大數(shù)據(jù)時(shí)代感受人文和科技的跨界之美

用大數(shù)據(jù)和科學(xué)理論來(lái)重新解讀人類(lèi)歷史，一直是張首晟老師的愛(ài)好。本文深刻闡述了大數(shù)據(jù)時(shí)代物理、科技和人文的跨界之美和意義所在。美國(guó)《獨(dú)立宣言》的第一句話，也是涵蓋了歐幾里德的思維精華——簡(jiǎn)單而普適。愛(ài)因斯坦的著名公式E = mc2非常簡(jiǎn)單，也是涵蓋了從原子到宇宙的運(yùn)行原理。整個(gè)人類(lèi)文明的巔峰成就，在乎歐幾里德的幾何理論。古希臘人喜歡進(jìn)行抽象思維，而羅馬人更專注怎樣把幾何用在工程學(xué)上，打造了百萬(wàn)人口、設(shè)施完善、建筑恢弘的羅馬城。但羅馬帝國(guó)的偉大更在于將幾何原理用在了法律上，再?gòu)?fù)雜的邏輯架構(gòu)也是建造在幾個(gè)顯而易見(jiàn)的公理之上，這是羅馬帝國(guó)法律體系的基石。本文為張首晟老師為吳軍的《文明之光》所作之序，版權(quán)歸原作者所有。

從小我就酷愛(ài)讀歷史，那些可歌可泣的故事深深地打動(dòng)著我的心靈。歷史似乎就是一盤(pán)棋，命運(yùn)時(shí)時(shí)在那些偉人的掌控之中。然而，我也經(jīng)常會(huì)問(wèn)一些可笑的問(wèn)題，例如：當(dāng)年如果荊軻刺秦王成功，中國(guó)的歷史將會(huì)如何演化？如果布魯圖刺殺愷撒大帝失敗，歐洲的歷史又會(huì)怎樣？如果普魯士軍隊(duì)來(lái)到拿破侖與惠靈頓打得不可開(kāi)交的滑鐵盧戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)遲了兩小時(shí)，世界又將轉(zhuǎn)向哪個(gè)方向？如果，如果……人類(lèi)的歷史好像就被那些偶然的因素牽著走。

學(xué)習(xí)物理把我?guī)нM(jìn)了另一個(gè)世界。牛頓方程下的宇宙，就像一個(gè)瑞士手表，每分每秒都在精密地運(yùn)轉(zhuǎn)。小到樹(shù)上的蘋(píng)果，大到太陽(yáng)系的行星，用一個(gè)簡(jiǎn)單而優(yōu)美的萬(wàn)有引力定律就能描述。這兩個(gè)截然不同的世界都神秘地吸引了我，但是物理世界的必然與歷史世界的偶然卻讓我困惑不已。

當(dāng)我深入學(xué)習(xí)了統(tǒng)計(jì)物理學(xué)之后，才開(kāi)始慢慢看到兩者的相似之處。牛頓方程之所以能精密描述行星的運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)檫@是個(gè)簡(jiǎn)單體系，僅有少量的幾個(gè)自由度。當(dāng)我們觀察氣體中的分子和液體中的小顆粒時(shí)，它們的運(yùn)動(dòng)是雜亂無(wú)章的，似乎也被偶然的因素所左右。而統(tǒng)計(jì)物理學(xué)把這些雜亂無(wú)章的個(gè)體運(yùn)動(dòng)放到整個(gè)系統(tǒng)行為的高度來(lái)看，于是，那些偶然的因素在統(tǒng)計(jì)平均中消失了，人們由此提煉出能量守恒與熵增的普適規(guī)律，讓偶然走向了必然。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，在未來(lái)的知識(shí)領(lǐng)域，牛頓力學(xué)、相對(duì)論以及量子力學(xué)都會(huì)被修正，而統(tǒng)計(jì)力學(xué)的定律卻是永恒的。

所以我要問(wèn)，能否用同樣的眼光來(lái)看待歷史呢？歷史的浩瀚章節(jié)、戲劇式的人物故事，盡管偶然，就像液體中的小顆粒一樣難以預(yù)測(cè)，但當(dāng)我們把時(shí)空尺度漸漸放大，這些偶然因素是否會(huì)在大數(shù)平均下相互抵消而消失，從而提煉出真理呢？

我們讀歷史時(shí)往往會(huì)問(wèn)，在這之前發(fā)生了什么？歷史的起源，是有人類(lèi)以來(lái)最常問(wèn)到的深刻問(wèn)題，不同的民族、不同的宗教、不同的文化都有自己的“創(chuàng)世紀(jì)”傳說(shuō)。人類(lèi)文明綿延數(shù)千年，直到我們這一代，才真正了解了時(shí)間的原點(diǎn)。今天，我們知道，宇宙是在大爆炸中產(chǎn)生的，宇宙的年齡為137.98±0.37億年，地球的年齡約為45.4億年，恐龍是在6500萬(wàn)年前消失的，現(xiàn)代智人的年齡約為20萬(wàn)年，人類(lèi)有文字的歷史約為5500年。若將地球的年齡縮短成一年，則人類(lèi)僅在最后的半小時(shí)才出現(xiàn)。所以，我們要讀懂人類(lèi)文明史，更需要從宇宙形成的原點(diǎn)出發(fā)，用大歷史的眼光來(lái)看待一切。在大歷史的尺度下，更能在統(tǒng)計(jì)平均的意義下去掉那些偶然因素，留下宇宙演化與文明進(jìn)步的真理。

人類(lèi)是由原子和分子組成的奇妙物種，我們要找到普適于宇宙與人類(lèi)的第一性原理,必須從最基本的概念出發(fā)，那就是能量、信息與時(shí)空。它們的結(jié)合，產(chǎn)生了能量密度與信息密度的概念。（值得注意的一點(diǎn)是，物理學(xué)家引進(jìn)了熵的概念，后來(lái)發(fā)現(xiàn)熵的統(tǒng)計(jì)意義就是信息，兩者是等價(jià)的。）

宇宙大爆炸后，剛開(kāi)始，宇宙中充滿了基本均勻的微小塵埃，隨著時(shí)間的推移，塵埃的密度也開(kāi)始發(fā)生漲落，有些密度比較高的地方，通過(guò)萬(wàn)有引力的作用，把別處塵埃逐漸吸引過(guò)來(lái)，塵埃間的距離會(huì)變得非常近，能量和質(zhì)量的密度也會(huì)大大提高，超過(guò)臨界值之后，有一種新的力會(huì)起更大的作用，即強(qiáng)相互作用力，它使得原子核在碰撞時(shí)產(chǎn)生核聚變反應(yīng)，聚變反應(yīng)成為新能量的來(lái)源。通過(guò)這個(gè)機(jī)制，形成了恒星和星系，從此恒星點(diǎn)燃了宇宙之光。

相似地，人類(lèi)剛剛起源的時(shí)候，分散在地球表面，通過(guò)狩獵和采集維持生存，此時(shí)人類(lèi)的能源更多來(lái)自于狩獵獲取的動(dòng)物。由于動(dòng)物資源有限，所以人口密度不會(huì)達(dá)到臨界狀態(tài)。直到一萬(wàn)年前，人類(lèi)發(fā)明了農(nóng)業(yè)，開(kāi)始了耕種，農(nóng)作物通過(guò)光合作用帶來(lái)能量，維持人類(lèi)的生存，可以說(shuō)人類(lèi)利用了一個(gè)新的能源，即太陽(yáng)能。這一新能源導(dǎo)致能量密度極大提高，也造成人口密度的極大提高，形成了村莊。能量密度的提高，為人們更緊密的信息交流提供了機(jī)會(huì)和條件，進(jìn)而產(chǎn)生了語(yǔ)言和文字，從此點(diǎn)燃了文明之光。

由此可見(jiàn)，整個(gè)宇宙復(fù)雜性（Complexity）的產(chǎn)生，無(wú)論是恒星的產(chǎn)生，還是人類(lèi)文明的產(chǎn)生，都需要能量密度達(dá)到一定高度。

我也在思考，我們經(jīng)常提到文明，那么什么是文明？文明的定義是什么？生物世界通常只有一種傳播信息的辦法，就是通過(guò)基因。而人類(lèi)創(chuàng)造了一個(gè)平行于基因的信息體系，就是通過(guò)語(yǔ)言和文字，代代相傳，稱之為文明。所以我將文明簡(jiǎn)單定義為：平行于生物基因，可以代代相傳的一個(gè)信息系統(tǒng)。人類(lèi)每次的新能源革命，例如蒸汽機(jī)、電力和核能的發(fā)明，都為人類(lèi)文明帶來(lái)巨大的變革。

經(jīng)典的史書(shū)，常常是對(duì)帝王戰(zhàn)爭(zhēng)的記述占據(jù)了絕大的篇幅。在戰(zhàn)爭(zhēng)中，秦始皇、亞歷山大大帝、愷撒大帝們得到了個(gè)人至高的榮耀，卻帶給百姓兵荒馬亂、妻離子散的殘酷悲劇。而在人類(lèi)的文明史中，戰(zhàn)爭(zhēng)又占有什么樣的地位呢？在我看來(lái)，戰(zhàn)爭(zhēng)最大的遺產(chǎn)是顛覆性地打開(kāi)了信息交流的新渠道。

亞歷山大大帝戎馬一生，英名蓋世，征服了當(dāng)時(shí)他所知的世界，但他英年早逝，還沒(méi)等建立起自己的王朝，他的帝國(guó)就崩潰了。他給人類(lèi)文明留下了什么呢？是一個(gè)圖書(shū)館！亞歷山大大帝有兩位老師，一位是他的父親，教他用武力征服世界；另一位則是亞里士多德，教他汲取世界知識(shí)。在亞里士多德的影響下，亞歷山大始終對(duì)科學(xué)十分熱心，對(duì)知識(shí)十分尊重，并提供人力和財(cái)力支持，使得古希臘文明廣泛傳播。當(dāng)他征服埃及之后，建立了港口城市—亞歷山大城。亞歷山大在世的終極目標(biāo)是征服一切已知的世界，而他建立的圖書(shū)館的目標(biāo)是收藏人類(lèi)一切的書(shū)籍與知識(shí)。當(dāng)時(shí)每艘船進(jìn)入亞歷山大港口，都要被搜查，若找到一本圖書(shū)館里沒(méi)有的書(shū)，就會(huì)被“充公”一年，等圖書(shū)館工作人員抄寫(xiě)完畢，重賞后才物歸原主。這樣年復(fù)一年，亞歷山大圖書(shū)館便收集了當(dāng)時(shí)人類(lèi)幾乎所有的書(shū)籍，聲名遠(yuǎn)揚(yáng)，成了古代信息密度最高的地方，也吸引了古代最杰出的學(xué)者。信息密度超過(guò)了臨界值，加上杰出學(xué)者的智慧，導(dǎo)致了一場(chǎng)古代社會(huì)的“知識(shí)大爆炸”。

圖書(shū)館館長(zhǎng)埃拉托斯特尼（前276—前193）在一本書(shū)上讀到，埃及西厄這個(gè)地方在夏至那天的正午，立竿而不見(jiàn)影。于是他想出了一個(gè)奇妙的辦法，通過(guò)亞歷山大城的竿影便能測(cè)出整個(gè)地球的周長(zhǎng)。當(dāng)時(shí)人類(lèi)對(duì)數(shù)學(xué)已有了許多碎片化的知識(shí)，但是沒(méi)有一個(gè)完整系統(tǒng)。歐幾里得在亞歷山大圖書(shū)館里閱讀萬(wàn)卷書(shū)之后，寫(xiě)出了千古奇書(shū)《幾何原本》，用公理化的體系，不但奠定了整個(gè)幾何學(xué)的基礎(chǔ)，也制定了整個(gè)科學(xué)研究的方法。大科學(xué)家阿基米德與托勒密都曾在亞歷山大圖書(shū)館里學(xué)習(xí)與工作，他們分別奠定了物理學(xué)與天文學(xué)的基礎(chǔ)。

亞歷山大大帝通過(guò)戰(zhàn)爭(zhēng)打通了古代世界，促進(jìn)了交流，而亞歷山大圖書(shū)館則空前地匯聚了人類(lèi)的知識(shí)與處理人類(lèi)知識(shí)的大學(xué)者，達(dá)到了信息與信息處理的超高密度，創(chuàng)造了古代世界知識(shí)大爆炸的奇跡。由此看來(lái)，使亞歷山大大帝流芳千古的，并不是他在戰(zhàn)場(chǎng)上的豐功偉績(jī)，而是他留下的這個(gè)圖書(shū)館。

愷撒大帝被視為古羅馬帝國(guó)的無(wú)冕之皇，現(xiàn)在人們每次提起他，大多講的是他在戰(zhàn)場(chǎng)上的豐功偉績(jī)、與埃及艷后的浪漫史，以及他最后被自己鐘愛(ài)的養(yǎng)子布魯圖刺殺。但我更想知道，他對(duì)人類(lèi)文明起了什么作用？作為古羅馬帝國(guó)的締造者，愷撒大帝為了征服別的民族和國(guó)家，開(kāi)始修建羅馬大道。西方古語(yǔ)有云：條條大路通羅馬，可以想見(jiàn)羅馬大道的規(guī)模。羅馬大道修建時(shí)是為了軍事目的，用于運(yùn)輸軍隊(duì)和軍事供給。道路的延伸帶來(lái)了羅馬版圖和權(quán)力的擴(kuò)張，加強(qiáng)了羅馬帝國(guó)對(duì)被征服地區(qū)的統(tǒng)治。漸漸地，這個(gè)軍事網(wǎng)絡(luò)逐漸發(fā)展為金融、文明交流網(wǎng)絡(luò)，起到了原先修建羅馬大道時(shí)意想不到的作用。經(jīng)濟(jì)上，羅馬大道使得羅馬帝國(guó)征稅非常方便，并極大地促進(jìn)了商業(yè)的發(fā)展。文化上，羅馬大道促進(jìn)了非羅馬地區(qū)的文明化進(jìn)程，使得羅馬的政治制度、法律制度、經(jīng)濟(jì)模式、生活方式等得到了廣泛普及。但出人意料的一個(gè)例子是基督教的傳播。基督教起源于猶太國(guó)，猶太國(guó)當(dāng)時(shí)是一個(gè)很小的國(guó)家，根本無(wú)法與羅馬帝國(guó)在世界上的地位相提并論，耶穌基督和他的十二門(mén)徒就是來(lái)自這個(gè)小國(guó)。通過(guò)羅馬大道，門(mén)徒們非常有效地傳播了他們的宗教信仰。從古羅馬皇帝尼羅（37—68）迫害基督教徒，到君士坦丁大帝（272—337）把基督教定為古羅馬國(guó)教，只有短短不到300年時(shí)間。最終，古羅馬帝國(guó)逐漸衰亡，基督教卻流傳下來(lái)，深刻影響了世界文明?；浇虖囊粋€(gè)小小猶太國(guó)的信仰，發(fā)展為現(xiàn)在世界的三大宗教之一，可以說(shuō)是人類(lèi)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)的第一個(gè)傳奇。

令人嘆息的是，在亞歷山大大帝大修圖書(shū)館的年代，秦始皇卻下令焚書(shū)坑儒，春秋戰(zhàn)國(guó)百家爭(zhēng)鳴的盛況成為歷史絕唱；在愷撒大帝擴(kuò)修羅馬大道的年代，秦始皇修建了萬(wàn)里長(zhǎng)城，在抵抗外敵入侵的同時(shí)，卻也禁錮了文化的傳播。

公元76年，西羅馬帝國(guó)沒(méi)落，歐洲進(jìn)入了黑暗的中世紀(jì)，古希臘、古羅馬光輝的文明在當(dāng)時(shí)的歐洲幾乎完全被遺忘。出于宗教狂熱，羅馬教皇烏爾班二世下令進(jìn)行十字軍東征，要從穆斯林教徒手中重新奪回耶路撒冷。十字軍東征總體上是失敗的，使東西方各國(guó)生靈涂炭，但很多人不知道的是，十字軍東征也在無(wú)意中搭建了西方世界與穆斯林文化的橋梁，并對(duì)歐洲文化產(chǎn)生了長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。當(dāng)時(shí)阿拉伯世界的文明發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了歐洲，阿拉伯的化學(xué)、天文、數(shù)字等知識(shí)便被帶回了歐洲，尤其重要的是，阿拉伯保存了古希臘古羅馬的文明，十字軍東征把這些起源于歐洲、但又在歐洲丟失了的文明，重新帶回了家鄉(xiāng)，最終導(dǎo)致了西方文藝復(fù)興的革命。十字軍東征帶回的書(shū)籍中就包括古希臘天文學(xué)家托勒密的著作，他的思想通過(guò)阿拉伯學(xué)者之手重為歐洲所知。文藝復(fù)興所要恢復(fù)的，便是古希臘古羅馬的光輝，這個(gè)光輝通過(guò)阿拉伯世界保留并傳播過(guò)來(lái)的，是十字軍東征無(wú)意中打開(kāi)了這道文化大門(mén)。

戰(zhàn)爭(zhēng)有時(shí)會(huì)帶來(lái)意外的效果，會(huì)顛覆性地打通文明交流的新渠道，而技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了航海、鐵路、飛機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于縮短了地球的周長(zhǎng)，推動(dòng)了文明的交流，有效增加了信息的密度。這些都是物理層次的渠道，然而還有更神奇的渠道，能促進(jìn)人類(lèi)不同知識(shí)領(lǐng)域之間的交流。歐幾里得的《幾何原本》，奠定了幾何學(xué)的基礎(chǔ)，它本是數(shù)學(xué)領(lǐng)域的大作，然而，這里面還有來(lái)自于數(shù)學(xué)卻高于數(shù)學(xué)的思想方式，可以廣泛地應(yīng)用到整個(gè)人類(lèi)的知識(shí)領(lǐng)域。豐富多彩的幾何學(xué)，根基于五條不言自明的公理，每條幾何定理都可以從這五條公理推導(dǎo)出來(lái)。希臘人的幾何學(xué)被羅馬人加以應(yīng)用。

今天我們來(lái)到羅馬的萬(wàn)神殿，處處可以看出這座千年前的建筑是幾何學(xué)的奇跡。當(dāng)我們仰望萬(wàn)神殿的天窗時(shí)，似乎可以看到歐幾里得在天堂的笑容。這是幾何學(xué)在工程學(xué)上的直接應(yīng)用，比較容易理解。但羅馬人不僅把歐幾里得幾何學(xué)應(yīng)用于建筑，更把幾何公理的思想應(yīng)用于法律，引入了自然法的概念。法律既然要讓萬(wàn)民遵守，就必須建筑在幾條簡(jiǎn)單且人人都認(rèn)為不言而喻的自然法上。法律保護(hù)個(gè)人財(cái)物，視為神圣而不可侵犯。羅馬法是在當(dāng)年歷史條件下創(chuàng)建的最理性的法典。法律對(duì)個(gè)人財(cái)產(chǎn)的保護(hù)，使每個(gè)羅馬公民都發(fā)憤圖強(qiáng)，使得羅馬繁榮昌盛。一千多年之后，歐幾里得的思想主導(dǎo)著美國(guó)建國(guó)的獨(dú)立宣言，把人人平等的思想，提為不言而喻的建國(guó)公理。林肯總統(tǒng)為了解放黑奴，提出了憲法第十三條修正案，就在議會(huì)爭(zhēng)論最為激烈的時(shí)候，他手中時(shí)時(shí)緊握著歐幾里得的《幾何原本》。幾何五大公理之一，說(shuō)所有直角都是相等的，更使林肯總統(tǒng)深信人人平等才是建國(guó)最核心的基礎(chǔ)。古代羅馬的強(qiáng)大，今日美國(guó)的繁榮，是因?yàn)槟切┙▏?guó)元?jiǎng)祝嬲邮芰藖?lái)自于歐幾里得的靈感，理解并提煉了科學(xué)的精神，活學(xué)活用，悟出了治國(guó)之道。由此可見(jiàn)，人類(lèi)文明跨領(lǐng)域的交流可以創(chuàng)造新的奇跡。

回顧大歷史，我們發(fā)現(xiàn)，文明的主線是能量與信息。帝王將相、英雄豪杰不過(guò)是為能量與信息的交流鋪路，有效提高了信息的密度。用這樣的眼光看待大歷史與人類(lèi)文明，我們能對(duì)未來(lái)有何展望呢？在人類(lèi)歷史的滾滾長(zhǎng)河中，我們這代人可以說(shuō)是歷史的幸運(yùn)兒。前面提到，我們這代人，首次找到了時(shí)間的原點(diǎn)、歷史的起點(diǎn)，這是人類(lèi)文明史上獨(dú)一無(wú)二的。而更重要的是，我們迎來(lái)了信息大爆炸的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，整個(gè)人類(lèi)的知識(shí)，只要輕輕一點(diǎn)鼠標(biāo)，就立刻呈現(xiàn)在我們的眼前。

然而，今天不論是個(gè)人的發(fā)展，還是研究領(lǐng)域的推進(jìn)，都越深越窄，看到的只是樹(shù)而不是林。很少有人能像文藝復(fù)興時(shí)代的大師達(dá)·芬奇一樣，一個(gè)人的腦袋里能裝進(jìn)當(dāng)時(shí)整個(gè)人類(lèi)的知識(shí)精華，包括藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、工程、科學(xué)等，從而爆發(fā)出驚人的創(chuàng)意。當(dāng)先人把來(lái)自于科學(xué)的公理思想用于法律的精神與治國(guó)之道，帶來(lái)了羅馬的強(qiáng)大與美國(guó)的繁榮。在今天的世界，用鐵路與航海在地理上建立聯(lián)絡(luò)已不是那么重要，建立知識(shí)的橋梁，連接不同知識(shí)領(lǐng)域的孤島，才是推進(jìn)文明的動(dòng)力。知識(shí)跨領(lǐng)域的連接能有效提高信息的密度，必然導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的文明大爆炸。