........................................................................................203
第十一章 经济和交通阻塞.......................................................................206
均衡经济像水 ......................................................................................206
实际经济像沙 ......................................................................................209
临界经济的一个简单模型 .................................................................. 211
波动和灾难不可避免 ..........................................................................215
交通阻塞 ..............................................................................................216
参考文献.......................................................................................................223
人名英汉对照表...........................................................................................230
附录 汤超致译者信...................................................................................238
译后记...........................................................................................................240
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读书文摘
如果一个平衡系统受到微小的干扰，例如在某一个位置上一粒沙子被推了一下，并不会有什么发生。总的来说，处于平衡态的系统并不会展现上面谈到的任何有趣的行为，例如巨大的灾难，1/f噪声以及分形。
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