大自然如何运作

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。

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。

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