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“加速”现象是不是自然界演化具有的普遍特征呢?

已有 3935 次阅读 2016-10-30 12:10 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 范式, 加速, 自然演化

在科学网宜多谈科学,这里的受众青年学子居多,TA们希望能从这里丰富些知识,积累些经验,启迪下思维,开拓下视野。

这些天,我一直在思考这样一个问题: 广义的自然界(指包括人类社会在内的整个客观物质世界)其演化过程是怎样的?具有什么样的典型特征?

减速或匀速发展不应是主旋律,因为具有这样特征的系统不是很快衰亡,就是毫无生气,这与不断多样化与趋向复杂化的物质世界发展图景相悖。

估计这样的情景或“范式”是主旋律:(1)初期其发展较慢;(2)当其演化到一定程度,在某一阶段应出现加速增长,这是因为在自然现象的演化过程中,受某种非线性机制的作用,量变积累到一定程度要引起质变,也就是会出现加速现象;(3)但加速也不能无极限发展下去吧,否则大自然会疯了不可。加速到一定程度,受某些因素施加的“负反馈”作用,增长又会趋于平缓。对某些自然现象,这种范式可能会循环出现(图1)。简单总结下,该范式由3个阶段组成:(1)缓慢增长阶段;(2)快速增长阶段;(3)趋于平缓的成熟阶段。这三个阶段的进展如字母“S”一样,且可能循环往复,越往后发展的越快越猛。


1 范式及其发展演化1

考虑到范式中的“加速”过程可能是广义自然界演化的重要环节,起“承上启下”的关键作用,让我们先把“镜头”对准它吧。嗯,废话少说,直奔主题,先看看实例吧。

大家都晓得,全球化速度越来越快,似乎越来越多的人开始扮演世界公民的角色;各种信息以爆炸般的速度增长,信息之多之快,让我们根本来不及消化;技术发展之猛,超乎人们的想象。

著名的Logistic函数或Logistic曲线【2,常用于描述人口或物种的演化规律,从2看出,起初阶段大致呈指数增长;然后随着逐渐变得饱和,增长变慢;最后达到成熟时增长停止。


2  Logistic曲线【2

看到图2,我马上联想到了张天蓉博士写的《暴涨的宇宙》一文【3】,看看图2和图3是否类似呢?她在文中说到“宇宙在极早期,大约大爆炸之后10−36秒到10−32之间一段极短时间内,宇宙空间极快膨胀的过程。暴胀是一个极快速的过程:在远远小于1秒的时间里,宇宙的半径增大了至少1026,这数值仅是线性尺度的增长,如果谈到体积增长就得再来个立方。暴胀期结束之后,宇宙继续膨胀,但速度低得多,进入标准模型的大爆炸过程。”


3 暴胀模型解决视界问题【3

人出生后,通常在某个年龄段身高出现快速生长期,其后趋缓直至停止。植物们的生长是这样的吗?图4示出了湿地松树树高生长曲线,可看出与人类身高的增长模式或Logistic曲线类同啊。


4 树高生长曲线【4】

不少自由基聚合体系【5】,当达到一定转化率(15%~20%)后,常出现自动加速现象。自加速现象主要是体系粘度增加所引起的,因此又称凝胶效应。自加速现象在自由基聚合中是一种较为普遍的现象。

.在过去,某座火山爆发被当做重大新闻来报道,比较罕见,而如今火山爆发却成了常态。地震之间的时间在缩短,强震已呈多发之势,这是为什么呢?我们的研究表明:大部分地震区当前处于孕育的“青壮年”时期【6】,随着逐渐临近主震,标志性地震事件震级将逐渐增大,相应的预震(preshock)或前震(foreshock)事件震级也随之增大;且随着时间的延续,越往后,锁固段破裂的速率越来越快,这意味着地震的频率也会增大(图5)。


5  雅加达地震区1629.08.01-2016.02.24之间CBS值与时间

(数据分析时选取MS≥7.0级地震事件;误差修正已被考虑)

哇塞,这样的例子不胜枚举。貌似大到宇宙小至物种,从人到自然,其演化过程必然会出现这样的“加速”特征。

有人问“你琢磨这件事儿有啥意义吗?”有的,若这件事儿是普遍存在的,可以加深对诸如青藏高原隆生过程、癌症发病机理等问题的理解,并可澄清某些有争议的问题。

国内外学者对青藏高原高度变化提出了不少看法,主要有8种观点(图6)【7】,各自也有其合理的解释,但尚未达成共识。哪种观点靠谱呢?若上述范式或“加速”特征成立,我看第8种观点靠谱,符合“慢--慢”的一般演化规律。


6 青藏高原高度演化的不同观点

为何人类尚未攻克治愈癌症的科学难题呢?主要原因在于机理不清。诊断出某人患上癌症,往往为时已晚,已经到了中晚期了。我估计其原因可能在于,人体细胞的癌变也存在如上所述的加速过程,这个过程太快,等人感觉到身体有显著异常去医院检查时,加速过程已经完成,癌症已经定型。从这个角度考虑,早期发现患癌的几率很小,且治愈癌症几乎没有可能,能做到的是研发某种药物,用其减缓向临界(死亡)演化过程中(范式的第三阶段——趋于平缓的成熟阶段)癌细胞的发展速率。

以上是俺尚不成熟的想法,期望能起到抛砖引玉的作用。

参考

1】(美)Ray Kurzweil 著,董振华,李庆诚译,奇点临近,2011,年机械工业出版社。

2http://baike.baidu.com/link?url=_NGJHO-NiCCacMhZarNvyiiewBhARFl7lyclZIW8A_XJ68DyglTLWoXHSXDxT_SuA_Zu-Y5_tzMPmrZszjPl5_

3张天蓉,暴胀的宇宙http://blog.sciencenet.cn/blog-677221-974429.html

4】廖彩霞,2015,湿地松树干生长规律的研究,林业科技情报,29-32.

5http://www.zybang.com/question/ab3d19f01209b67a0cecec5a673562c3.htm

6地球是否进入了地震活跃期(科普版)?http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-992229.html

7】刘燊等,2001,青藏高原的形成和隆升机制综述,世界地质,202),105-112.



http://wap.sciencenet.cn/blog-575926-1011752.html

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