https://baike.baidu.com/item/%E5%BC%A0%E5%86%A0%E6%9D%8E%E6%88%B4/918011?fr=aladdin

今天一早，收到某位朋友发来的短信，说晚上要请我去“盘古大观”咪西，还不见不散。哦，我怎么觉得有些不对劲啊，这位朋友小气是出了名的，怎么突然大方起来了呢？莫非太阳从西边出来了？嗯，扫了一下日期，原来今天是4月1日，愚人节啊，于是我用短信回复道：好的，不见不散，我大概晚上11点60分过去。

其实啊，在科学研究中，类似“愚人节”逗你玩的故事可不时上演呐，以知名的“自组织临界性（SOC）”演义为例，说说其传奇吧。

说到SOC的渊源，必须提到著名的“沙堆模型（sandpile model）”试验【1】，如下所述：

Bak等做过一个内涵深刻的研究：他们让沙子一粒一粒落在桌上，形成逐渐增高的一小堆，借助计算机模拟精确地计算每在沙堆顶部落置一粒沙会连带多少沙粒移动； 初始阶段，落下的沙粒对沙堆整体影响很小； 然而当沙堆增高到一定程度，落下一粒沙却可能导致整个沙堆发生坍塌。

他们由此提出一种“自组织临界”（self-organized criticality）的理论； 沙堆一达到“临界”状态，每粒沙与其他沙粒就处于“一体性”接触， 那时每粒新落下的沙都会产生一种 “力波”，尽管微细，却有可能贯穿沙堆整体，把碰撞次第传给所有沙粒，导致沙堆发生整体性的连锁改变或重新组合； 沙堆的结构将随每粒新沙落下而变得脆弱，最终发生结构性失衡——坍塌。临界态时，沙崩规模的大小与其出现的频率呈幂函数关系。

SOC理论的提出影响深远，能够加深人们对某些系统失稳机制本质的认识。尽管如此，但把SOC理论具体应用到某学科领域时，得严重注意其应用对象属性的差异，否则可能出现“张冠李戴”式的错误。

大概Geller等人（1997）是首批中招的科学家伙，他们基于全球地震活动区震级—频次统计关系服从幂律分布的认识，认为“地球处于自组织临界状态，任何小地震有可能级联性地发展成大地震。” 若该认识正确，则大地震确实不能被预测。

此种认识刚一冒泡，立即引发了地震学界的“大地震”，尽管反对者有之，但更多的人“躺枪”啦。为啥糊涂人如此多呢？我感觉还是与缺乏深度思考有关。判明某个理论能否应用于自己的研究领域，除基于性质相似基础上的逻辑推演外，简单的招儿是找个反例出来，就足矣将其一拳撂倒。

俺村的非著名三傻子深谙此理，虽然他的数理功底一般一般，但顺藤摸瓜、举例找茬的本事可是世界第三呐。

他是这样想的：如果Geller等人的说法靠谱，即“任何小地震有可能级联性地发展成大地震”，那么同理可认为这些大地震能级联性地发展成更大的地震，如可从M≥6.0地震级联式地发展到M≥7.0、M≥8.0乃至M≥9.0地震，甚至更大。然而事实上并非如此，震级越大的地震数量越少，全球M≥8.0大地震屈指可数。由此可见，Geller等人的认识极有可能并不靠谱！

俺村教小学物理的杨薇老师，还是有些科学素养滴，她是这样思考问题的：产生SOC现象的“沙堆模型”等试验，大都是基于均匀或准均匀散体材料而进行的。散体材料变形力学行为主要受颗粒大小和空隙控制，而非均匀岩石介质变形破坏（地震由断层运动引起的岩石破裂所致）力学行为主要受内部组构和裂隙控制，因此通过散体材料试验观察到的SOC现象，可能与加载条件下岩石损伤过程表现出的SOC行为不同。她觉得应对此开展进一步探索。

从俺村出来的老秦同学，更是拿出了高大上的“力学模型”+”实例分析”之“核武器”，直接把Geller等人斩于马下。此处省略约1万字，见以后发表的文章吧，这里谈一下结论性的认识:

“沙堆模型”可视为非连续且准均匀的散体模型，其灾变前力学行为具有近似线性性质，可能没有可判识的前兆，因而难以预测其临界失稳行为。然而，大地震孕育模型涉及到多锁固段破裂失稳，锁固段可视为连续非均匀介质，当其被加载至体积膨胀点时，开始出现微破裂丛集导致的显著地震活动性前兆，自此锁固段内部裂纹生成和扩展过程便具有了自组织演化特征，此时若不发生减载作用，则其最终会演化至临界失稳状态；反之，若自组织过程开始后，发生减载作用，则不会出现临界失稳现象。这说明，锁固段失稳发生前，必须出现自组织过程，自组织是“因”，临界失稳是“果”。自组织行为的出现并不意味着锁固段已到达临界失稳状态，且其也并非时时处于临界失稳状态，即临界性的出现需要一定条件。

我们再次强调，对孕震断层锁固段破裂失稳而言，第一和第二临界点【2】之间的自组织过程并非短暂，而是一个长期过程；尽管在两个临界点之间会发生包括小地震在内的诸多预震，但这些小地震并不能级联式地发展成大地震（标志性地震），标志性地震的发生并非偶然，而是锁固段损伤演化至某种程度后的必然结果，其孕育过程遵循确定性规律。这有力地说明，“沙堆模型”与大地震孕育模型在演化机制和发生规律方面有着本质不同，决不能将两者混为一谈。

Bak等（1987）利用SOC理论能够很好地解释一个沙堆的形成和坍塌过程，但Geller等（1997）将该理论直接外推应用于地震预测，导致错误的理解和误导。恰恰相反，正是由于自组织过程的存在，才使得对某些大地震（如标志性地震）的预测成为可能。

自1997年以来，基于地震的SOC 模型，地震预测被认为是本质上不可能的，这引起地震学界的广泛争议 ( Geller etal. ,1997 ;Wyss ,1997)。全球每年会发生数百次6.0级及以上地震，即使我们在完全掌握地震机制及其规律的情况下，也不可能全部预测之。因此，我们认为“地震能否被预测”是伪命题，而“什么类型的地震能被预测”才是科学命题。进一步的研究表明（杨百存等，2017），并非所有的地震都能被预测，只有某些标志性地震和标志性预震遵循确定性的规律，因此能够被预测。

总结下，搞科研必须牢记知其然还要知其所以然的探究精神，必须牢记质疑与批判的科学精神，必须牢记“逻辑推理为前提，实证为裁判”的科学鉴定原则，决不能“人云亦云”，这样才能避免出现“张冠李戴”式的错误。

致谢：图片来自网络，无商业目的，在此感谢！

参考

【1】沙堆模型

https://baike.baidu.com/item/%E8%87%AA%E7%BB%84%E7%BB%87%E4%B8%B4%E7%95%8C/7088010?fr=aladdin）

【2】再谈自组织临界性：从沙堆模型到岩石破裂失稳模型

http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1086557.html

其它文献略

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自秦四清科学网博客。

链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-575926-1106804.html?mobile=1

收藏

分享