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生命节律与自组织信息


周吉善

《周易》是华夏文明的源头活水,其中的《易经》属于原典性文化,《易传》以阴阳为纲纪阐释自然变化之理的哲理性思考。由于《易经》本身实际上是一种筮法,西方文化圈的人根本无法理解其奥妙,就称其为东方神秘;即使是在中华文化圈内,对它的看法亦呈现出两种针锋相对的观点。究其源在于我们的农业文明跟西方的工业文明背景不同,中国传统文化有三个非常明显的特点:1、具有极其深厚的天文背景;2、对时间持周期性循环观点;3、对变化和运动持功能说而不是作用论。由于节候的变化对农作物的播种时间和收成关系甚大,远古时代的部落首领就都要设置专业的监天官。这些人活动的时间正好跟常人相反,而又只有在主宰地球环境信息的太阳隐退之后,来自宇宙较深层次的信息才会开始发挥作用。所以,由他们口授师承代代相传总结出的理论,一般人都会由于缺乏切身感受而无法理解和不好接受。比如跟筮法直接相关的“青龙东方木,主吉;白虎西方金,主凶”的说法,到底有没有科学依据,就是经常争议的一个焦点。

“从宇宙线的方向看,它有不均匀性,来自西边的比来自东边的多一些,这叫做‘东西不对称效应’” (1-352)。依据今天普通人都该具有的科普知识,噪声就有可能引发多种疾病,甚至还会直接造成死亡,西方宇宙线射向地球的高能粒子比东方多,说它较东方凶就应该没错儿吧。这种说法的出发点不是作用论,因为要讲作用就必须指出产生作用的物体,古人(甚至直到今天)虽然说不清楚具体的作用由何而来,却注意到实际存在这样一种功能,可以认为这种说法的实质就是一种了不起的科学发现。

华夏先民对《周易》的研究,从先秦开始已经有儒易和道易之分,将阴阳五行纳入易学之后,即出现了以象数解易、以义理解易和以黄老解易三种倾向。董仲舒提出的“独尊儒术”被汉室皇帝采用,儒易即得以用之于朝廷而大兴,道易遂流传于民间及退隐于山林而渐微;象数易与黄老易合流,进而出现数术和术数之分,二者皆流传于民间,难以登大雅之堂。《易传》有言曰:明乎天之道,察乎民之务。道易和儒易即沿着“明天道”和“察民务”两个不同方向发展,最终形成前者与自然生命现象联姻,后者跟社会人文现象结缘的两种趋向。本文只讨论术数问题,即通常所说属于预测的这个分支。

术数的门派虽说很多,所用之数亦各异,比如说什么“载九履一,左三右七,四二为肩,六八为足,五居中宫”,或者是“一六为水,三八为木”之类,其中每个数所含的宇宙信息基本上也可以找出规律,但是跟宇宙深层的信息之源却相去甚远,难以揭示出人生与作为自组织系统的宇宙之间的必然联系,不属于本文讨论的内容。本文着重讨论2、3、5、8、10和12这几个数所决定的物理学机制。

为研究中华科技史花费毕生精力的英人李约瑟博士曾说:道家思想中包含着“真正而未诞生的科学”,所指当是生命科学而无疑。首先讨论生命的出现需要哪些条件:第一、生命由自组织系统长达数百万年持续发挥作用演化而来;第二、生命有“锁频”到自然界周期过程中去的一面,比如季节和昼夜等;第三、考察人的脑电波发现,癫痫病患者发病时脑电波呈明显的周期性,而正常人的脑电波则近乎随机信号。即此三点可以判定,生命现象必然跟宇宙的自组织机制、时序的周期性变化及信息理论中所说的混沌存在着十分密切的关联。

进而讨论自然界周期过程的规律跟哪些条件相关。寒暑易节、春种秋实,日出而做、日没而息,人类从事农业生产的节律,由日、地、月三者的相对位置决定;三者相对位置的变化,正好跟宇宙信息变易的节律同步,并呈现出周期性循环,即基本上以360天为一个循环周期。综观世界各种文化圈的纪时法,基本上都是一年12个月,一月30天;采用的方式大多是以自然序数排列,比如1999年、2000年之类,唯有中国古代采用的是干支纪时法。十天干、十二地支的一个循环是两个月,六个循环为一年;地球绕太阳运转的周期性变化也恰恰是60年。即此一来,干支配伍的周期跟年、月、日的周期性过程就正好吻合,每一个特定的干支配伍(比如甲子或壬午)之中就包含了一定的宇宙信息。无论是对年、月、日哪一层次的周期来说,每逢甲子或壬午,日、地、月所处的相对位置就基本相同,也就是说这时候人类生存的环境将处于宇宙信息没有太大差异的时空点。

小结:以十天干、十二地支配伍纪时的方法,恰好跟日、地、月位置相对变化的周期同步,每一个纪时的单元(即干支)中,自然也就包含着一定的宇宙自组织演化的信息。

接下来讨论混沌和有序相互转化的条件,这需要从计算物理学兴起开始。计算物理学的兴起是物理学的一次重大革命,它是以电子计算机为主要工具,通过计算对自然过程进行模拟实验,从而作出发现。然后由理论物理学对这些发现作进一步论证,并由实验物理学去检验。这一学科的开创者是费米,他在1952年设计了第一个计算机实验;由于他参加过美国研制原子弹的工作,既对当时世界上那台最先进的计算机有所了解,又可以借用那台计算机进行实验。实验的目的是将64个非简谐振子组成一个1维力学系统,用以检验能量趋向均匀分配(即热平衡)的过程。结果却是经过相当长一段时间之后,能量重新集中到第一种运动模式上(即热能并非总是从高温传向低温最终趋于热平衡)。这个发现对物理学理论的冲击太大,因为它是对80年来公认无误的、玻尔兹曼“各态历经”假说的严峻挑战;即使是声名赫赫的物理学家费米,也不敢冒天下之大不韪,1954年写成的实验报告,直到他逝世后10年才被收进他的文选中。该报告发表带来的结果是,混沌物理学、孤子物理学和分子动力学随之而诞生。下文通过最重要的两个数学实验来讨论一组有特殊意义的数 (2-438)。

1975年澳大利亚的梅发表了他长期研究罗杰斯蒂方程X明年=γx(1-x)模拟鱼群盛衰的结果,经大量的数值计算,他发现当参数γ为2.7时,,种群数为0.6292,参数增加时种群数稍增。当γ〉3时,曲线一分为二,种群数在不同的年份交替地在两点之间振荡。参数再增大,振荡裂而为4……直至无周期。这个实验实质上提供了一条由有序通向混沌的道路,被称为倍频分岔,亦即是说有序和混沌的关联为2n,实现分岔的临界值为3。梅实验的结果马上受到费根鲍姆的关注,他决心计算出分岔的参数,很快就发现这些数字是几何收敛的,在计算器的精度内得到这个收敛是4.669。后来他对一批非常不同的函数(包括正弦函数)计算的结果,发现其收敛的前5位均为4.6692。他意识到这是自然界的一条新规律,4.669被称为普适结构常数。

小结:数学方程式(即函数)描述的是有序,从有序进入混沌的道路是2n,发生变化的临界值为3;从混沌达到有序的普适结构常数为4.669,量子化后即为5,也就是说决定由混沌到有序的普适结构常数可以取5。天津大学崔君达教授在《晶体和分子中的对称性及其破缺》中写道:“最复杂的还有遗传密码DNA和RNA的巨型分子,它们都是由4种不同的基本单元组成。这种基本单元在正常生物体内又都是左旋的,并且都具有同分异构体。所以,这八种不同的基本结构的延伸理应得到一种八重的(四个左旋,四个右旋)不对称时空结构”(3-3),而“这八种空间(对于相同的时间轴)不可区分性的破坏,所伴随的可观测现象正是神奇的生命现象”(3-133)。现代科学已经确认时空结构是动力学的量,8种时空结构理应被理解为8种不同的能级状态。另外,霍金也说:“人们不得不相信,观测到的粒子中的许多或者大多数……不是真正基本的,它们是基本的N=8粒子的束缚态”(4-47)。

小结:从有序通向混沌的道路为2n,分岔点为3;从混沌到有序的几何收敛值可近似地取5(4.669),最终的时空结构状态为8!〈易经〉八卦筮法中包含的一组数,跟现代科学发现的这组数简直吻合得天衣无缝,由之决定着混沌——有序——混沌周期性转化的基本规律。

最后讨论自组织系统。80年代兴起一种“元胞自动机”模型,该理论的基本思想是:“自然界里许多复杂的结构和过程,归根结底只是由大量基本组成单元的简单相互作用所引起”(5-143),为模拟包括自组织结构在内的复杂现象提供了一个强有力的方法。自组织系统持续发挥作用的前提是:首先必须有正反馈和负反馈两条回路,才可以保证系统通过自稳和自生长期保持平衡;其次这两种反馈对“大量基本组成单元”,又必须遵从“各态历经”的概率性规律;其三还必须能够保证两条反馈回路在各单元之间的运转,既符合周期性循环的规律,又不能出现互相交叠重合。海南师范学院的陈继元先生已经用图论证明,自组织系统的单元个数能够满足上述要求的充分而必要条件是P=5.8.10.12。这种自组织体系中两条反馈回路的历经,如右图。单元个数最少的自组织系统即是5。

1996年8月1日《光明日报》与《科技智囊》以“科学理解易学,弘扬优秀传统文化”为宗旨联合征文,要求从数的角度阐明易经的科学性,我的《易学

自然观》入选发表于1996年第10期《科技智囊》。该文分别以自然观、生化论、作用说、状态式、时序谱为小标题,讨论了2、3、5、8、10和12这几个数的

实质和物理机制,得出的结论是:人由谁创造?星系和天球的运转由谁推动?整个宇宙大自然的生生化化由谁主宰?易学给出的明确答复是:一不是神灵,二不是上帝,而是在冥冥之中自行运转着的2、3、5、8、10、12。阴阳、五行和八卦,十天干、十二地支,原本是宇宙运转程式的一组密码——现代科学的成果已经足以能够揭示出这组最为神秘的数字的真谛。又经过五、六年的执着探寻,终于从混沌物理学、自组织理论和信息论中找到了这组数字相互作用的机制,进一步证明了96年的结论之不谬。更进一步的研究还发现,1(整体)、2、3、5、8属于斐波那契数列,这个数列有许多有趣的性质,如在线段的黄金分割中,两条长短线的比:

618的渐近分数。由于这个性质该数列在优选法(0.618法)中得到应用。那么,如果要说由2、3、5、8组成的八卦序列,完全符合自然界自组织演化的优选法,恐怕不能说没有道理吧。再就5、8、10、12而言,又都满足自组织系统持续发挥作用的充分而必要条件,一个不多,一个也不少,太让人不可思议了。有人会马上提出反驳说……。请先不要以西方文化为参照,去质疑在生产力极度低下的几千年前,华夏先民怎么能会有如此高智慧,怎么能会发现现代科学都难以讲通的自组织机制;最好还是先沉浸到博大精深的传统文化的海洋中去吸收点营养吧。我们的回答是:中西文化体系和思维方式不同,获取宇宙信息的时间环境和方法迥异;作为现代人应该为人类文明的殊途同归感到欣幸。请不要忘记:我们都是炎黄子孙;也应该正视:自己的知识结构已经全盘西化。最起码的职业道德和科学态度应该是:承认客观现实!

最后再讲一个小插曲。载入史册的首次撼动物理学定律的是炎黄后裔——李政道、杨振宁和吴健雄;费米通过数学实验发现能量“近回归”,对“各态历经”提出严峻挑战,虽说比证明“弱相互作用宇称不守恒”还早,却不敢将实验报告公之于众,不能说不是一个小小的讽刺。原因究竟何在呢?他山之石,可以攻玉——最好还是深刻体悟一下先民们留下的古训吧。

参考书目

1、倪光炯等著《近代物理》上海科技出版社1979年

2、董光璧等著《世界物理学史》吉林教育出版社1994年

3、崔君达著《晶体和分子中的对称性及其破缺》天津大学出版社1991年

4、霍金(英)著《霍金讲演录》湖南科技出版社1995年

5、宋健主编《现代科学技术基础知识》科学出版社1994年

2001年10月24日

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