《資訊:一段歷史、一個理論、一股洪流》(The Information: A History, a Theory, a Flood)是本很有趣的科學史好書。
《資訊》作者詹姆斯.葛雷易克(James Gleick)的處女作《混沌》(Chaos: Making a New Science)入圍美國國家書卷獎及普立茲獎決選,也是不可多得的好書, 「蝴蝶效應」也成了大家啷啷上口的流行用語,《混沌》把一個複雜的科學理論解釋得極為生動有趣,科技驚悚小說之父麥可.克萊頓(Michael Crichton)為了趕流行把混沌理論寫進《侏羅紀公園》(Jurassic Park)裡,雖然劇情顯然不需要用混沌理論來解釋。《混沌》也是天下文化的第一本科普書,是「科學人文」系列的天字一號,開啟了科普書在台灣書市的黃金年代!
葛雷易克後來的作品還有 《理查.費曼:天才的軌跡》(Genius: The Life and Science of Richard Feynman)。 《資訊》是他花了七年時光的力作,榮獲今年 的「筆會/E·O·威爾遜文學科學寫作獎」(PEN/E. O. Wilson Literary Science Writing Award),這是由美國筆會(PEN American Center)頒發的文學寫作獎項之一,獎金一萬元美金,是由兩次榮獲普利茲獎(Pulitzer Prize)的哈佛演化生物學家E·O·威爾遜(E. O. Wilson)、好萊塢名星哈里遜·福特(Harrison Ford)以及E·O·威爾遜生物多樣性基金會(E. O. Wilson Biodiversity Foundation)創辦的。此獎項的目的是鼓勵如瑞秋·卡森(Rachel Carson)的《寂靜的春天》(Silent Spring)和詹姆斯·華生(James D. Watson)的《雙螺旋:發現DNA結構的故事》(The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA)之類,向大眾介紹科學並且深具影響力的科普作品。
除此之外,《資訊》還榮獲英國皇家學會科學書獎(Royal Society Winton Prize for Science Books)和《時代》(Time)雜誌年度最佳好書,並入圍美國國家書評獎(National Book Critics Circle Award)決選名單。《資訊》的第一章就非常引人入勝,描述非洲人居然可以用鼓聲來傳話,擊鼓就能像說話一樣精確。歐洲探險家就已經意識到了,非洲鼓聲的節奏不規則穿過叢林攜帶了神秘的訊息。
很多人都曉得,資訊時代真正的突破性進展來自1948年貝爾實驗室一位名叫夏農(Claude E. Shannon,1916-2001)的年輕研究員的論文,他為「資訊」下了明確嚴格的定義,並發明「位元」一詞做為資訊的基本單位。簡單來說,夏農的資 訊理論將資訊的傳遞作為一種統計現象來考慮,給出了估算通訊通道容量的方法。對夏農而言,資訊是個物理實體,就像能量和物質一樣。如同牛頓將「力」、「運 動」等向來含糊不清的詞彙變成可以用數學精確表達的概念,造成物理學的空前躍進一樣。
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手、Readmoo部落格【GENE思書軒】、關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋。
當我們將 r 值逐步增加,一切看似並無異常;當 r=2.8 時,我們發現圖形出現了週期性的振盪,但最後依舊回歸平穩。順帶一提,我們可以藉由「分枝圖」(bifurcation diagram) 來觀察 x 的穩定值與 r 的關係,在 r=0 至 2.8 之間,x 穩定值有攀升趨勢;在 r=1.5 時,根據前述的例子,x 的穩定值落在 0.33 左右,從下圖也可以直接看出:
我們繼續調大 r 值。正當一切看似正常發展時,詭異的事情發生了:
在此之前,一切族群的數量都是平穩的,但在 r 超過 3 左右,持續的振盪出現了,且自此「平衡點」不復存在;不僅如此,當 r 值不斷調升,顯示出來的圖像從原本 2 個值、4 個值、到更多值之間來回振盪。值得一提的是,這種「週期性振盪」的現象在生態圈與人口變化中是確實存在的,很有可能前一年數量減少、今年數量增加、明年數量又再減少。讓我們來看看對應的分枝圖:
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這對應於原本從 2 個值之間的擺盪、分岔成 4 個值之間的擺盪、再分岔成 8 個值之間的擺盪……如此往復。此外,如果你留意橫軸 r 之間的間隔,會發現:當 r 愈大時,分岔的速度也愈快!
現在讓我們繼續將 r 值調升,來看看會發生什麼事:
話不多說,我們直接來看看分枝圖:
令人毛骨悚然的結果出現了!前面我們觀察到,當r提升時,系統會出現週期性的振盪,對應於分枝圖中的「分岔」,且分岔的速率會不斷增快、再增快;而在 r 超過 3.5699 時,規律的振盪、分岔將不復存在,取而代之的是一團無法預測的隨機——這就是所謂的「混沌」(chaos)。
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混沌、股票市場、以及蝴蝶效應
現在讓我們看一下完整的分枝圖長什麼樣子:
換而言之,當系統的變量到一定程度時,將會變成隨機且無法預測的。以人口為例,一開始我們假設的情況很簡單,就是 60 萬人口與 r=1.5 的成長率;接著我們發現,無論人口基數如何,只要 r 維持原狀,數年、乃至於數十年後的平衡點都是相近的。然而,當r值提升後,平衡點的值便會浮動了,r=3 之後週期性的振盪便出現了、且分岔點不斷加速倍增;緊接著,我們赫然發現:
科學研究者,1999年生於台北,目前於美國佛羅里達大學(University of Florida)攻讀物理學博士。2022年於美國羅格斯大學(Rutgers University)取得物理學學士學位,當前則致力於學術研究、以及科學知識的傳播發展。 同時也是網路作家、《隨筆天下》網誌創辦人,筆名辰風,業餘發表網誌文章,從事詩詞、小說、以及文學創作。