物理学发展误入的四条歧路与演化平台构架
赵平波
关键词：原子核幻数，全同态，协同态，有序熵，两类熵极大化，地球变暖，地磁逆转模型，电子结构稳态，原初角动量假定，量子陀螺有序态，超能阈值，恒星核聚变稳定，星系自转曲线，暗物质，暗能量，生物活力，缩放机制，生命演化，摇摆机制，空间简并，拓扑简并，生物手性，循环路径，演化参量，不可逆性，合二而一，分岔路径，自组织临界性，跷跷板模型，拓扑简并态，复杂网络，幂律分布，协同隧穿态，量子纠缠态，不确定性，范式转移，演化平台，两极性，多样性，临界性
导读：本文力图以科普报告而非学术论文的形式来说明，现有物理学理论在4个方向上误入了歧路，并提出了具体纠偏方案，直至形成演化平台构架。本文对物理各个领域，包括分子生物学和经济学的复杂网络分析，会按照歧路纠偏以及形成演化平台的思路来表述，而并非按照常规的研究报告范式。如此思路以及内容跳跃模式不符合正规科技期刊的要求，我也更无意为获得发表而删改或修订自己的观点，但却强烈希望得到网友的认同并转发：此文的价值体现在，特意指出了哪些问题是值得进一步思考和探索的。下面，我先简述物理学四条需要纠偏的歧路:
歧路1是想当然，这尤其体现在对基本粒子和宇宙学的认知。物理学家想当然地认为，到了轻子和夸克层子，就只能分析相互作用而无法再做结构分析了。在本文中我将给出原子核幻数表达式：82=2+4+6+8+12+20+30，并引入全同态的概念来论证电子结构的稳态性。电子的无空间尺度性及其重整化发散疑难就来自其稳态结构。认为宇宙大爆炸伊始为高温热无序态，这也是想当然。原初角动量假定认为，宇宙伊始应为量子陀螺有序态但涡旋方向无序。这将自发导致宇宙的平坦性勿需暴涨宇宙模型，星系自转曲线也勿需暗物质而是可用熵力的路径依赖来解释。更可给出涡旋、椭圆、不规则三类星系的成因以及解释恒星核聚变的稳定性。暗能量问题更不存在。
歧路2是当今物理学家的太多研究是来自想象力，而不是从研究对象提出的问题出发，来寻求物理规律。分子生物学的“1基因1酶”，中心法则，以及操纵子概念被称为三大基石，但物理学家从未思考过可从以上基石中提炼出新的物理规律。我早年认为体现了不可逆性的中心法则DNA→RNA→蛋白质可用循环路径来理解，这在物理上体现为为气液和液固两类相变合二而一，两类熵极大化起到了基因修复的功效。我也就另两大基石早就提出了分岔路径概念，但直到2013年得知汤超的跷跷板模型，我才感觉可结合文小刚的拓扑序概念，来给出基自组织临界性的演化平台描述。对于经济发展演化的复杂网络平台，也可引入能量熵值和温度概念来推出经济系统的幂律分布。
歧路3是物理学研究忽略了系统含义下的熵力分析。Landau液氦超流理论认为超流态的熵为0，这岂能解释Rollin薄膜？敞口容器中的液氦在λ相变后会攀越碗口而全部滴落，体现了从单一热源做功而违背了热力学第二定律。本文提出了液氦的有序熵解释。BCS理论的Cooper对是动量方向相反的电子对：它们擦肩而过岂能降低系统能量？所有Cooper对能量若不严格相等，岂能解释超导环流永不停息？我认为超导性必须来自所有Cooper对能量的全同性，限定在超导体二维表面上的拓扑简并态量子隧穿，这也要体现出有序熵驱动，才会从超导体内挤出磁场形成Meissner效应。有序熵体现在三类自组织的宏观量子效应：协同隧穿态来自解释地球变暖的地磁逆转模型，量子纠缠态是全同态的特殊表现形式，拓扑简并态来自对拓扑序概念的推广。
歧路4体现在当今科学只从个体关联或相互作用出发，而并未构建出平台概念。人们首先力图给出不同概念之间的确定性关联，如F=ma和E=mc2就被称为规律，若无法给出确定性关联则构建出概率关系式，如Shrödinger方程或统计分布，若都走不通就认定具有不确定性，如测不准关系。然而，物理学家迄今尚未构建出系统演化平台思维：计算机科学从von Neumann开启的0和1的机器语言平台，发展到操作语言平台，再到如今的互联网和AI平台——若把物理规律构建在演化平台之上，就要先反思现有的科学思维体系是否需要来一次范式转移。用演化平台描述宇宙膨胀，生命演化和经济发展的复杂网络，其复杂性都体现了两极性，多样性以及临界性的共同特点。
引论：物理学3疑难的前因以及形成演化平台的后果
1978年高考之后，一本名为《从一到无穷大》的科普书，改变了我的人生选择。我原本上大学是想去学数学专业的，因为这一年徐迟的报告文学《哥特巴赫猜想》震撼了全中国。该猜想被认为是数学皇冠上的一颗“明珠”：中国数学家陈景润已证明1+2，但离最终的1+1还有“一步之遥”。那一年，想去摘下这颗“明珠”的考生特别多，我原本也是其中之一。但当年新翻译出版的，由Gamov撰写的这本科普书，让我觉得物理学中的疑难要远比哥特巴赫的这个数学猜想更有意义。读完此书后，我就把物理学疑难总结为“一惊三炸”共3个，分别涉及到最小的基本粒子，最大的天体恒星，以及生命的活力和演化问题。我也因此选择报考了中国科学技术大学的近代物理系。
先谈第一个炸的疑难。Gamov在《从一到无穷大》中谈到，物质结构只有不再可分的“3种实体”核子电子和中微子，这已“刨根到底”了。译者注文字则补充说明了，Gamov撰写此书时还并不知道后来的夸克模型。然而，我当年就感觉，即便还有更基本的夸克存在，物质是否具有无限可分性也并不重要：因为书中说了，质量和能量可以互相转换。那么，再大的能量可能也无法把一个最基本的粒子“一分为二”，而只能轰出新的整体粒子。而这当中更本质的疑难则是，到了电子和质子这些基本粒子的层次，就是由同性电荷构成的了：同性相斥是自然界物质的基本规律。但为何“刨根到底”后这条基本规律就失灵了，相斥的东东却可以聚集在一起，并不爆炸？
另一炸的疑难则是该书谈到恒星在“风烛残年”之际都要爆炸，这也令我不解：任何物品爆炸都应在其燃料充分的时期，不应等到“风烛残年”之时。仰望天空，太阳和恒星之核聚变都发光稳定并未爆炸。书中还谈到太阳系形成的初期并不稳定，可能遇到了一次星际物质的大碰撞，从而太阳核聚变伊始将其核合成物质抛离了出来，才形成了包括我们地球在内的行星系统。这就更令我感到惊奇：这似乎说明太阳早期已经爆炸过一次了，但居然没炸透才有了我们的地球。我感觉只要太阳核合成一开启，就应当如同原子弹引爆氢弹一样连锁地爆炸。为何太阳早期没炸透，现在燃料最足时也并不爆炸，而是要等到“风烛残年”之际，才会形成一场临终大爆炸？
对生命现象的“一惊一炸”疑难，则来自我更早的不解：当年中国是以“人工合成生命”来报道中国科学家合成牛胰岛素事件的。老师的课堂讲述令我惊讶：合成牛胰岛素只要有一个氨基酸分子“对接”错了就没有生物活力，注射给小鼠无反应。必须是全部“对接”准确，小鼠被注射后才会惊厥。《从一到无穷大》的“生命之谜”这一章里则描述了第三炸，就是在谈到生物分子的同分异构体时，Gamov最先的举例是TNT炸药的αβγ三种构型。这让我后来想到所有生物分子与TNT一样均含N-离子，从而生命活力可能与TNT的爆炸力有联系，同时也联系到了实验小鼠的惊厥。下文中我对生命现象的物理机制分析，其源头就来自以上小鼠和TNT所给我带来的“一惊一炸”。
我曾于1990年代设想用地磁逆转模型来解释地球变暖，但未得到我的博士导师蒲富恪院士的认同，这成了我一生的痛点。但后来两位华人院士，中国科学院的汤超院士提出的跷跷板模型，以及美国科学院的文小刚院士提出的拓扑序概念，让我觉得该地磁逆转模型可以复活。所以，从2013年开始我又开启了物理学研究。本文要表达的，是我孩时以上3疑难作为起点直到今天的思考过程。突破点来自我在本科学习原子核物理学时发现的幻数表达式：82=2+4+6+8+12+20+30，下文第1节马上既要谈到，这将带来不同于平衡态的全同态和协同态概念。我的另类物理学思考至今，就是从以上3类状态出发最终形成了演化平台思路，这也来自以上跷跷板和拓扑序概念的结合。
上述是本文内容形成的前因。作为引论，我下面要再简述我进而形成的演化平台思路之后果，以便读者能更顺畅地理解本文。2013年的一条科技新闻又再次改变了我的人生轨迹：北大两个生物研究小组为了“理解中胚层基因和外胚层基因在重编过程中的相互抑制和相互平衡的关系”，汤超教授提出了一种可能决定了细胞命运的维持和改变的跷跷板模型。此文发表在国际生物学顶刊Cell杂志：Shu et al., Cell, 153(2013)963。该杂志这一期的封面，就是跷跷板模型的示意图。
上幅中国男童和女童玩跷跷板的封面图，就是对下面这幅小鼠干细胞研究图的诠释，体现了细胞可能处在3种状态。ME状态和ECT状态是两种诱导力主导的后果，多潜能性状态是这两种诱导力相互抑制的能量更高的状态。为何以上这两幅图会给我带来巨大的震撼呢？这来自以下两个原因：一是这与我早年提出的地磁逆转模型似乎物理原因相同，二是我认为该跷跷板再加上拓扑序概念，可构建全新的演化平台思路。
具体谈地磁逆转模型之前，我要先说明汤超在1987年还参与提出过另一个很著名的BTW模型(T就是指汤超)。这个模型我后文还要分析，这里只先只说明一点，该模型所出的自组织临界性概念的含义——这体现在非平衡态系统的演化，往往会非常缓慢地被驱动到临界状态，并具有自发的时间和空间的标度性，这不同于物理学的以往认知。过去人们形成的重整化标度性概念，都是人为的而并非自发形成。为此，我早年就曾设想过，地球磁场的N极和S极为何少则几万年，多则几十万年会就会发生一次的逆转，其物理机制还不清楚，但是否也体现为缓慢驱动下自组织的时间标度性？
进而，地磁逆转还有一个特点可参见维基百科：过去的8300 万年发生过 183 次逆转，平均45万年逆转一次。但逆转时段则仅为2000到12000年之间，地球磁场大部分时间依然稳定在N极或S极的磁场方向。我认为，这就否定了来自经典运动的可能性。如果地磁逆转是来自特殊地核电荷分布下的某种缓慢的经典转动，地磁强度就要呈连续的周期性波动。地磁逆转明显具有大时间尺度下不连续的宏观量子效应：我猜测地球自身构成了量子势垒，磁场会在地球南北两极作量子隧穿，这犹如氨NH3中N-离子在3个H+离子平面上的来回隧穿。这就形成了量子稳态，后文还要详述这一点。
进而，地球变暖的周期并不与地磁逆转周期同步，前者要长得多。我的理解是，地球磁极自身不断来回逆转自身就构成了一种稳态，这也可被称为拓扑稳态。早年文小刚也曾把拓扑序概念称为拓扑稳态，只是在他最近的维基百科拓扑序条目中，才删除了这个提法。这意味着地磁逆转过程只要维持并没有失稳，地球气温就不会变暖。至此，就可进而与跷跷板模型做类比了。地球磁极来回逆转的稳态，是否就与该模型的多潜能性状态之高能量状态有可比性？一旦稳态失稳，跷跷板就要被某种诱导力倒向一遍，这体现在地磁逆转就是稳态崩溃而令地球变暖。为此，以上地磁逆转模型综合了汤超提出的自组织临界性和跷跷板模型，以及文小刚拓扑序稳态概念的结合体。
以上观点的核心是，地球磁极的周期性逆转本身就是宏观量子稳态，这与跷跷板模型类似，如此稳态应当也来自两种“势均力敌”的力量所维系。当年我把这个想法与中科院物理所的导师和师兄弟们交流后，他们首先感觉把整个地球看做宏观量子效应不靠谱。但怎么无人质疑超导的宏观量子行为？有了在细胞层次上跷跷板模型的可比性，这是否也就并不离谱了？事实上，磁场行为只涉及到量子个体磁矩转向行为，我将其看做是量子磁矩个体的隧穿协同行为，这类似于激光中光子频率的自组织同步。地磁逆转的宏观演化也体现了自组织临界性：失稳后就要转换为热能从而令地球变暖。其后续演化还要体现为再次缓慢驱动地球磁场，并重新形成地磁逆转周期。
然而，以上地磁逆转模型由于并无微观物理图像支持，我无法就此模型“死磕”下去，但却进而形成了演化平台思路。这体现在宇宙的演化，生命的演化以及经济系统的演化，实际上都具有平台特性，这类似于计算机科学从机器语言平台，操作系统平台直到如今的AI平台：系统的演化会在平台框架的规范下走向复杂化，我在本文亦构建了演化参量，循环路径，分岔路径，坐标简并和拓扑简并，两极性等系列概念来说明如此演化平台。这个过于超前的想法我无法也无意写成规范论文投稿，只想以网文形式为年轻学者提供思路。作为引论，下面我先谈形成演化平台概念的基础——系统观。我要通过下面两个例子来说明。
第一个例子是我当年在高校任教时要讲一场氢原子模型的公开课，查了不少物理学史的资料。得知1913年Bohr首次给出氢原子模型的Rydberg常数 R=109737.315 cm−1，与实验值109677.58 cm−1有约0.05%的误差。为此，Bohr于1914年做了修订，将模型修改为质心系，用原子核的质子和电子之约化质量来取代电子质量，就可消除该误差。这个例子给我的启发是，任何测量都体现为被测对象相对于其质心系的行为。电子运动的发光并非体现在它作为个体，相对于我们的测量仪器的运动，而是基于其质心系的整体系统行为。这个简单的例子令我进而形成了当今物理学里没有的，基于系统的路径依赖概念。
以上系统观应用到对更大系统的描述就会给我们带来全新的认知——路径依赖概念。如暗物质通常只在涡旋星系中发现，椭圆星系中似乎不存在。这就令我想到，这可能与星系形成过程中基于系统含义的熵力有关：主要是质子构成的Fermi系统形成的星系时，其早期Fermi能量会形成熵力，抗衡引力作用：星系自转曲线揭示的恒星运动速度相同，只是在单独形成的星际结团之涡旋星系中才存在，这体现了熵力作用的路径依赖。但椭圆星系的形成，我认为是吸引了涡旋星系早期抛离的恒星物质团所致，这才导致了椭圆星系的恒星多为老年恒星(后文我还要再做分析)，同时也体现了熵力作用仅在内核，椭圆星系外部的老年恒星只有引力效应。
第二个例子是我1990年代转入凝聚态物理，在阅读量子Hall效应的文章时发现都在用量子力学的路径积分描述。而我之前虽学过量子场论，但1980年代的场论课并未讲授路径积分只好恶补。路径积分描述来自对Shrödinger方程做一个Wick转动，就等价于统计物理的配分函数，量子力学的虚数时间在Wick转动后就成了温度。但这当中有一个特殊的数学要求。这是基于Shrödinger方程的能谱必须能写成正定的形式，而且量子基态不能简并，即Shrödinger方程的能谱结构必须为0<E0<E1≤E2≤…。为此，我感觉量子Hall效应似乎并不满足以上可以用路径积分来描述的条件。许多物理学论文都在瞎用数学，完全没有顾及路径积分描述的以上限制。
以上两个数学上的限制，就让我进而形成了基于系统演化的物理理解。第一，既然任何测量都要体现为被测对象相对于其质心系的行为，被测对象基态能级E0的正负符号就有其特殊含义，不能通过一个平移就能谱正定了。为此，我后文提出的演化参量概念以及熵能系数，都要基于基态能量的绝对数值。第二，从演化的角度来理解文小刚提出的拓扑序概念，这实际上体现系统既可能演化到无序熵，也可能演化到有序熵状态——这就体现在系统演化时，可能自发调整为基态简并并存在能隙的系统，或者会把量子简并的系统分离出来。这就体现了系统还可能演化到有序熵极大化模式。
这就进而形成了拓扑简并下的有序熵概念，也是对文小刚提出的拓扑序概念的推广。我简述其物理含义如下：通常的空间简并体现了系统个体之间的负能量结合所形成的对称性，如引力导致了时间反演对称性，原子之间化学键结合会导致晶体结构的空间平移对称性。但拓扑简并体现了系统在对空间做Fourier变换后，在动量空间下形成能量全同的对称性——系统即可能演化到前述能谱结构满足0<E0<E1≤E2≤…的热力学无序熵状态，还可能演化到所有个体能量都全同，或者在简并基态以上存在能隙而隧穿的拓扑简并态：这是系统Shannon信息熵值更大的状态，我亦称其为拓扑简并态。
为此，系统演化会呈现出两类熵极大化共存的局面：一是个体之间负能能量的结合导致的热力学无序熵的极大化，另一类是正能量个体通过相互量子隧穿保持全同态的有序熵极大化。以上地磁逆转模型因其微观机制不清楚而受阻，但将其应用到凝聚态物理中，似乎可用来描述超流和超导态：拓扑简并的量子隧穿带来了系统有序熵极大化，我会在文中细述。进而这还将扩展跷跷板模型而形成演化平台的概念——生命遗传物质DNA既有化学键链接的负能量无序熵极大化特性，也有某种拓扑简并态的量子隧穿(这可能来自N-离子)构成的正能量有序熵极大化特性，如此生命系统的物理演化平台描述就是“1基因1酶”，操纵子概念的基石，也体现了多潜能性状态的物理图像。
本文将要全面阐述的，是我从1980年代开始，对宇宙、生命和经济学复杂网络系统，所给出演化平台思想的形成过程。我将指出，以时空和物质间相互作用为分析基础的当今物理学，应范式转移到演化判据分析框架。为此，我下文要通过一系列具体的案例来说明，物理学要从现有通过实验观测来总结出规律的观测范式思路，转移到状态理由思路——所有物理观测都对应着物质演化过程的某种状态，而物理规律则要体现为状态形成的理由，其表现形式为熵能判据I和II，演化平台则会呈现出三类规律模式：能量主导的确定性方程，熵力主导的概率模式，以及能熵“势均力敌”下的细胞自动机或其它呈现出多样性的模式演化。
1. “两炸”疑难：物质的3种状态及其对基本粒子和宇宙演化的理解
让我先从原子核的幻数这个概念谈起。人人皆知Mendeleyev化学元素周期表，这是从原子核外的电子数来理解的。但原子核外的电子数应与核内的质子数相等，任何原子序数除了对应核外电子数，也对应着同样数目的核内质子数。人们发现，原子核内的质子或中子数若有一个为2，8，20，28，50，82，126，该原子核就比较稳定，这7个数也被称为幻数。不过，人们发现的最大原子序数是118，所以126作为幻数就仅有针对中子的含义。两个核子都是幻数的原子核则会异常稳定：如氧原子有18个同位素，但质子中子数均为8的16O极为稳定占了99.8%。铅也有40多种同位素，但208Pb最稳定占比也过半，其质子和中子数分别为82和126。
现有原子核模型主要有两个。壳层模型是基于独立粒子在平均场中的运动来考虑的，其幻数公式为k(k+1)(k+2)/3，但给出的2，8，20，40，70，112…只有前3个与实际吻合。更重要的是该公式无法解释幻数为何有上界，这也体现了原子核力最重要的饱和特性，原子序数有最大值118为元素Og，也说明了这一点。原子核理论还有一个集体模型，其分析基础是核子数为幻数的满壳层就呈球形稳态，非满壳的物理特性则会趋于球对称稳态。这两个模型均获诺奖，但都未能成功解释幻数。为此，当年在学完原子核物理这门课程后的暑期，我突发奇想：幻数的物理本质是否可能来自量子隧穿下全同态的球面全对称性？
以上奇想涉及到几个专业的物理术语，其含义我会在后文中再陆续谈及，这里先谈其对应的最简单的几何含义，就是球面上全对称的均匀分布点。下图来自幼儿园的正多面体玩具，几何学中仅有5种被命名为Plato的正多面体，分别是正4，6，8，12和20面体。然而，球面上全对称均分点的概念，要多有两个数字。首先，球面直径的两个端点，如地球南北极两个点具有完全对称性，这要添加上。其次，还要加上正12面体或正20面体的30条棱的中点，即分别是下图中，最上面的正5边形和最下面的正3角形的棱之中点，它们都是30，也是均分点(我后来才认识到)。另外，还有没有其它均衡点？著名的分子式为C60的Fullerene并不是，因为球面同时含有正5边形和6边形。
由此，三维球面的有效均分点值只有2，4，6，8，12，20，30。若称这7个数字为1到7层的填充层数，这就类似于普通原子之电子填充的主量子数，幻数填充规则如下：8=2+6，20=2+6+12，28=2+6+20，50=2+6+12+30，82=2+4+6+8+12+20+30。这个结论令我非常兴奋，认为可能就是对原子核幻数的正确解释。最重要的一点是，原子核内部的能级填充应当与原子核外层的电子填充完全相反。原子中电子与原子核电荷之间异性相吸，电子填充到越外层能量越高越容易逃逸。但原子核内部仅有库伦排斥力，越在内层的核子能量则越高，逃逸方式则要通过量子隧穿，即从最内层中心处穿越出来，最内层是均为2的幻数，2质子+2中子构成了α粒子。为何核子数通常要大于100的原子核才会有α衰变？构建出以上幻数模型后，我才恍然大悟。
另外，以上幻数填充规则更体现了量子全同性的本质，这就是同球面层核子的量子隧穿。在核子数较少时，填充通常要空过一个层数，以令同球面层的量子隧穿不受跨层库伦排斥力的干扰。然而，在原子核数目增加形成满壳层时，就会有核子挤压效应，每一层都必须被填满。最后一个数字82=2+4+6+8+12+20+30正体现了完全且充分的核子数填充，这绝不是偶合。但这当中也有一个疑问：最大的幻数126 为何无法构造出来？这个问题我反复思考后认为，126仅对中子有效而对质子无效，但126-82=44，而44/30≈30/20，这说明了该数字虽不是有效均分点值，但仍属于等间距层核子集体运动的峰值点，符合下文我要提出的协同态概念。
进而，早年我还是大学生时就想到了，以上思考若仅限于原子核的填充，即只是将其看作完全类似于原子核外电子填充的Mendeleyev元素周期表，这可能就小看其物理含义了。事实上，N个核子构成了具有完全对称性的全同态，就意味着其对应的量子态有N!个：相对于经典个体数目，量子状态数目的激增意味着系统熵值的增加，而具有约束系统形成稳态的熵力，尽管对应的系统能量可能并未增加(这也是物理学迄今未研究清楚的问题)。热接触形成的普通热平衡态就并非稳态，热量会从高温处往低温处扩散传播，就体现了光子的吸收和发射过程。但微观个体下原子核中的核子，也包括稳定的基本粒子甚至某些原子或分子，其特性就具有以上全同态的稳态特性，如α粒子并不会像普通原子那样会吸收光子形成激发态，这应当属于具有稳态含义的全同态。
为此，我要把物质系统划分为平衡态，全同态和协同态3种状态，其中协同态是介乎于平衡态和全同态之间的物质状态——这3种状态将是以上物理学3疑难的分析基础。我早年作为本科生时未曾想过以上幻数分析可作为研究论文。但后来的思考不断积累之后，又因种种原因也并未投稿给专业研究期刊。拖到今天，我更愿意抛砖引玉，把自己后续的思考过程完整地表达出来写成科普，并且刻意指出哪些问题是具有价值，哪些问题自己尚未思考清楚的，以让年轻学人再结合他们自己的研究，并作为论文发表在各自专业的研究领域，这可能更有意义。在本节，我先尝试分析前两个基本粒子和恒星宇宙疑难，把重整化疑问，超能阈值和原初角动量这几个物理概念讲透。
1.1 基本粒子稳定性的全同态和恒星核聚变的协同态理解
先谈基本粒子不爆炸的疑难。电子作为基本粒子为何没有因为Coulomb排斥力而爆炸？原因是否可能就与前述对原子核的全同态分析类似，是来自构成系统的“微粒”的交换对称性与不可能分辨性？为此，通常的量子场论理解，是认为电子要用量子场来描述，下文就要谈到Landé因子的场论计算非常成功。但这当中存在两个无穷大相减的重整化问题并无很好的物理理解，迄今依然被当做是某种数学技巧。为此，有了前述幻数概念下的全同态概念之后，我首先就用其来解释重整化问题。设想电子的电荷e是由N个电荷气体“微粒”构成的，每个“微粒”的电荷量就是e/N，这是否要体现为N→∞的“微粒”之全同性熵力约束了电子系统，从而才没有发生爆炸？
对不熟悉量子场论的网友，先简单说明一下背景。1928年Dirac方程被提出，用来描述一类自旋为1/2的粒子。但后来发现该方程只适合描述电子，无法描述内部还有结构的质子。1940年代人们进而提出了量子场论，用Dirac场来描述电子，电子就体现为并无空间结构的量子场了。这的确说明了就电子而言，Gamov的前述说法是对的，已“刨根到底”属于不可再分的粒子了，虽然核子还包括了由更基本的夸克构成的质子和中子。量子场论最重要的结果就是Landé因子的计算，其理论值为2.002,319,304,402，与实验值2.002,319,304,376有10位有效数字吻合。为此，该理论的正确性得到了承认。但这当中有两个疑问。一是电子无空间结构虽有实验验证但也需给出物理理解，二是以上量子场论的重整化计算要涉及两个无穷大相减，这更要给出其物理解释。
第一个疑问，实验证明电子无空间结构这一工作，是华人物理学家丁肇中首先于1960年代完成的。如前所述，如果把电子看做是电荷气体的经典“颗粒”构成的，从电子的静止质量对应的能量与Coulomb排斥能相等出发，则可计算出电子的经典半径为2.82 x 10-15m。量子场论若可用来来描述电子，就意味着电子必须没有无空间尺度，其半径至少要小于以上经典半径。为此，丁肇中实验给出了严格测量结果，电子半径不会超过10-16m。1980年代的实验更将这个结果提升到了上限为10-22m。这就说明了量子场论把电子看做并无空间结构的场完全正确，但在物理上这并非经典“颗粒”又是什么？但迄今并无物理解释。
第二个重整化疑难对当今物理学影响更大，演变成了任何物理学理论描述都要可重整化。因为在数学上把物理空间的维度加大就可重整化，因而超弦理论就要构建在11维空间之上。但我早年的想法与当今物理学大师们有所不同，是力图用全同态会形成稳态，来同时对电子无空间结构和重整化的以上这两个疑难作出解释。当今物理学是从任何作用力都要交换某种虚粒子的角度来考虑的，我就不科普这个观点了。我的思考角度是，物质运动在任何不同的相互作用力下，都要构成稳态的原因。为此，地球为何会绕太阳转动以及电子为什么不爆炸，这看似是两个风马牛不相及的问题，却都要体现出运动会趋于平衡或稳态——我要从两者的类比出发来解释前两个电子疑问。
为此，先谈地球绕太阳的转动。太阳作为恒星，为何要把其物质抛离出来，形成了地球等其它行星呢？它完全可以选择不抛离，而是将其自转加快一点，太阳自转周期约一个月，还有很大的增长空间。它也可以选择抛离更多而形成双星，宇宙中双星约占1半。但太阳系罕见地形成了八大行星系统，是否为太阳早期被其它星际物质碰撞，这是个猜想。但太阳系的形成可从负能量系统，即相互作用能为负值的Lagrangian最小作用量原理来理解：假设T作为太阳系的总动能，包括太阳的自转和所有行星的动能，V作为作为整个太阳系的总引力能的总和为负，T-V就是整个太阳系的作用量，Lagrangian作用量原理表明，在演化过程中它要保持最小。
太阳之所以没有演化成自转加快或形成双星，就是为了令作用量T-V保持最小化，从而形成了太阳系的特殊行星结构。任何两个物体之间的引力能都是负值，演化若导致它们之间的距离越远，引力能|V|就越大，相对运动的总动能T就越小。所以，引力系统的空间尺度与总动能的关系是此消彼长的：空间尺度大了总动能会降低，引力作用会把系统拉回到更小尺度。反之，空间尺度小了总动能又会克服引力能，而扩展系统的空间尺度。这是一个趋于稳态的过程，与普通物质的热胀冷缩原理也完全一样。普通物质的分子之间也是具有相互吸引力的，加热后分子的动能加大导致膨胀，降温后则是负值的分子吸引力令物体尺度收缩。
然而，对于电子的电荷气体的“微粒”系统，这就类似核力系统，它们属于相互排斥能V为正值的系统。若为经典系统，空间尺度越压缩虽会导致“微粒”系统总动能T增加，但总的Coulomb排斥能V增加得更快，这必然导致系统分崩离析，不可能形成稳态。即便用外力“强行”把这个具有排斥力的经典系统“压缩”到一起，这也将体现为我前述的爆炸疑难。但是，若认为电子是在动量空间下具有量子全同性的电荷“微粒”构成的，它们具有交换对称性，要形成N!个全同量子态——这似乎会令系统的量子总动能T大为增加，以至于总动能与Coulomb排斥能V相当？早年，我在中科大本科5年制开设了量子场论课，我在学习这门课程时就分心了，认为电子的稳态，很有可能来自这两个能量T和V的趋同，Lagrangian最小作用量原理所致。
具体地说，当年我是假定电子为电荷气体的“微粒”系统，并将其看做形成了特殊的空间结构，即二维环状的量子全同态。如此结构也可解释电子自旋的存在——用现在的语言来说这相当于一个拓扑“甜圈”，但我当年还没有这个概念。我只是考虑了，最小作用量原理既然要令T-V最小化，就必须让电荷气体“微粒”会尽可能收缩到空间奇点，从而V越大越有利于T-V最小化。这就既解释了电子不会爆炸的疑难，同时也解释以上两个疑问：电子无空间尺度和重整化的物理原因，是因为电子系统的T和V都要同时趋于无穷大。数学分析表明，T和V都会对数发散，重整化可能联系着 ln N! ≈ N ln N会对数发散，二维空间Coulomb排斥能也是对数发散的。
以上就是我当年在本科生时的尝试。我觉得以上数学计算有希望给出电子的电荷，自旋和质量的关系。进而，这幅物理图像还具有以下两点物理含义：一是要从动量空间来认识电子的结构，在动量空间下电子是有序的，但在我们人观测的坐标空间下，电子是无序的。这与电子气体在坐标空间下无序，但在动量空间下要构成有序的Fermi球原理相同。二是量子场论的背景能量为无穷大发散并不是问题，电子的作用量T-V要比总能量T+V更基本，物理测量要基于具有相对论Lorentz不变性的作用量，而并非系统的总能量。这与多年以后我才得知的文小刚提出的弦-网凝聚(string-net condensation)理论有类似含义，宇宙所有基本粒子都处在某个发散的“基态”之上的“激发态”。
然而，进一步的思考后我发现难度太大，要通过以上分析给出与量子力学重整化可比较的结果，以论证Landé因子就体现某种发散的“激发态”与“基态”的差值，这要解决的数学问题太多，远非我的能力所能企及。所以，我只好把这个处在萌芽的想法推后。结果一推40多年过去了，但愿今天写下来依然能对人们仍有所启发。不过，我之所以没有继续思考这个问题，更重要的原因还是自己对基本粒子的重整化问题兴趣不大，这毕竟只是一个纯数学问题，尽管非常重要。当年我的兴趣很快就转移到了恒星爆炸的疑难，其物理含义更浓。不过，续谈恒星问题之前，我下面还要多说几句。
我并不看好四种相互作用力的物理学统一理论之前景。强核力和引力或许都属于两类熵力，前者来自Coulomb排斥力的量子全同态，后者Verlinde于2009年也提出了引力熵力说，但与我的上述理解还是有一定的差异的。我个人认为，弱电统一理论之后，就并无再继续寻求统一理论的必要，但必须要对熵力给出更准确的物理理解和数学描述。进而，我赞同Wheeler的观点，物理规律源于大爆炸。所以，物理学统一理论的出发点就是宇宙伊始：“上帝”为宇宙演化设定了伊始状态，这就要体现基于时间和空间的演化平台，物理规律的体现，是要令宇宙后续演化出最大程度的复杂化。电子的构造和宇宙的演化，都是我后文要提出的演化参量概念的思想基础。
再谈第二个恒星爆炸疑难。我当年在中科大，曾集体去参观过位于合肥西郊科学岛的等离子体研究所，并实地观看了其核聚变实验的Tokamak装置。当时我们只关心点火温度，离1亿度还差了两个数量级。但介绍该装置的研究人员说，达到点火温度并不难，最难的是点火后的能量输出控制。这就令我想到，人工核聚变与太阳核聚变是有本质区别的：人工核聚变如此难以控制，但为何天上的恒星包括太阳，却能稳定维持核聚变几十亿年？两者不一样并不在于核反应过程不一样，虽然人工核聚变的原料是氘，质子占7成的太阳是由4个质子的联级核聚变才生成He的。但最本质的不同，或许来自太阳质子类似原子核中非幻数集体运动的质子，因而构成了协同态？为此，我下面要续谈前文未说透的协同态之含义，并给出超能阈值的概念。
先解释一下太阳中质子的协同态特性。前文已述，协同态介乎于热平衡态与全同态之间，热平衡态来自系统个体之间的无序碰撞会形成经典或量子统计分布，系统个体在不同能量值均有分布。我认为太阳中质子运动的统计分布就属于协同态，虽然这也来自不同质子之间的碰撞，但它们之间有强烈的排斥力，与通常的分子气体碰撞形成的经典统计分布不同，这将形成正态分布——所有质子个体之能量会在某个平均值波动，波动的原因还包括受到其它粒子，如太阳中的电子或He原子核的碰撞。这就导致了质子作为协同态具有热接触的温度特性，而与量子隧穿下的全同态无温度含义，并不相同。当然，我认为原子核中非幻数的质子也为协同态，但这与太阳中质子作为多体系统的协同态概念的物理图像也有区别，我就不细述了。
以上协同态概念的物理本质是什么？这体现为多粒子系统的统计分布会存在两类约束下的信息熵极大化：仅有总能量约束就体现为系统分布呈能量指数衰减分布，但若再加上均值约束就会呈正态分布了，下一节谈熵能判据我还要进而给出数学描述。但有了以上物理图像，我就可以谈超能阈值的概念了。这意味着正态分布下处于协同态的太阳质子能量均值，要维持在超越了核聚变反应的能量阈值，这才能解释恒星疑难：若太阳内部核反应过度热量过高，就会令其质子动能加大，从而能量均值更加超越了核聚变的阈值能量，这就会减少核聚变强度。核聚变强度减少又会令恒星降温，从而降低了质子平均动能，这又要增强核聚变。如此负反馈过程，就导致恒星既能保持几十亿年的稳态，但临终时却要整体均值都触及聚变阈值，从而发生大爆炸。
以上超能阈值对恒星的物理理解，也解释了人工核聚变难以稳控制的原因：Tokamak装置实现核聚变的点火过程，是从低能往高能推进的，就不存在以上稳定机制。但以上物理理解是否正确？还当中却有两个迈不过的坎。这是我当年做本科毕业论文时，导师吴丹迪老师提出来的。具体谈质疑之前，我要多说几句背景：我大学毕业那年报考研究生是南京大学天文系太阳物理专业，就是带着以上太阳核聚变为何会如此稳定，而人工核聚变为何如此难以控制这个疑问，去报考的。但后来我被安排到中科院高能物理研究所做本科毕业论文时，吴老师当时问我对啥研究方向有兴趣，我说是恒星物理。他就说我也可选此方向做毕业论文。以上超能阈值的想法，就形成于我当年本科毕业论文期间的物理思考。
针对以上超能阈值概念，吴老师提出了两点质疑：这既与太阳表面发光的电子能量不符，也与宇宙演化的过程不衔接。首先，太阳表面温度约5千多度，这说明发光电子的能级差也在这个数量级，大约几个eV。按照统计物理学平衡态的物理理解，太阳表面的质子与电子是热平衡的。为此，太阳中心的质子能量要比表面质子能量大如此之多，有可能吗？太阳表面质子的温度应与电子差不多，其内部的质子能量才会逐步增加，以至于在某个半径处的质子能量就会恰好等于He聚变的阈值能，而令太阳爆炸。其次，星系和恒星形成于宇宙大爆炸的物质和辐射脱耦之后。宇宙脱耦温度约3000K，所有物质通过引力形成星系和恒星的过程，其温度是逐渐上升的，这也存在跨越聚变阈值能问题。两个质疑都表明，恒星会在核聚变早期就爆炸了，而不会稳定。
所以，以上超能阈值的想法就未能写入我的本科毕业论文。但大学毕业后我依然在思考这个问题，设想如果假设宇宙伊始的电子和质子的动能要远比热平衡态大得多，以上质疑就可以化解。电磁辐射强度与粒子质量的4次方成反比，所以，宇宙演化过程中，质量远低的电子之电磁辐射要远大于质子的辐射。这样一来，呈等离子体的恒星，其电子的能量就可能远低于质子能量，从而恒星中会构成两套热力学系统。我为此查阅了等离子体教科书，也发现稀薄等离子体中会存在电子和质子两个温度体系。恒星内部属于稠密等离子体虽不同于稀薄气体，但在恒星演化形成的过程中要伴随着聚变反应，这是不断产生能量的动态过程，是否也可会形成两套温度体系？
为此，进一步的问题就要涉及到宇宙早期的演化，其质子能量是否要一直高于电子能量，从而处在协同态的稳态而有别于热平衡态，这是否可能？这样一来，以上超能阈值的想法就可能是对的，但现有的宇宙大爆炸学说就要全面改写了。对宇宙伊始状态的想象，人们是一直认为，物质和辐射必须形成热平衡：目前宇宙背景辐射温度既然降到了2.7K，那么，越是早期的宇宙，其辐射的温度一定越高，因而主要是重子即质子和中子的平均能量，当然也要与同期的辐射能量相匹配。这要体现在物质和辐射脱耦以前有相同的热平衡态温度。大爆炸宇宙论就是沿着这条思路，想当然地构建出来的。但这可能限制了我们对宇宙伊始状态的想象力，才有了暗能量疑难。
1.2 宇宙伊始的原初角动量假设、星系的三类结构和暗物质暗能量问题
如果认为宇宙的辐射背景的起源，主要来自电子的电磁辐射，而并非物质碰撞自发形成的热平衡态呢？这个脑洞大开的另一条思路，可能带来对宇宙伊始状态截然不同的想象。这意味着宇宙伊始的电子和质子能量，要远比宇宙大爆炸学说的假设要高。但其物理依据是什么，又会带来怎样的后果？若要重建不同于大爆炸的宇宙模型，仅仅只是为了说明超能阈值概念的合理性还并不足够，还必须对已有宇宙观测有更强的解释力才行。因此，我想到了宇宙伊始的原初角动量假定——由此可解释宇宙结构的平坦性，以及星系和恒星两级结构之成因。1980年代初，一个是Guth的暴涨宇宙模型，另一个则是Rubin发现的星系自转曲线，给我带来了另类想象力。
先谈Guth的暴涨宇宙模型：暴涨之后没法结束的这幅“有始无终”的物理图像，我难以苟同。为此，最小作用量原理既然是对基本粒子的描述，也应可以描述宇宙的伊始。描述基本粒子时，T-V的Lagrangian最小化体现为两个正值量相减，空间被压缩到了奇点。但宇宙物质之间的引力能V是负值，T-V就要体现为在宇宙伊始的演化，极高能量的全同态粒子要转换为引力能而令宇宙膨胀：我想象来自宇宙伊始的所有粒子属于量子全同态。这样一来，宇宙膨胀就并非是从大爆炸的热平衡态出发，而是要体现为宇宙伊始的膨胀，是来自量子全同态的最小作用量的演化驱动。在太初核合成后，全同态才会转化为协同态，从形成星系结构。
以上设想的全同态→协同态→热平衡态的宇宙演化图像就体现了，若把两次宇宙核合成比作两次非平衡态相变，宇宙演化就与激光的非平衡态相变具有可比性了。激光在低能量下类似于普通发光让其处于热平衡态。能量增高从激光谐振腔就会发出连续激光，这就是Haken在协同学中所指的光子协同发光，我称之为协同态的原因就来源于此。下文将谈到，恒星核合成之前宇宙星系中的各个恒星运动速度趋同，是与连续激光的光子协同态具有可比性的。进而，宇宙伊始就不应是大爆炸的热平衡无序状态，而应体现为量子全同态的有序状态。这就类似于脉冲激光状态，体现了系统能量密度极高时的时间不可分辨性，才会形成具有量子全同性的脉冲激光。
进而再分析Rubin发现的星系自转曲线，即恒星围绕星系核心公转的速度是在很大范围内均速的。我对此的理解为，这正是星系形成过程之协同态的后果。但现今人们是将其与太阳系的各大行星的运动速度要满足Virial定理来做比较的。Virial定理给出的针对引力系统之平均动能T和引力能V的关系是，2<T> + <V> = 0。系统的平均动能仅为引力能大小的一半，这显然仅对太阳系的行星系统有效，引力约束了行星不会逃逸。但星系中的恒星是否满足Virial定理？这都不要去看Rubin的测量，只需观察所有涡旋星系的照片即可。所有恒星的动能一方面与引力能接近但又要略微超离，从而呈超能阈值即T略大于 |V|的边际状态，后文分析演化参量时,我还要论证此乃边际状态。
所以，超能阈值不仅体现在以上对恒星核聚变的描述，也体现在星系自转曲线，星系的涡旋结构更隐含着恒星的集体运动，要呈现出巨大的旋转角动量。涡旋星系呈极度扁平状，这既可从下面的风车星系的图片中明显地看出，更体现在对我们银河系的测量数据：其直径介乎于10-18万光年但厚度只有约2千光年，相差了50-90倍。这远比飞碟更夸张，更像一张纸。宇宙大爆炸的后果若只体现为平移动量，其演化就犹如我们在地球上往天空抛物，用力过猛就会抛离地球引力，或力度不够又被地球引力吸回，这将无法解释星系结构的如此涡旋特性。已有的Jean结团理论只是从热扰动出发来描述星系演化的形成，这只能给出星系的大致尺度结构，而无法描述涡旋特性。
上图取自维基百科的风车星系照片，星系中所有的发光恒星都处在“悬臂”上而呈抛离状，这体现为某种“若即若离”的临界状态。
如何解释宇宙物质的以上两点，星系和恒星物质动能的超能阈值以及涡旋结构？我想到了孩提时代玩陀螺的经历。当年我们孩子都自己做陀螺。一起玩时要在一块空地上每人都使劲抽，一声喊停后，开始比赛看谁的陀螺能转得更持久。我输多赢少并非其它原因，而是因为我是左撇子，陀螺涡旋方向与其他孩子的陀螺是相反的，只要我的陀螺与任何其它陀螺一碰，这两只陀螺就会弹得老远，很大部分的涡旋转动能量，就立即转化成了直线运动的动能，从而这两只陀螺都会很快停转。但相同涡旋方向的陀螺相碰后则弹射不远影响不大。如此涡旋方向越近越聚集在一起越远越分离的效应，我称其为弹射效应。这就令我想到，可基于弹射效应的宇宙伊始之原初角动量假设，来取代宇宙大爆炸假设。
原初角动量假设，是将宇宙伊始看做是由质子和电子压缩成的具有等能量的量子涡旋质点。这些质点像陀螺一样做高速自转——我称如此等能量高速旋转且自旋方向完全无序化全同态的电子质子对，为原初角动量。这体现了宇宙早期粒子的特性，必定是个体涡旋能量极高且相互作用引力能极低，从而早期宇宙的涨落很小才会满足均匀和各向同性的宇宙学原理。但为何不称其为高能氢原子而要称其为原初角动量呢？这是因为该假设仅有电中性和涡旋特性，而无法猜测其物质构成，而且物质构成也并不重要，只要体现出这些质点未来的演化定能分离成为质子和电子。但每个质点必须有以下两个特性：一是全同等能高速旋转态，二是自旋方向完全随机。
原初角动量会导致宇宙膨胀的平坦性，这体现为最小作用量的演化要令量子全同态之动能，会转化为空间尺度不断膨胀的引力能。对这个过程的具体物理描述，可有很大想象力空间。如粒子的生成来自弯曲空间平坦化而类似于Hawking蒸发，这亦可避免宇宙奇点困难，等等。这些想法都可能创生出N篇论文。但更重要的物理图像，我认为还并非原初角动量可以带来的宇宙伊始平坦性，而是体现在这将给出宇宙膨胀的演化平台之物理图像，并可解释以下3点：一是质子会一直呈超能阈值状态直至恒星核聚变，二是从原初角动量陀螺弹射效应可解释涡旋，椭圆和不规则的3类星系的形成机制，三是这还会导致星系自转曲线的协同态熵力解释，而并非来自暗物质。
就星系的演化形成机制，限于篇幅我只谈两点。一是原初角动量假定要让涡旋方向不同的陀螺分离，而让涡旋方向接近的陀螺会引力“吸附”在一起形成星系，这个过程会导致类似Scale-free网络效应下的幂律分布，这是在互联网之后才形成的复杂网络概念。但我在1980年代初就认为，引力系统或许就有如此物质团簇的“吸附”特性。二是星族效应将进而导致形成3类星系。天体物理学把我们的太阳，目前发出能量较高的偏蓝光之年轻恒星称为星族I，能量较低的偏黄光的老年恒星为星族II，通过爆炸碎片而判断这在早期宇宙中存在，但目前已经死亡的超巨大恒星为星族III。我下面要说明，建立在陀螺弹射分析基础上的幂律分布及其星族效应，是3类星系形成的原因。
Scale-free网络概念来自Albert和Barabási于1999年提出的一个复杂网络模型，体现了网络新增节点的模式往往呈幂律分布，完全随机的网络之幂律指数为3。我认为，宇宙演化在形成星系的过程中，若整体动能T和引力能V的关系恰体现为超能阈值的边际状态，即T恰好略大于V，则太初核合成后的物质结团也会呈幂律分布。这要体现出从最小到最大的团簇，所能演化出的恒星数目k要呈现为P(k)∝k-3的幂律分布。当然，早期宇宙只存在质量团簇分布，后期才会演化出星系和恒星。从实际宇宙观测来看，95%为不发光的小颗粒星际物质，星系结构则是从108颗恒星的矮星系到拥有1014颗的巨星系。这与幂律分布的差异主要体现在中间部分，即从游离恒星到矮星系以下的星系结构有所缺失。另外，从矮星系到巨大星系的数量也，也比幂律要平缓得多。
这就要体现出星族效应的修订了：陀螺弹射效应导致了“吸附”形成的团簇越小，其平移动量越大，整体涡旋角动量也越小，这就会率先形成恒星。由此形成的星族III个体也非常大，比通常恒星要大三个数量级且早已爆炸。爆炸遗弃物会被其它星系引力吸收，从而拉平了原始物质团簇的幂律分布。进而，陀螺“吸附”所形成的越大质量的星系，其整体涡旋角动量会分布在外围，越外围的物质团簇就越呈逃逸状，形成恒星的过程就越慢。而在中心处角动量最低的物质团簇，会率先形成恒星。因此最早形成的恒星作为“重物”，会从中心处率先被抛离出来构成星族II，即现在观测到的老年恒星。涡旋星系中的如此抛离，也体现为任何涡旋星系几乎都存在的旋臂。
以上物理图像就表明，从游离恒星到矮星系之间的星系结构缺失，主因是星族III的爆炸。进而，存在旋臂的涡旋星系应是主流星系。如此主流的涡旋星系为何会从幂律分布，进而分岔为椭圆星系和不规则星系两支？这是因为中型和小型涡旋星系会因质量越小而速度越大，形成俘获效应：对于平移动量和整体涡旋居中的星系，就会大量俘获星族II老年恒星而形成椭圆星系，这在前文引论中已经谈到，并解释了椭圆星系熵力成分较少不会具有暗物质特性。而更小的星系由于速度更大，就更容易引力合并而形成不规则星系。以上给出的宇宙星系的演化平台当然过于简略和粗糙，但却体现了必须基于原初角动量陀螺的涡旋运动机制，才能解释3类星系结构。
进而，以上更合理的原初角动量假定会否定暗物质的存在，至少星系内部恒星之匀速运动特性来自协同态，超能阈值的边际状态的熵力驱动要高于局域的引力能量驱动，如此信息熵极大化的效应，我后文还要再做分析。而暗能量问题我则认为更不存在，宇宙的原初角动量假定就意味着其数值是可调的，物理规律来自宇宙伊始演化平台的自发走向复杂性的演变过程。为此，以上物理图像显示了，宇宙膨胀是从全同态经历了太初核合成演变成星系的协同态，再经历了熵力驱动，而形成了核聚变超能阈值的恒星核合成，这幅物理图像理应比热无序的大爆炸宇宙，更具合理性。同时需要调整的是，太初核合成和恒星核合成应体现为同样的4个质子的聚变反应，而且太初核合成的爆炸与恒星核聚变爆炸的物理原因一样。
对于以上星系形成的物理图像，让我更加感兴趣的是Gamov在《从一到无穷大》中描述的太阳系行星系统的形成：这可能来自太阳核聚变形成的伊始，恰逢其它巨大星际物质与太阳发生了大碰撞。但大碰撞说后来又遭到了其他天体物理学家的否定，迄今也并无定论。但我认为，太阳大碰撞或许是必须的：月亮与黄道平面的偏离，太阳系不规则卫星的存在等，都说明了这一点。进而，大碰撞的时机应极为特殊——前文描述的星族III恒星的爆炸被其它星系吸收，星族II恒星从星系抛出形成的旋臂，以及太阳大碰撞要从里往外的物质抛离而形成的行星，这三幅物理图像都具有共同点：这是否体现了宇宙具有共同的演化平台特性？这个问题留给对宇宙学有兴趣的读者思考。
在1980年代的中期，我决定不能再这样胡思乱想下去了，因为前两大物理学疑难我认为已基本解决了。早年对全同态解释之基本粒子问题的胡思设想，导致我本科毕业那一年考研失利。我得再次考研把解决“一惊”的生命演化疑难当做目标，这也体现了以上太阳系演化思考的后续，联系着地球物质的生成——演化平台概念的形成，就膨胀的宇宙问题还是相对简单的，更重要的要体现在针对地球生命形成的机制。我感觉生命问题就具有挑战性，并选择了北师大非平衡态统计物理专业，从非平衡态的自组织视角来聚焦生命现象。这次不能再失利了。
所以，大约在1985年，我决定要了断对宇宙学的思考，并将以上自认为最有创意的原初角动量想法，投稿给了当年的《潜科学》杂志(目前已停刊)。但如此丰富内涵的想法却被压缩成了半页纸，这是因为发整页要50元版面费。我投稿时附了一纸条，询问只发半页是否可以？若需收25元版面费我可以考虑支付的。当年我在湖南大学当助教，一个月收入只有50元。编辑后来还是发表了，并未来信索要任何费用：看来我的原初角动量想法，当时至少得到了该杂志编辑部的认可。
2. “一惊”疑难：生物活力的缩放机制和生命演化的摇摆机制
前文已述，我的思路是从原子核基本粒子，到恒星宇宙演化，最终聚焦到了从太阳系地球之形成的角度，来探究生命起源问题的。这就让我在孩时的“一惊”疑难，要从非平衡态统计物理学中找答案。为此，我为何不去选择生物物理专业，而要选定非平衡态统计物理学呢？这里有必要先解释一下，从物理学视角研究生物活力和生命演化问题，这与分子生物学或生物物理学虽有联系，但属于不同的分析层次。犹如电脑程序中，基础平台和应用程序是两个不同层次的问题：Facebook和微信属于社交媒体应用程序，而von Neumann提出的电脑原理，则为最基础的平台，包括存储程序和程序控制。从物理学来探究生物活力和生命演化问题，就类似于要探究在生命现象中，最基本的存储程序和程序控制是什么。
还有必要说明一下1980年代的那个时代，对我的思想也影响很大：当年科技界有“旧三论”系统论控制论信息论，和“新三论”突变论耗散结构论协同论之说。我那时作为大学生就先自学了“旧三论”，这个知识储备和后考研选择“新三论”，对我一生的思想形成，影响巨大。为此，硕士期间我恶补了一些生物学知识，也查阅了一些生物学文献，力图从“新三论”出发来研究生命现象。正是在这个探索的过程中，我发现把物理学基本原理应用到对物质演化机制和生命机制的研究进展非常缓慢——分子生物学提出的机制根本就没有物理解释。这就是我为自己设定的研究方向，要探求生命活力和生命演化的物理机制。后来演化平台概念的形成，正来自我这段时期的物理学思考。
我下面将要指出，要从地球演化生成物质的过程中来理解生命的演化，这体现了有序熵和无序熵两类熵极大化驱动的摇摆过程，其路径依赖和远离平衡的概念我要在后两节再做详细分析，本小节我先提出空间简并和拓扑简并(后来我才知道文小刚教授在1980年代末也提出了类似的拓扑序概念，后文还要提出含义有所的拓扑简并态)这两个重要概念，这与生物手性有关。空间简并必须尽量减少才有利于所有生物分子的形成和分解，如蛋白质的折叠和降解。但拓扑简并蕴含的能量则是DNA和RNA翻译合成为蛋白质过程的必须。以上生命过程要涉及到两个基本的物理机制，我分别称其为缩放机制和摇摆机制。在本小节我要尝试尽量用科普语言来描述这两个机制。
2.1 体现了生物活力的蛋白质缩放机制
先谈缩放机制，其目的是为了理解生物活力的本质。前文谈到了中国生物学家合成的牛胰岛素注射到实验小鼠体内能令其惊厥。但在此之前，西德和美国也宣告合成了胰岛素但不能令小鼠惊厥，这说明了其合成的分子结构可能有误，而导致其生物活力不足。为此，生物活力的本质是什么？我认为，生物活力并非静态的生物分子结构的体现，而是动态的基于蛋白质或胰岛素的折叠，其物理图像导致了不断收缩和绽放之能量特性：这不同于普通物质热平衡态能量的无序运动。不断地缩放体现了特定能量下的稳态——虽然这不能被理解为我前述基于原子核幻数的全同态或协同态的稳态，但仍具有信息熵极大化的含义，且需要能量来维持。这与电脑存储元件的稳态含义很类似：熟悉基本电子线路的人都知道，晶体管的双稳态需要能量来维持。
以上稳态的理解首先来自我对温度计的惊奇。Einstein谈到，科学理论的创建来自人的“惊奇感”并形成“去惊奇化”的理论。Einstein5岁时的惊奇来自罗盘即指南针。而我5岁时的惊奇则来自温度计的测量：房间里的任何物体的温度都一样，测量不同人的体温也都一样。不同人的身体指标，如身高体重血压脉搏都差别很大，但为何人的正常体温都在36-37°C之间？从未听说过某个人的正常体温会高了一度，除非是头猪，猪的正常体温为38°C。鉴于绝对温度是以上摄氏度再加上273.15K，因而人的体温呈稳态，误差只有约0.3%(植物的生物活力温区范围更大)。为此，生物活力或许就来自蛋白质折叠会形成特定温区下的稳态。以上物理学理解我要进而说明如下。
不同人的血型肤色等都不一样，但蛋白质结构却都一样。对于蛋白质折叠，当今生物学有Levinthal悖论和Anfinsen信条之说。Levinthal悖论体现了对α螺旋和β折叠等蛋白质折叠模式的不解。简单的比喻是，围棋有361个格，每格可放白黑棋子或空格有3种可能，总共就有3361种棋盘结局，这就远比宇宙中的核子数还多得多。多肽和蛋白质有几十条肽链，参与折叠的分子又远多于围棋格子，其折叠模式就实在太多，蛋白质是如何找到其正确折叠模式的？Anfinsen信条则认为，蛋白质一定会折叠到物理自由能最小的状态。但问题在于，蛋白质系统的自由能除了最小状态，还有无数个次小状态：犹如地面上有无穷多个“坑”，一只球坠入任何“坑”都有可能。它怎么总能坠落到最深的“坑”中去呢？
为此，怎样理解蛋白质折叠的物理本质？以上Levinthal悖论和Anfinsen信条都没有从生物活力的角度来理解。人和其他动物体内的所有蛋白质类型都大致一样，只有少许几个氨基酸的差别，如人和猪的胰岛素只相差了一个氨基酸残基。为此，合理的假定就是，所有生物体内的蛋白质折叠都要在其特定温区下达到最大化，即生物活力要形成于具有特定体温下的稳态。我认为其含义可用缩放机制来简单描述：完全折叠状态就是收缩的状态，类似于拳头握紧，完全展开则为绽放的状态，相当于五指张开。生物活力意味着蛋白质分子要频繁地做以上收缩和绽放的循环运动。胰岛素虽然只有2条肽链，也应具有蛋白质的活力特性：它在室温下当然呈热平衡态，并不会有特殊吸热或放热表现，但在特殊温度下，就会触发生物活力而呈现出活力稳态。
缩放机制的以上稳态含义实际上体现了基于系统的能量和熵值含义，若用物理学语言来描述，这要呈现出以下宏观概率分布，和微观量子隧穿的两幅物理图像：
首先，这体现了宏观热力学概率P(E)=Ω(E)e-βE与系统能量E的关系。这在统计物理学中是很基本的概念，我再简单科普如下：以上Ω(E)为物质系统在能量E的量子状态总数，通常呈幂律分布Ω(E)∝EM，而概率与能量E呈指数衰减关系e-βE，这里β是约化温度。通常的物质，如气态分子P(E)的峰值要呈现为幂律分布的Ω(E)与指数衰减的e-βE之交汇点，这要体现为在某个特定温度下才具有概率极值。但对蛋白质折叠的理解，我感觉其Ω(E)随E的增长也要呈指数分布，即Ω(E)∝eαE才会充分绽放。所以，在生命体温点α=β，蛋白质系统之P(E)对于所有可能的能量E值都是等概率的。这才体现了蛋白质折叠具有充分缩放的含义：在该温度下信息熵S=-ΣEP(E) ln P(E)呈最大化。
上图来自维基百科中蛋白质折叠条目：最左端为完全放开态，最右端就为完全折叠态，这要体现为多种折叠途径。
其次，如果蛋白质折叠在所有能量E点都是等概率的，这就意味着所有量子能态都可以被“无阻尼”地穿越过去，该量子隧穿概念在前文谈到原子核幻数问题时已经介绍过了。就蛋白质折叠而言，这意味着化学键会频繁键断开和接上，并不会被“卡”在某个状态隧穿“不过去”。前述Levinthal悖论和Anfinsen信条体现了，人们以往只是从经典运动或化学键能来理解蛋白质分子的运动，即从Van der Waals力和氢键等相互作用力来理解蛋白质折叠。如此理解虽有其正确的一面，因为蛋白质显然也要处在与环境热交换之经典热平衡态。但这样的理解却忽视了蛋白质作为生物分子，其折叠循环的微观物理图像之“无阻尼”特征并非完全来自经典运动，还必须呈现出超越势垒的量子隧穿特性，这才是蛋白质系统每次折叠都能触及其到能量最低值的原因。
进而，蛋白质折叠除了必须可控从而让生命过程有条不紊以外，它的使命完成以后还需要被降解成为多肽以及氨基酸，再被生物体吸收形成循环的生化过程。为此，缩放机制不仅要体现出蛋白质的折叠，还要体现出降解，尽管这可能需要降解酶的辅助，但降解酶也是蛋白质。这个过程从现有分子生物学来理解非常复杂，但我下面仍要用一个简单的台阶概念来说明，这要体现出蛋白质系统要尽量避免空间简并(这个概念后文马上详谈)——这是折叠和降解所必须的。为此，如果把蛋白质折叠看做是宏观量子过程，完全收缩态看做能量基态E0，完全绽放态看做最大能量态EN，那么，折叠过程应当经历了n从0到N的能量台阶{E0，...，En，...，EN}。
为了在每个能量台阶处的热力学概率P(E)都等概率化，这需系统尽量避免任何相邻台阶En=En+1的能级简并情形，这体现了两点含义：首先，简并能级可能会导致这两个能级“容易”被量子隧穿跨越，但其他能级台阶就“难以”迈过了。消除简并才能最有利于整体折叠，这也表明Levinthal悖论是多余的。其次，越接近量子基态就越要避免简并：因为量子隧穿取决于隧穿势能的高度与能量的比值。若把每个量子能级都看做是基于化学键结合的“坑”，越低的能量“坑”之间的量子势垒越小，才越有利于量子隧穿，否则的话，会导致Anfinsen信条无法满足。蛋白质折叠会因此而不可控。为此，折叠结构就可能从一个“坑”隧穿绽放出来后，而无法收缩到另一个“坑”中，蛋白质折叠就会紊乱。所以，尽量避免空间简并是非常必要的。
最后，就以上对蛋白质折叠缩放机制的物理理解是否准确，我要提出两个问题，一是实验检验问题，二是物理理解问题。
先谈实验检验。若以上缩放机制成立，那么，蛋白质的活力就应当是具有温度依赖性的。最简单的例子就是猪的胰岛素与人的胰岛素仅相差一个氨基酸残基，所以，猪的胰岛素可用来注射到人体治疗糖尿病。然而，猪的体温为38°C，理应在如此温度下猪胰岛素会呈现出最大活力，这比人的体温要高了1度。为此，糖尿病人若感冒发低烧到38°C时，注射猪胰岛素的效果，是否会比他本人未发烧时效果还更好？我并未在网上找到类似医疗实验类比。当然，以上实验描述的想象可能并不准确。了解生物医学的人可以设计出更好的其它实验来做检验，以验证该缩放机制的准确性。
其次，以上对蛋白质折叠物理理解表明，物理学中熵的概念不应构架在系统个体N→∞的热力学极限之上，而是应当基于独立系统含义下的信息熵：即便仅为一个蛋白质分子，它也具有其独立的信息熵的含义。统计物理学发展史上有一个重要的模型就是Ising模型，基于该模型的Onsager解包括随后的自发磁化解，以及Lee-Yang相变定理，都是要把一切物理相变构建在系统个体N→∞之上：虽然这在数学上是严格的，但其物理理解是有问题的。如此热力学极限的物理理解，令人们错误地接受了所谓连续相变的概念，而没有建立起对气液相变和液固相变的正确认知，下文将要细述。
2.2 体现了生命演化的摇摆机制
再续谈摇摆机制，这来自我前述对缩放机制思考的继续。既然蛋白质折叠体现了所有能量对应的概率都相等的熵极大化，那么这也理应体现在生成蛋白质的DNA和RNA的核酸分子之中。另外，通常无机物化学反应快，而有机物化学反应慢，这是我们在中学时代就得到的知识。若将这些都与熵极大化的物理理解联系起来，我就有了如此猜测：熵极大化可能存在无序熵和有序熵的两个方向：有机物及生命的演化要体现在无序和有序两种类型的熵极大化之间摇摆，这就是对生命现象的物理理解，也是我提出摇摆机制的由来。为此，这就必须突破人们对熵这个概念的已有物理学认知。下面，我要先从热力学熵这个概念的起源谈起。
1850年代Clausius从宏观热力学中首创了熵的概念，后来Boltzmann又给出了其对应于微观状态总数的物理理解，S = k log W 这个公式被刻在了他的墓碑上。但以上对熵的理解仅体现了无序性，且隐含了以下观念：有序化状态就一定要体现在熵的减少。量子力学的创始人之一Shrödinger于1944年写下的《生命是什么？》中，首创了负熵的概念。Prigogine的耗散结构理论则进而提出，远离平衡的稳定性要基于熵流才能维持。如此对熵的理解，就限制了人们对生命演化的想象。为此，摇摆机制的含义体系拿了对熵的理解必须包含以下两点：首先，要存在不同于无序熵的有序熵概念，否则无法解释生命演化的有序性。其次，分子生物学的中心法则要显示出生命过程既是不可逆的，又是循环反复的。系统演化要体现在在两类熵极大化之间做摇摆。
事实上，过去这几十年来人们也尝试过重新理解熵的含义。如Jaynes从Shannon的信息熵出发，给出了最大熵原理。该原理力图论证热力学熵与信息熵的等价性，不过却带有先验概率的主观色彩。例如，在没有可测试信息的情况下，熵最大化遵循概率总和为 1 的普遍“约束”而呈均匀分布，这当然具有合理性。但从Gibbs统计系综出发，却无法得出如此结论。另外，Wolfram在1980年代发展了von Neumann早年模拟生物细胞的自我复制的概念，提出了以计算为核心的细胞自动机。这体现了要用熵来描述细胞自动机的演化，可给出演化具有平稳型、周期型、混沌型等。这给我的启发是，生命的演化来自熵力的驱动。在他们思想的基础上，我提出了熵能判据：
其数学推导要基于前述能量集合{E0，...，En，...，EN}，并假设对应的概率集合为{P0，...，Pn，...，PN}。系统可对外做功的能量为活力能E = ΣnPn(En - E0)。信息熵则为S = - ΣnPn ln Pn。系统的熵值极大化要体现为，求解在活力能E的约束下，信息熵S的极大化。其数学分析可基于约束条件下的求极值问题。先定义熵能系数X = S - βE，系统演化的极值解有两个。一是X = ln Z，Z = Σnexp[-β(En - E0)]就是统计配分函数。这体现为无序熵极大化，约束参量β为热平衡态温度。但在前文的引力中还分析了，系统演化还可能有另一个后果：所有能级En趋同，所有概率Pn也趋同，系统因此也实现了在无温度下，等能量等概率的有序熵极大化：S = ln N 。
以上简单的数学论证就已经体现了，对于任何系统演化，都可能会呈现出两类熵值极大化，即热平衡态无序熵极大化和等概率等能量的有序熵极大化。但以上数学论证作为宏观表达显然过于抽象，并且也无法展现出任何系统演化会在这两种熵极大化之间相互摇摆的物理图像。为此，我下面要进而说明我对此问题思考的物理基础——以上体现了生命演化的摇摆机制之微观图像，实际上是来自我读了Anderson所写的“More is Different”这篇发表在Science 177(1972)393年的著名文章后的感悟。以上数学论证并非凭空想象，也是来自以下NH3分子的量子隧穿之微观物理图像。而这幅物理图像之所以引发了我的震撼，又来自前文提到的TNT炸药与N-离子的联系。
上图来自“More is Different”这篇文章的图片：3个H+离子构成了等边三角形的平面，在该三角形平面上N-离子可上下穿梭做量子隧穿，频率高达3X1010/s，从而让NH3丧失了电偶极矩。但若把N原子换为P原子，则PH3分子的P-也会在H+平面上做量子隧穿振荡，不过频率就只有NH3的1/10。若进而把H换为F，则分子PF3中P就无法隧穿3个F之平面，从而成为了破缺态并存在电偶极矩了。Anderson是通过量子隧穿来说明，对称性结构不会有电偶极矩，对称性破缺的分子结构才可能存在电偶极矩。但这让我感觉到，以上N-离子之量子隧穿似乎带来了拓扑简并，而与前述蛋白质稳态要消除空间简并的物理原因完全不同，从而要呈现为两种完全不同的物态。
再续谈前文已述的空间简并概念，这实际上就是量子力学对常规简并的理解，是来自空间结构的对称性。下图来自维基百科，就是体现了两种手性的对映异构体。为何生物分子会呈现出如此基于手性的对称性破缺？如所有的蛋白质氨基酸几乎都是L型的，而RNA和DNA的核糖都是D型的。我无法从物理学分析中，给出手性的起源，但可以说明的是，如果L型和D型分子处在同类分子中，将导致该分子能级简并。前文已述，能级简并要影响能量台阶，这会对蛋白质的折叠和降解都不利，当然对于RNA和DNA也一样，只有消除了如此空间简并，才能有利翻译或折叠等生化过程。
为此，空间简并的含义就体现为空间结构的对称性，这又来自分子或原子基于空间结构的化学键能。手性的对映异构体意味着，其分子内部的化学键能都相同但空间结构不同。若蛋白质肽链中不同手性的分子混排在一起，这当然会导致能级简并——这就是我认为生命体同类分子中只能包含一种手性的原因，尽管我无法解释手性生成的起源。另外，不但任何生物分子都要避免空间简并，这包括最常见的，也是任何生命体中含量最多水分子H2O：两个H+离子在O-离子两端呈对称状也要去简并化，而呈现为104.5°C夹角——这意味着H2O结构的量子特性要刻意避免空间简并，量子态去简并化后，就令系统降低其基态能量，这就是后文我还要分析的John-Teller效应。
然而，不同于前述空间简并，以上N-离子量子隧穿却要有意导致拓扑简并，这就体现了本质区别。拓扑简并来自系统的自发创生并增加了系统能量，其目的是为了实现简并——这并非来自空间结构近邻原子之间的化学键所为，而是来自N-离子往返量子隧穿之运动的动能所导致的简并。即便前文已经谈到，蛋白质折叠可能也有量子隧穿，但显然与以上N-离子的量子隧穿简并并不一样，那只是基于某个化学键断裂再与另一个化学键链接的隧穿过程。如此化学键断裂再链接的量子隧穿，并不体现为隧穿前后的量子能量相等。但N-离子拓扑简并的隧穿能量不仅相等还是固化的。想象一下，用小锤敲击一下N-离子系统能量可能有变，但稳定后仍会“返回”到固有能量的稳态。
进而，TNT炸药的巨大能量释放让我想到，N-离子拓扑简并的以上物理图像，实际上可能存在于任何生物分子中。有机物中大部分的碱性基团都含有氮原子，氨NH3多用于化肥，是所有生命所需。N-更存在于任何蛋白质和核酸分子，即蛋白质氨基酸中的氨基-NH2，以及DNA和RNA中起配对作用的含氮碱基。所以，我猜测，如此拓扑简并之量子隧穿的物理图像，就是任何生物活力的能量来源，此乃生命的基础。进而，以上还只是生物分子层次上的描述。从系统观来看，不同生物分子中N-离子的量子隧穿效应，是否要还体现为它们要相互协同运动，从而构成了整个生命系统活力的本质？
下面，我还要在用更物理专业的语言来说明一下，对系统演化的本质物理描述要来自量子的含时Shrödinger方程，这是任何物质系统演化的基础。物理学教科书通常是把Shrödinger方程看作为非相对论近似的方程，这是不对的。量子场论对相对论粒子的描述，也要以Shrödinger方程为基础，这要体现为系统演化的方程。因而拓扑简并要增强系统简并性，这与空间简并要自发被消除，体现了系统演化的两个不同过程。为什么会存在着两类系统演化的两个不同过程？这就是我后文还要由此形成隧穿协同态，直至两极演化平台的思考过程，这里暂不细述。我下面只是简述一下，由此形成的基于水基和氨基的生物分子的摇摆机制的含义。
NH3分子的拓扑简并体现了一类系统特性，其演化要趋于有序熵的极大化，其温度含义消失了。而H2O分子代表另一类，是要消除空间简并，并保留温度含义的无序熵极大化方向。为此，水基和氨基的生物分子，就分别代表了两类系统，它们的演化会通向无序和有序两类熵极大化——摇摆机制就体现了，生命演化过程要在这两类熵极大化中摇摆的含义。准确描述摇摆机制还要基于我下一小节将提出的演化参量概念。这里我只简单说明一下，要从太阳系地球之形成的角度来探究生命起源问题。地球上所有无机物的形成，都来自从高温到低温相变的单向路径。但生命演化过程有机物的形成，要基于气液固相变融于一体的循环路径，以上水基的生化反应会吸收或释放无序热量，氨基的量子隧穿将储存和释放有序能量，要构成生命现象的两大物理基础。
以上物理3疑难问题的科普介绍就此完成了。接下来，我要谈的除了我对物理问题的进一步思考以外，还包括我认为物理学发展至今，必须要再做一次范式转移。现今物理学我认为可归纳为惯性时空和相互作用两个分析框架，其思路来自观测范式，即是在实验观测的基础总结出物理规律，或者通过理论的分析来推测出新的物理学规律，并寻求承认得到共识以形成范式。但我个人认为，通过构建演化平台的物理学描述，就要形成系统演化判据分析框架，并导致状态理由思路——基于对任何物质状态的物理解释，都要有统一的物理学理由，这就是我后文将要分析的熵能判据。进而，演化平台体现了系统演化的客观属性，而演化判据分析框架这为主观分析手段和规律表达，两者含义是一致的。所以，下面我会不加区分地使用者两个概念。
3. 演化判据分析框架：系统演化参量以及生命的循环路径和分岔路径
自1996年博士毕业以后我就脱离了物理学术圈，直到2013年看到汤超的跷跷板模型后才重新开始研究物理问题。但脱离物理学术圈这段时间，我除了谋生还在不断学习和关注经济学问题，感觉经济学家与物理学家分析问题的方法很不相同。物理学家关注的必须是可通过实验验证的结论，但是经济学家完全不关心这一点，而是把过往事件都当做沉没成本，只关注未来经济演化的趋势。这就导致经济学的分析方法与物理学很不相同。例如，经济学家常用供需均衡曲线的移动来做分析，还存在内点解和角点解之分。这令我感觉很奇特：经济系统的供需均衡与物质系统的热平衡态似乎具有可比性，但物理学中怎么就没有如此曲线移动的分析方法？
另一问题是在十几年前，经济学家张维迎教授写了一篇《反思经济学》，现在网上还可检索到。大意是经济学发展到了1870年代边际革命之后就开始走偏了，这犹如给一女孩画像，一开始就没有画好，后人觉得哪个地方画得不像再修补一下，结果越修补越糟糕。我读后的感觉是，经济学走偏还不是发生在边际革命以后，而是Adam Smith创建之际可能就有问题，这个问题后文还要再谈。我下面更想表达的是，经济学和物理学似乎都走偏了。然而，经济学可以结合观察到的经济现象，画偏了还可以纠偏。物理学的纠偏却要困难得多：理论每发展到一步都有实验支持，物理理论的发展，就会被得到验证的实验所“绑架”，改变人们物理学认知的纠偏，就困难得多。
有了这两个问题做开场白，我下面就首先要从经济学和物理学的比较谈起，并构建一个基于系统之总动能和相互作用能比较的演化参量概念。演化参量会与前两节的平衡态，协同与全同态三态的概念，以及熵能判据，都是演化平台概念的基础，它们将构成物理学演化判据分析框架中的几个最基础的概念。这也是用状态理由思路分析物理学问题的出发点——我们有必要先分析物质世界存在着各种不同状态，才能进而给出各种状态形成的理由。为此，本小节要从经济财富模型出发开始做分析，然后把从经济学中构建的演化参量概念，又再继续分析引力问题和电磁力问题。最后再建立路径依赖概念，以描述生命现象的循环路径和分岔路径的两类物理机制。
3.1 演化参量概念的建立——来自物质系统与经济系统的比较
先谈谈物理学中的热平衡态与经济学的经济均衡为何不具可比性。热力学和统计物理学的创建，是伴随着蒸汽机时代的技术进步而发展起来的，它所强调的是基于气态的分子碰撞及其对外做功。物理学中的热平衡态含义，实际上并未体现为所有物质系统中内部力量所形成的平衡态，而仅构建在热力学系统中所有内部分子碰撞及其与外部热交换的基础之上，这主要体现为气态特征。尽管Gibbs统计系综理论也有和外界并无热交换的微正则系综的概念，但其分析基础依然是内部分子的碰撞。所以，物理的热平衡态与经济均衡不是一个概念。经济均衡体现了经济系统内部供需的平衡。下面，我将尝试构建演化参量概念，这才是物理学和经济学共有的概念。
演化参量概念来自我对两个基于物理学的经济模型的比较分析。Yakovenko et al发表在Rev. Mod. Phys. 81(2009)1703上的财富分布模型，就是基于物理碰撞的热力学分析。但此文并未在经济学界产生积极反响，因为无法给出经济系统理应存在的Pareto幂律分布。然而，基于Brownian运动的Black-Scholes期权定价模型却很成功。这当中的问题出在哪里？物理碰撞只有热力学分析，因而并不等价于经济交易，这或许还只是表面原因。我更大的感受是，经济学和物理学都走偏了，其原因在于两门学科的思维模式都存在太多的主观性，但形成规律的基础理应构架在客观性描述之上：前者财富分布模型主观想象的成份太浓，后者期权定价则基于客观数据分析因而很成功。
先谈经济学为何会被主观因素所误导，这来自经济学研究所关注的问题，是影响经济发展的因素。常规的因素如就业率，利率和通胀的关系等，这已是人人皆知。提出非寻常因素往往就会受到经济学人的“喝彩”。中国经济学家的论文中被引用率最高的，曾是十几年前的一位并不知名学者的一篇奇文：认为中国的一胎化政策导致了中国家长不得不为孩子将来的婚事发愁，从而带来了中国经济的投资驱动。我当年特意去读了这篇文章，居然还有一大堆数学公式来辅佐其论证，真有一本正经地胡说八道之感觉。但这却说明了经济学家的价值取向，不寻常的思考视角很重要。为此，离奇的因果联系让经济学理论发展走偏的例子很多，柠檬市场，囚徒悖论等这些肤浅的概念，来得快走得也快。
物理学研究被主观因素所误导则体现在，对物质现象光有解释还不够，还要寻求基于理论美感的精确。真实物质世界的演化实际上来自多种因素，考虑因素太多就无法给出精确结论。所以，物理学发展至今所保留下来的理论会有“幸存者偏差”效应：理论分析越简洁清晰，给出的数学结论与实验又能越精确吻合的科学理论，就越容易被人们接受。前文谈到的量子场论对电子Landé因子的计算就是一个例。Popper所创建的证伪主义思想则影响更大，这一思想也来自美感和精确。爱丁顿实验验证了极具美感的广义相对论之引力偏折实验——Popper就由此总结出，越是可证伪的理论，就越应当被得到承认。但后文我要指出，这个观点其实误导了物理学理论的发展。
为此，无论是经济理论还物理理论的构建，我认为都应消除主观性，要基于更具普遍含义的客观性之上，这就要尽量压低主观价值判断。这与经济学里已有的实证经济学和规范经济学的不同，含义还并不一样。下面，我先以经济系统为例，来构建一个财富模型：经济越发展的完全基于客观的含义，就意味着经济个体之间的经济关联就越多。为此，我认为Yakovenko财富模型要用前文谈到的复杂网络之Albert-Barabási模型来取代。经济交易并无空间限制，把交易比作碰撞就意味着人们交易还要受限于空间维度等结构，这并非客观的描述。但若改为复杂网络，交易来自供需双方无限定数目的随机选择，就可用如下有向图来表示。
图中箭头表示提供商品或服务以获得货币报酬，连边可加上数值权重就表示交易带来的财富增长。这才能体现出经济交易的本质。如此复杂网络似乎就是社会财富模型的更具客观描述之模型构架。网络的每个节点都是系统个体，体现了经济人具有的类似物质个体拥有动能的财富能力。演化形成的供需双方构建的连边，则体现了交易。经济系统的发展，令财富越多就体现在系统连边越多总能量也越大。进而，带有权重的有向图自身就体现了经济均衡，节点中上无法建立连边的商品或服务，就随时间演化而变成了沉没成本。各种可能的连边都是通过货币来交易的，且所有交易商品都会以越来越标准化的规格形式呈现出来，这就体现了某种不可分辨性，可用熵来表示。为此，物质系统的能量和熵值特性都可用以上权重有向图表示出来。
以上基于复杂网络之数学分析，将能给出熵值极大化状态下的财富分布：若无规模报酬递增效应就只会呈随机图的Poisson分布，有了递增效应就会导致幂律分布——对于经济系统的随机连边加上规模报酬递增效应的指数分布权重，如Solo模型中的指数因子，就不难推出该指数因子也要体现为Albert-Barabási模型的幂律因子(有兴趣的读者可就此给出更深入的分析并撰写相关论文)。以上分析还体现出了复杂网络能量和熵值特性。复杂网络分析进入本世纪以来，已受到物理学者的重视。但似乎始终没有从能量和熵值出发来给出清楚的物理图像，而且现有分析基本上都只是基于稀疏网络。其实，若经济发展到了稠密网络之后才会演化出复杂性：前述熵能判据若构建在网络图论上，就应是经济系统分析的基础，后文在论证两极演化平台时我还要做些分析。
以上对经济系统的理解，也反过来影响了我对物理规律的认知，从而要把经济发展与宇宙演化做类比。前文所述的宇宙演化观，最早来自Wheeler1981年在中国科大讲演，后被编辑成《物理学和质朴性》一书——这对我以后物理思想的形成启发很大。当年Wheeler讲演的一张透明片，龟驮碑上写着“并没有一块预先刻定了物理定律的花岗岩，就连物理定律也是来自大爆炸”，这亦是该书中的一幅插图。不过，我与Wheeler的观念也有差异。这体现在，我认为宇宙演化并非他所强调的质朴性，而是与经济演化一样，要体现出系统演化要走向复杂性。这也要建立在宇宙物质系统演化之整体动能T和引力能V应保持T≈|V|的趋势，从而类似于经济系统的“供需均衡”。
Wheeler认为物理定律来自大爆炸”。我因此认为宇宙演化犹如从地球向天空抛物，只有在所有物质的总动能要与总引力能近似相同呈“若即若离”状，才会趋于复杂性。
写到这里，鉴于对经济和物质系统演化的比较，我就可给出演化参量这个概念了。物理学分析要基于系统总动能T和相互作用能V来分析。T+V作为系统的总能量，被称为Hamiltionian为守恒量，其对时间的微分形式就是物质运动方程。两者相减T-V则为前文已述的Lagrangian作用量，其积分形式就体现为前文已述的物质运动的最小作用量原理。但我还要就T和V的定义，构建出一个新概念，演化参量p=ln|T/V|。p>0我称为正量状态，体现了系统的T不受V的约束，这当然包括但不限于气态。而p<0为负量状态，则意味着V约束了T，同样也包括但不限于固态。为此，介乎于正量和负量之间的p≈0状态我称其为边际状态，这个来自经济学的概念当然也包括但不限于液态。
若把经济系统中需求方的资本储备看做T，供给方提供的产品或服务的能力为V，那么，前述有向图表示就体现了T≈V为常规均衡状态的内点解，对应着演化参量p≈0，正常的经济发展会保持在如此边际状态。若失衡T>V或T<V就体现为短缺经济或过剩经济的角点解。物质系统演化是否也会具有同样的特点呢？Lagrangian作用量T-V要保持最小化，地球普通物质的形成，都是从正量演化到负量状态，这是单向路径的演化，最终形成热平衡态。但我下面的分析将指出，物质系统的气液固相变和铁磁相变行为也具有边际状态特性，生命物质演化则会呈现为循环路径也要体现出边际状态。下文将指出，经济发展实现均衡的系统与具有活力的生命系统具有可比性。
3.2 基于演化参量对引力问题和相变问题的重新理解
行文至此，前两节所述的平衡态，协同态和全同态的概念，上一节所述的熵能判据会呈现出两类熵值极大化，再加上本节的以上演化参量p=ln|T/V|的正量，负量和边际状态的含义，就形成了我力图构建的演化判据分析框架的几个基础概念，从而体现处这将构成与当今物理学的不同分析视角。在本小节，我要基于演化判据分析框架来分析两个很基本的物理学问题：一个是引力问题，另一个是基于电磁力的相变问题，这将体现了演化判据分析框架是要基于系统的演化参量来做分析，与现有物理学完全基于个体相互作用来理解，会有很大的不同。
先谈引力问题，下面我要着重分析的是，对太阳系行星运动满足Virial定理理解，就形成了如今人们认为星系暗物质存在的依据。这个观点是有问题的。从Virial定理来理解我们太阳系这几大行星的运动速度问题，这完全是基于所有个体要自发构成稳定多自由度的孤立系统。前文已谈到，Virial定理给出的结论与前述演化参量之边际状态p=ln|T/V|≈0看似差别不大，只有常数因子的差别。然而，太阳系的这几大行星为何满足速度与距离r-1/2的比例关系，但是在普通星系尤其是涡旋星系中，这就要体现出星系自传曲线问题，所有恒星的运动速度为何都要趋同呢？这就要体现出从Virial定理出发，与从演化参量出发，两者对引力的本质会有不同的理解。
从演化参量来分析，首先要体现出我们对系统含义的认识并不一样。对于星系而言，前文已述，星系中所有的恒星呈协同态，涡旋星系最早期的恒星形成于星系中心，然后从中心缓慢抛离出来形成旋臂。总体而言，这幅星系图像中的恒星运动或演化，是熵力而非引力能驱动的。这表明每颗恒星都是系统的个体，熵力要令这些个体趋同成为了协同态：位于星系最外部恒星呈“若即若离”状态，从而体现了系统演化的后果为演化参量p=0+的边际状态，而类似于恒星中质子的超能阈值状态——这也是一个缓慢驱动的过程，类似于前述自组织临界性的物理图像。这说明了在涡旋星系形成的早期，恒星物质团可能脱离涡旋星系的速度很快而形成星族II脱离，但后期变得缓慢，星系自转曲线正体现了后期呈现的边际状态的物理图像。
然而，对于我们更关心太阳系的行星系统。如前所述，这来自太阳核聚变伊始时，恰逢其它星际物质与太阳发生了大碰撞——如此宇宙中极其偶然与罕见的大碰撞，就与星系的临界状态不同，这首先体现在抛离物质形成的行星系统是开放系统，而并非边际状态下的临界系统：Gamov在《从一到无穷大》就描述了，太阳系在行星系统的形成过程中有99%以上的物质都已经被抛离，其残留物才形成了八大行星。前文已述，从Lagrangian的T-V的最小作用量原理来分析，如果T-V更大一些，太阳的抛离物就会更多而会演化成双星。T-V更小则保持为单星——太阳系为何会演化到我们目前看到的行星系统？这理应是非常具有特殊性的。
太阳行星系统的特殊之处在于，既然99%以上的物质都脱离了太阳系带走了大量动能，残留物形成的八大行星之总动能就大幅下降，引力能因而相比与动能才占比更大，从而成了演化参量p<0的负量状态——这即便看似符合Virial定理对速度描述，但这并非Virial定理所导致的后果。前文已谈到，Virial定理要基于系统个体所自发演化成的孤立系统，而并非开放系统。但太阳系行星的形成则体现为开放系统，更确切地说，这要体现为耗散系统。事实上，Gamov在书中也详细分析了，抛离出在太阳外围的这些微粒，为什么没有形成一个单独的大行星呢？进而，太阳系的行星为何还要形成一定的间隔距离，每一颗行星的轨道半径都差不多是前一行星轨道半径的两倍呢？
Gamov用了一个特殊的词汇“蚕豆项链”来解释太阳系行星系统的形成：围绕太阳旋转的微粒形成了一颗一颗的蚕豆形状构成的项链，如上图所示。所以，水星，金星和地球等行星的形成，实际上是来自各个“蚕豆项链”子系统，由于能量驱动缩并而成的凝聚物质系统。如果每一颗蚕豆的质量太低，就只能形成类似土星环的结构，而无法构成卫星。以上这幅图像，也是启发了我形成演化参量的概念的原因。这表明，由于大量物质被抛离，“蚕豆项链”每个子系统的动能已经相比于引力更低了，这才能把绕地球做圆周运动的“项链”串通起来，从而形成了一颗颗彼此有距离间隔，并不相撞的恒星。从而，这才导致它与星系中的恒星呈“若即若离”状有区别。
事实上，从宇宙伊始的全同态，到星系恒星演化呈稳定而成为的协同态，演化参量是从p>0的正量状态，到星系呈超能阈值状p依然为0+状态的边际状态，这体现了宇宙早期的熵力驱动。但太阳系中的行星系统由于大部分H和He等轻元素都被抛离带走了动能，残留下来的行星系统，就呈p<0的负量状态了。以上“蚕豆项链”描述显然否定了这来自Virial定理，只能说明这些蚕豆子系统缩并成的行星，是熵力和能量共同驱动的后果，系统一定演化成了熵能系数总量的最大化后果，但残留的行星系统成了p<0的负量状态。这保障了行星不再逃逸出太阳的引力而导致的行星速度v∝r -½，这体现了不同“蚕豆项链”子系统的相对运动之演化行为，是与Virial定理无关的。
接下来再谈，我对从Newton到Einstein的引力理论之物理理解：Newton发现了万有引力定律，这被当做是现代科学从0到1的飞跃之典型范例。但这也被认为，如此基于绝对时空的理论只是一个近似的理论结果。Einstein基于弯曲时空的广义相对论才是对引力更精准的描述。这也是前述Popper的证伪主义思想的来源，体现了人们对理论完美程度的主观评价：越是能给出精确描述的可证伪的理论，就越能被人们所接受。然而，我要在此提出的质疑是：除了引力理论是否还有第二个案例，体现了科学是沿着理论描述越来越精确的方向而发展的？似乎没有。为此，该怎样理解这两个基于对时空不同认知的引力理论呢？作为对引力的不同数学精确程度的描述，两者是人们认知程度提升的体现，还是仅仅体现为此乃宇宙演化所呈现出的不同物质状态？
我认为，若从Wheeler所述的物理规律始于宇宙大爆炸来理解，引力的本质应兼有熵力驱动和能量驱动两重含义。这意味着在宇宙的伊始，“上帝”实际上是设定了演化参量或者某种更精确的参量为某个特定值，而要令宇宙演化走向复杂化。为此，极早期宇宙体现了原初角动量作为全同态粒子，在宇宙各个空间点的不可分辨性。前文已述，这类似于在最高能量的激光处在脉冲激光状态，原本要在某个时间段内发光的光子，被缩并到了一个时间点，从而具有不可分辨性。星系形成的过程则是宇宙在太初核合成相变以后，就演化成了空间协同态，类似于激光系统在能量降低后的时间连续激光状态，会时间均匀地发光成为了协同态。
然而，太阳系行星系统中的地球，我们的居所，却因为前述太阳大碰撞的“蚕豆项链”效应，而提前进入到了演化参量p<0的负量状态了。为此，对于Newton的万有引力定律，我们应当这样来理解，这是演化参量p稳定进入到负量状态后，才可能呈现出来的物理规律，也体现为由更强的能量驱动下，才能呈现出来的物理规律。进而，演化参量p值进一步下降以后，即引力能|V|比动能T再大得更多的情形下，引力系统才会呈现出Einstein的广义相对论修正——这与演化参量p值为正量状态时，熵力驱动也要分别呈现为全同态和协同态，是具有可比性的。所以，广义相对论或许只是体现了演化参量p为负量更大时，物质之间引力系统的修正。
为此，以上物理理解就可能完全颠覆了我们对早期宇宙的理解，宇宙的伊始状态应完全与广义相对论无关。我个人认为，广义相对论或许只能描述引力能远高于动能的中子星或黑洞等系统，而并不对早期宇宙的有效描述，因为宇宙伊始的演化参量p>0，就意味着动能是远高于引力能的。进而，宇宙的演化体现了物质系统的分岔，从单一全同态分岔为星系，再进而分岔为恒星，这当中还存在Fermi能的演化。前文一谈到，Fermi能体现了熵力作用，可能是被认为存在暗物质的原因。当然，以上只是我个人对引力理论的认知。另外，Verlinde于2009年提出的引力熵力说也说明了这一点，尽管这一理论描述与我对引力理解的差别也很大。
以上对宇宙演化的太初核合成和恒星核合成，会引发演化参量p从正量到边际再到负量状态的描述，就让我们联想到了地球的形成也同样经历了气液和液固两次相变，这同样也是演化参量p由正转负的演化过程。为此，这就令我想到了也要从演化参量出发来重新理解物理相变问题。下面，在具体分析相变问题之前，我要先谈两个典型的例子，一是对流体形成层流和湍流的物理理解来重新认识液态问题，二是前文已经谈到的，从Ising模型出发的统计物理学分析与真实的铁磁相变并不相符，这要令我来重新分析铁磁相变问题。以下就是我早年构建演化参量概念的一些思考。
第一点思考来自早年刚大学毕业时，我读了郝柏林院士发表在《物理学进展》的一篇极具影响力的文章“分岔、混沌、奇怪吸引子、湍流及其它”。文中谈到，N-S方程能否描述湍流是有争议的。这引发了我极大的好奇，就去查找了不少关于圆柱绕流的文献，发现通过N-S方程所做的数字模拟计算都与实验值不符。这当中的问题出在哪里？通过不断追索这个问题的原始文献，我找到了一篇早期量子力学文献，E. Madelung发表在Z. Physik 40(1927)322的文章，标题译为中文就是流体力学形式的量子论(数学推导可参见https://mp.weixin.qq.com/s/QjA24L0qwcfh4CbkuLnzpA)，读后才恍然大悟：原因出在N-S方程只是Shrödinger方程实部和虚部分离的表述。所以，对液态流体的确切描述，应是实部和虚部不能分离的Shrödinger方程。
为此，基于Reynolds数的N-S方程并非单纯的经典方程，其本质是准量子力学的，从而仅对流体运动在无层流和湍流情况下，流速很低演化参量p<0时才有效。系统的温度若太高个体动能T很大，就属于演化参量p>0的气态，要用统计物理来描述了。所以，层流和湍流问题的复杂性，实际上体现了系统处在某种演化参量p≈0的边际状态。再结合前文在分析量子力学的路径积分表述时，我已经谈到的，对于基态简并和非简并的Shrödinger方程，会分别对应着两种约束下的熵极大化。所以，从演化参量概念出发，正量、负量和边际状态似乎就大致体现物质在气态，固态和液态的分类。液态应处在某种边际状态，要用实部和虚部并不分离的量子力学Shrödinger方程才能准确描述，层流和湍流或许体现了量子简并子系统的特性。
写到这里，我就要简单说一下早年我力图对引力理论修正的尝试。我感觉广义相对论可能不对，因为能量守恒在Riemannian空间下不保了。引力理论可能也要体现为某种类似Shrödinger方程的修订而并非基于弯曲时空——为此，我设想的引力场量子化有所不同，要体现为用引力势取代Coulomb势，来凑出一个基于类似于Shrödinger方程的数学形式，其一级近似就是Newton万有引力方程，但更准确的对应着引力更大的水星进动问题，则要考虑高阶近似。可惜，我的数学不行怎么也凑不出理想的结果。我对于早期宇宙要用广义相对论来描述是很难接受的，因为没有观测数据显示，宇宙演化体现了从弯曲时空转变到平坦性的过程。
第二点思考则来自我1990年代初考博到中科院物理所磁学专业时，有一个考题选项是汇报研究兴趣，我的准备工作则来自我早有的一个磁学疑问：任何磁性物质都要在加外场磁化以后，才会呈现出磁性。但统计物理学教科书中谈及铁磁相变时，是基于经典Ising模型或量子Heisenberg模型，都具有自发磁化。但这与我孩提代对磁性的理解不符：把磁铁放入火中再抽出来磁性就自动消失，磁性材料降温后并不会自发磁化。为此，我去查询了大量早期磁性材料比热测量的文献后认为，天然磁性材料理应存在从顺磁性-磁畴形成的相变点，这相当于气液相变。温度降低磁畴越来越大则会形成磁畴尺度饱和的相变点，这相当于液固相变，而通常意义下的铁磁Curie相变点介乎于两者之间，只是磁滞效应的体现。
早年我备考博士的资料早已不存在，但最近查网上中文文献：徐绍言等，物理学报，55(2006)2529，认为过渡金属Fe，Co，Ni从铁磁态到顺磁态的转变过程中，除了通常的居里点温度以外，还存在顺磁居里点和铁磁居里点，铁磁性材料真的具有3个居里点，这与我的以上分析相符。这也表明由演化参量形成的正量，负量和边际状态概念是具有普遍意义的。这样一来，基于多体系统的物质相变，实际上存在两类，从正量状态到边际状态，以及从边际状态到负量状态的相变。而当今物理学对气液固相变的研究就非常粗糙，只是将它们都简单地归类为具有相变潜热的一级相变。
进而，对于以上演化过程中的气液相变和液固相变之相变潜热，即凝结热、凝固热或升华热这些概念，在物理上都应体现为系统的稳态特性，即任何物质系统若处在如此相变点温度，外部给系统增添或减低热能，其系统温度都会在一定程度上维持不变，这与生命体要维持在一定体温，应体现为具有相同的物理原因。为此，以上演化参量结合我前文已建立的平衡态，协同态和全同态概念，我要给出与现有物理学教科书的一级，二级相变或者Landau破缺的含义有所不同的物理描述——对于所有物理相变问题，都可用以下两类相变来统一描述，正量-边际相变和边际-负量相变。
对于正量-边际相变，我可通过一个简单的炼铁举例来说明。我读小学时学校旁边就是一个铸铁厂，是把我们学生当年交的废铁重新回炉做成铸铁产品，我们孩子没事就趴在窗台上，看师傅们把废铁加碳后一起倒入炉中燃烧，然后把铁水浇筑成铸铁产品。观看的次数多了，我就不止一次地听到有经验的师傅说：完了，这次没烧透要加碳重烧。孩提时代并不明白其原因，但后来特意去找了炼铁的书籍读了才明白：普通铁块容易氧化生锈，说明Fe与O原子结合，氧化后的能量更低。但炼铁却是逆氧化过程，把锈铁还原为铁晶体，意味着铁原子之间金属键的结合能量更高了。为何逆氧化过程成立，能够固化物质形成更高的能量状态？
这就体现了炼铁过程的熵力作用。让Fe原子之间形成金属键链接，虽然系统的能量更高了，但每个金属键能量趋同，就形成了所有Fe原子个体能量趋同的，在动量空间下的等能量协同态，系统的信息熵值更大了。这正是p>0的正量系统中，熵力主导的结果。Fe原子形成了等能量的有序熵，也就体现为高温炼铁过程首先必须让所有Fe原子脱离化学键成为等能量的自由离子，才能形成铁离子之间的金属键。若温度不够高，铁水中氧化铁分子中的O和Fe原子没有完全和充分地分离，这就是前述师傅说的没烧透，要加碳重烧的原因。可见，第一类是正量-边际相变体现了在极高温状态下，要让物质系统个体充分地分离后，熵力才能让个体有序化排列为晶体状。
第二类相变就是边际-负量相变。这幅物理图像实际上更接近于当今物理学对连续相变的物理理解，这并非熵力而是能量主导的后果，尽管也演化为均匀分布的协同态了，但这属于坐标空间下化学键结合能最低的产物。以我前述的铁磁相变为例，在极高温下系统个体呈完全热无序状态，从个体完全独立的顺磁性到磁畴形成伊始，这要体现为前述正量-边际相变，也具有相变潜热。但降温后磁畴从小到大的演变过程，就与当今物理学连续相变图像吻合了。具有短程序的磁畴团簇会随着温度的下降而不断扩大，用重整化群的语言来说，相邻磁矩会Kadanoff归并形成越来大的磁畴，但其归并能量不足，并不会形成一体化的自发磁化，而是止步于某个磁畴尺度——这就是铁磁体材料如果没有外场磁化，就并不会呈现出磁性的原因。
边际-负量相变形成的协同态的过程就远离了正量状态的相互碰撞，是基于子系统团簇的相互作用能而形成的固化结构，从而物质结构会具有路径依赖。冬天里从天空飘落下来的雪花没有一片是相同的，其原因显然是来自每片雪花形成所走的路径，都经历了温度湿度不同的外部环境，从而每片雪花都会有细微差别。同样地，冰也有多种晶体结构，自1980年代以来我就一直关注在Phys. Rev. B上，几乎每年都有冰的新晶体结构的发现，这显然也来自实验结冰过程的路径不同。地球演化形成的各种晶体，如碳既可能形成石墨也可能形成金刚石。铁或铜等金属也存在各种合金，这都体了它们是通过不同路径所生成的金属键结构。
进而，以上正量-边际相变和边际-负量相变两类相变所体现的两类协同效应，都体现了等能量等概率之最大熵原理驱动了系统演化，只是分别体现在动量空间和坐标空间。这正是Jaynes所描述的，熵最大化遵循概率总和为 1 的普遍“约束”而呈均匀分布。前者正量-边际相变体现了熵力驱动下的大尺度效应：在高温下以分离的个体为主导的系统，其协同效应会把同类个体凝聚在一起，如此从p>0的正量状态演化到p≈0的边际状态过程，是熵力主导的演化。后者边际-负量相变则是从p≈0的边际状态演化到p<0的负量状态的过程，体现了系统个体总动量T不足，因而被系统相互作用能V主导，是能量主导的系统演化后果。这都体现了演化过程的路径依赖关系。
3.3 地球生命演化路径依赖下的循环路径和分岔路径
以上对相变的路径依赖描述，是系统演化走向复杂化的更准确描述，不同于现有物理学相变理论通常要构建在序参量概念之上。进而，地球矿物质的形成以及地球生命的形成，也是从高温到低温，演化参量由正转负的过程，这是否也体现了路径依赖特性呢？进而，与任何由原子和分子构成的系统之物理相变一样，地球无机物和生命有机物的形成，它们都来自电磁力的作用。但前者无机物的形成主要是原子之间的电磁力，强度为eV量级，而生物分子之间的电磁力主要来自脱水缩合和氢键等，与地球常温1/40eV同数量级，能量的差异导致了这两类物质演化之路径依赖有本质的差异。在具体分析之前，我要先说明路径依赖这个概念的形成来自我学习生物学的体会。
我当年在北师大读硕士期间，为了解非平衡态过程而学习生物学，除了恶补了一些分子生物学知识以外，特别关注的还有群体生物学。个别生物会为了群体的利益宁愿牺牲自我，如小时候淘气我去捅马蜂窝，被一只马蜂叮咬眼睛都睁不开，后来听大人说这只马蜂也会很快死去，这很好理解。但群体生物学中却有不少案例难以理解：如某些鸟类要主动处死其部分后代。其生物学解释是，基因的遗传并不等同于生命个体的繁衍。生态环境无法容忍此类生物过多时，此类生物就会选择杀死的部分后代——这就让我形成了路径依赖的概念：遗传基因的代代相传才是生命体传承的路径，而并非具体每个生命个体的存活。
在物理学中，人们就没有建立起路径依赖这个概念。后来我才知道，经济学中路径依赖这个概念也是在1980年代以后，因为新制度经济学的研究才开始形成。有了路径依赖这个概念以后，把前述两类相变的思想推而广之，应用于地球的物质和生命演化形成的分析，就可得出以下结论：以上两类相变的路径依赖，对于我们理解所有地球物质的形成，可能都非常关键。为此，下面我要先分析地球的无机矿产物形成于单向路径。接下来再谈我对于生命现象的理解——对于前文所给出的生命演化摇摆机制更为准确的描述，就要构建出循环路径和分岔路径这两个概念。
先简单说明一下，地球的普通无机物形成于单向途径。前文已述，地球物质的形成来自太阳早期核聚变生成物之抛离，被抛离物质大都脱离了太阳系，这亦带走了大量轻核物质如H和He，以至于地球物质被金属主导：天体物理学把比He更重的物质统称为金属，地球中金属含量的比例是远高于太阳的。进而，地球中的极重元素则因引力作用沉降到地球核心，以至于迄今还在核裂变产生能量，让地心不断辐射出热量。为此，正是抛离效应和沉降效应，让地球表面呈现出现有的物质构成。然而，我们观察的地球表面为何既不是热平衡态下的均匀混合物，也不是呈现为某种均匀沉降状态，而是形成了各种矿物质并构成了多彩的地质世界，这也是热力学熵极大化所致吗？
回答是肯定的。热力学熵极大化导致了两类相变并形成了单向路径，从而令地球物质非均匀化并生成了各种矿物质。如前所述，地球形成的伊始处在核聚变物抛离的极高温状态下，所有物质都呈气态，正量-边际相变之熵力作用会把同类物质聚集在一起，从而形成了地球物质较大尺度分布下的不均匀性，这就是富含某种特殊元素而成矿的原因。接下来，地球上这些无机物矿产为何又会呈现出多样性呢？如铁矿石通常呈磁铁矿，赤铁矿和褐铁矿等多种。类似于前述雪花和冰有不同的晶体结构，这就体现为演化参量从0转负，边际-负量相变之能量主导的路径后果了：地球无机物的形成就来自高温下降后，因两类相变所导致的单向路径。
接下来，就可以续谈更重要的生命演化之循环路径了。先简单说明一下，我之所以提出循环路径这个概念有两个背景，第一个背景就是为了解释地球为何会演化出生命物质，这与通常的有机物含义不一样。四类生物分子即糖类，脂类，核酸和蛋白质，它们与无机物的不同，除了仅含碳，氢、氧、氮、磷、硫等这些特殊元素以外，更特别之处还体现在，它们属于Shrödinger所指出的不规则晶体结构。而这种不规则晶体的“晶胞”不是单个原子而是生物分子，它们之间的化学键能如前所述在1/40eV的地球常温量级，所以，合理的假定就是，生命形成于地球转动的温度循环周期性变化。生命物质与地球其它无机物的形成在物理上应是同源的，都是两类相变的产物，只是无机物属于单向路径，而生命物质来自地球温度环境周期性变化的循环路径。
第二个背景就是我个人的观点，在物理上对不可逆过程起源的认知，必须从个体走向系统，应是系统的熵力驱动才导致了不可逆性。物理学迄今实际上未建立起对不可逆现象的准确物理理解。Prigogine创建耗散结构理论时，就已经意识到了不可逆过程与化学反应有关，但该理论给出的Benárd流到B-Z反应的几个例证，再到Prigogine教授晚年对时间箭头问题的关注，这体现了对不可逆性的理解从Boltzmann时代开始就没有变化，只是将其看做是构建在分子碰撞或化学反应等基于个体的现象，而并未与熵力作用下的相变机制之系统描述联系起来。为此，循环路径概念就要进而联系到前述演化参量了，这是要从总动能和总相互作用能的系统视角，来理解分子生物学中心法则下的DNA→RNA→蛋白质过程，即生物分子多体系统的不可逆性。
为此，前述缩放机制和摇摆机制主要体现了我早年的一些思考，这是将生命的稳态进而划分为两个物理理解，分别体现为水基和氨基的生化反应，后者要涉及到下一节要分析的量子隧穿的协同性概念，是特指生命体的能量来源，如动物可以运动，植物也要逆地球引力而生长，等等。但在本小节，我只分析基于水基的循环路径和氨基的分岔路径这两条生命演化路径的基本概念。水基和氨基概念在前一小节我已经初步谈了一些，但没有讲透。我下面要再详细说明的是，水基这个概念的物理和生化两方面的含义，从而涉及到循环路径。氨基概念的能量含义就要涉及到基于量子隧穿的分岔路径，我会放到后文再细谈。
先谈水基的物理含义，其宏观的含义体现在，太阳发光强度，日地距离以及地球引力等多种因素，决定了水在地球表面的丰富含量。设想一下，地球空气中最多含量的气体是N2氮气，若日地距离大一些或太阳发光强度弱一些，地球表面温度可能就低了200来度，这样一来水就不可能以江河湖海以及降雨冰雪的形式在地球表面出现，地球可能就是液氮气化又液化的腾云驾雾之舞台效果了。微观含义则体现在地球表面约20°C的常温体现了热容量很大的液态水，就构成了一切生化反应的基础，所有生物分子的生化反应都会在这个约1/40eV的能量范围最为活跃。
再谈水基的生化含义，其物理基础在前文也已谈过，这是因为量子力学的去简并化效应导致水分子会形成电偶极矩，两个H+离子的夹角为104.45°C，并可容易地分解为氢离子和氢氧根离子： H2O⇌H+ + OH− ，这不仅是任何生物分子结构和生化反应的基础，如糖类物质通常为分子式Cn(H2O)n，氢与氧元素的比例始终为2:1，以及蛋白质的氨基酸之脱水缩合反应，其氨基和羧基就体现了氢离子和氢氧根离子。进而，这也体现了水是任何生命分子的必须：人体中50%-70%为水分，人可以十天不进食但不能三天不进水。进而，若将以上描述与前述演化参量p联系起来，就有了更深刻的系统演化含义，并且要联系着以上路径依赖概念了。
生命演化的路径依赖是演化平台的核心概念，这体现了两点。第一，既然正量-边际相变和边际-负量相变的两类相变缩并合二而一了，这意味着，有机物分子之间的结合能为前述约1/40eV的地球常温能量范围，它比无机物在几个eV量级要低得多。但更重要的是，两类相变缩并还要伴随着生化反应，边际-负量相变的能量一定会比正量-边际相变更低，但如此能量应更接近生化反应的能量阈值，因而产生的热量会抬升系统的温度，并令两类相变融为一体。第二，这就导致了生物学的中心法则即DNA→RNA→蛋白质的不可逆过程。但这个过程首先必须是循环的，即蛋白质降解后还要重复以上生化反应。同时，体现在更广义的生命演化过程，它还必须是分岔的——分岔路径必须与循环路径不可分离，否则的话就不可能演化出越来越复杂高级的生命。
进而，循环路径概念的形成，体现了我将经济系统与物质系统的类比所形成的演化参量概念。演化参量概念的构建，实际上最早来自我对生物学的思考，但后来在继续思考经济问题才变得更加清晰。在构建演化参量概念之前相当长时间里，我曾认为摇摆机制既然来自生命演化过程的生化反应，这应联系着超阈值能的生化反应环境：早年中国科学家人工合成牛胰岛素时要分成分别生成A链B链，和链接这两条链的三个研究小组，但后来合成比胰岛素远为复杂的分子都容易多了，如此技术进步背后的物理基础，显然是人们通过反复尝试终于寻找到了更合适的生化反应的环境。我原以为这个环境就体现为超能阈值，犹如前述太阳核聚变就具有超能阈值环境，但人工核聚变依然是在低于聚变阈值的环境下，才难以得到控制。
但形成了演化参量概念之后就让我意识到，这并非超能阈值下生化反应环境的概念。超能阈值只体现为演化参量在边际状态之上的正量状态，即p>0的状态。生化反应要体现在跨越了两级相变，即在演化参量p>0熵力驱动的正量系统，和p<0能量驱动的负量系统之间的，跨越了边际状态p=0的摇摆，这才能体现出分子生物学中心法则的不可逆性。为此，地球生命演化的循环路径就既与矿物质的单向路径不同，也与恒星演化从年轻走向衰老的过程不同：单向路径只是从p>0的状态演化到p<0的状态，从而不再回头。恒星走向死亡，就只是从较高的发偏蓝光到较低的发偏黄光的演化参量p>0的超能阈值演变。但基于生命过程的生化反应之摇摆机制要体现为耗散系统，不断新陈代谢，从而演化参量p才会从正量到负量不断改变符号的循环路径。
再谈分岔路径。生命演化过程还必然存在从简单到复杂，即DNA和RNA的分子链状结构一定会有从短到长的演化过程，尽管这个过程未必是连续的。所以，我后来在学习协同学时，就感觉到这应当是一个时间跨度缓慢的，体现了自组织临界性的某种演化过程。这个演化过程一方面肯定要联系着某种细胞基因的某种遗传和变异，另一方面也要联系着生命胚胎的发育过程。这就体现了分岔路径的概念。这不能仅仅联系着单个生命体的生存，而是遗传物质的传承。但这当中的物理图像是什么？这只是体现在精子卵子的形成阶段，还是在胚胎发育阶段，抑或是还要联系到所有地球生命形成的进化树？我始终没有找到恰当的认知视角。以上基于路径依赖的循环和分岔的概念就只好在脑袋里“搁置”了，直到到2013年我得知了跷跷板模型。
跷跷板模型给我带来的最大的启发是，从循环路径到分岔路径的物理图像分离，应当发生在胚胎干细胞阶段。事实上，我早年提出的摇摆机制只是体现了跷跷板模型中细胞命运维持的机制并仅体现为循环路径，这在干细胞和普通细胞中都会存在。但是唯有胚胎干细胞还可能存在分岔路径，这就并非我们以往所理解的生物进化来自局域个体分子的遗传变异，而是要体现出生命演化来自不同基因组表达的分岔。
为此，就上图的跷跷板模型所给出的A和B两种诱导力以及多潜能性状态，在物理上可有两种理解。先谈第一种理解，我想跷跷板模型自身要表达也是这一层意思，那就是这要体现为，任何生命体的状态都来自物理上能量的驱动。既然涉及到中胚层基因和外胚层基因的重编过程，这或许就要体现为某种具有更大尺度的DNA基因组的生化反应之演化过程。为此，这存在3种过程，A诱导力主导体现了某种能量驱动的演化过程，B诱导力主导则为另一种能量驱动的演化过程，而下图A和B两种诱导力展现的跷跷板平衡之多潜能性状态，则必然是两种能量都力图主导驱动，而形成了相互抑制的状态。这体现了三种状态都可能存在。但我仔细考虑之后，感觉如此理解似乎体现了生命演化过程会具有某种偶然性，未必正确。
以上偶然性思维体现在对通常意义下的遗传和变异的理解，或许并无问题。基因突变指DNA中的某一段基因发生了突发永久性的改变，但这却被认为就是生命进化的“推力”：物竞天择会淘汰不利的突变，而有利的突变则会被遗传下来。基因突变在普通细胞中并不会对进化带来影响，但存在于胚胎干细胞中就会导致永久性变异。然而，跷跷板模型所描述的，是对生命胚胎发育生长的过程描述，这个过程应当是非常确切的而并不会有偶然性。无法想象某类细胞，如脑细胞会随机地分布在整个胚胎中。每类细胞都应当紧密地聚集在一起。为此，前述第一种理解作为对实验显示的机制可能是正确的，但作为描述细胞命运改变并体现出分岔路径的实际过程，就应具有确定性。这要体现为某类细胞聚集而形成的平台结构——如此平台结构不应存在偶然性。
这就导致了我经过反复思考以后的第二种理解：首先，我对跷跷板的想象力，已经撇开了A诱导力和B诱导力的具体含义，从而要形成了演化平台的概念。演化平台又有两层含义，一是在平台上的任何细胞，包括普通细胞和干细胞都可能工作的循环路径，二是体现了干细胞分裂和分化的分岔路径。
循环路径意味着是把生物大分子看做是某种类似于量子多体系统的个体始终在做循环——这是满足生物学中心法则DNA→RNA→蛋白质的不可逆相变过程，演化参量会从p>0到p<0的交替变化。事实上，从核酸和蛋白质的合成来看，需要p>0的系统有序化熵力的驱动，让所有生物分子的等能量化趋同。但合成为大分子以后，DNA分子自身会不断损伤，蛋白质亦可能折叠有误，它们均需修复，这就要体现为p<0的某种让化学键“绑定”的另类有序熵的驱动。两类分别是动量空间和坐标空间的有序熵形成了自组织结构。循环路径实际上是生命体演化的基本过程，无论是我下文称为分岔路径的过程，如胚胎的全能干细胞演化成为多能细胞或次多能细胞甚至普通细胞的过程，还是满足中心法则的DNA→RNA→蛋白质的普通细胞，都具有循环路径特性。
然而，多潜能性状态的分化还可能存在分岔路径，它做为另外一种物态理应能量更高，不应当被看是一种静态而理应是另一种体现了跷跷板支点的物态，这个细胞状态可能发生不同的分裂或分化，其对应的物理图像是什么？NH3中存在的N-离子的量子隧穿态给了想象力，这体现了分岔路径下具有更高的能量含义。这在DNA大分子中，似乎并不只是体现为某个基因组得到了表达的N-离子的量子隧穿，还可能体现为某两个甚至多个基因组之间的量子隧穿“共振”。我只是要指出，分岔路径的意义应当体现在干细胞会分裂和分化的整体过程。这样一来，循环路径实际上就等价于我前述的摇摆机制，但分岔路径就更多地体现出了演化的含义。
具体地说，分岔路径作为演化平台的含义体现了以下两点。第一，这是胚胎干细胞的发育成长的平台。第二，如此平台还要体现出生命进化过程，体现了系统整体的全方位突变，后一点对我们理解生物的进化可能更加重要。例如，猪和人的整体DNA有98%的相似度，这说明人和猪来自共同的祖先。但这位祖先的DNA或RNA中某基因的突变，只可能体现在其分岔路径的胚胎细胞中，即演化到某种多潜能性状态时所发生的突变。为此，这并非摇摆的循环路径下的诱导的基因突变，而是会呈现出固化在某个p=0的的分岔路径的演化——如此演化具有两极性，我将称其为两极演化平台。
循环路径和分岔路径作为生命演化两个过程的体现，这也可用当今计算机领域的发展来做简单的类比分析。早期计算机von Neumann提出的存储程序和程序控制问题，只有用0和1表示的机器语言，后来才形成了操作系统平台如DOS和Windows，直到如今的AI——这三个阶段，显然对应着3个平台。我前述的生命演化之循环路径，就是只在同一平台上演化的概念，如同你在Windows构建的一个应用程序，可能稍作修改我的应用程序也可以用。生物学常规的人工基因组编辑，也只能在这个循环路径层次上的操作。但是，生命演化之分岔路径就要体现出物种突变的整体特性而须慎重。在这个层次上的基因编辑，就可能编辑出人和猪的不同物种差异。
4. 三种自组织状态：协同隧穿态，量子纠缠态和拓扑简并态
许多人都认为物理学还会再发生一场革命，这是基于暗物质暗能量以及量子纠缠等现象用现有的物理学理论无法解释。但文小刚教授对物理学革命理解的视角有所不同，他认为每次物理学革命都是由数学推动的。第一次是Newton发现万有引力定律，数学工具是微积分。第二次是Maxwell的电磁学革命，数学工具是微分方程，后来发展成为纤维丛理论。第三次是相对论革命，Einstein提出了广义相对论，对应的数学理论是Riemannian几何。第四次是量子力学革命，新数学是线性代数和张量积。为此，文小刚认为量子力学还要再来第二次革命，就可能要用到范畴学等代数工具——物理学的数学基础可能要从几何时代走向代数时代，他还提出了物质即信息的新思维。
我的思路形成受到了文小刚教授的很大启发，但我与他的具体想法又有很大不同。我觉得物理学的革命不应是因为数学工具不够用而爆发，而是对最底层的物理理解出现了问题。现有物理学理解是构建在时空，惯性系，相互作用这些概念基础上的。而我设想的新思路，是要把物理学构建在能量和熵值的系统含义之上，并形成的演化判据分析框架——所有物理测量都要体现在能量和熵值在时空上的投影，惯性系的含义实际上体现了被测对象和观测者的关系，但这只是在经典力学有明确的含义。广义而言这要修订为基于系统自身的质心系才合理。个体之间的相互作用力，也是更广义的熵能判据的体现。所以，物理学的革命要基于状态理由的新思路。这条思路的核心是把对物质现象的观测看做是物质状态，物理学理论是要给出状态形成的理由。
进而，文小刚教授忽略了热力学和统计物理学之创建，这恰是我认为最重要的物理学革命，只是后来沿着此路发展的非平衡态物理学并未形成主流。现今人们都并无热平衡态和稳态的区分，而我早年提出的“一惊两炸”3疑难就体现了，要形成不等同于热平衡态的稳态概念。这也是我要提出的协同态或全同态概念的物理原因。我谈这些并非是要反驳文小刚教授——正是理解问题之视角的不同，文小刚教授的思想给我带来了很大启发。前文引论中已经谈到，他提出的拓扑序也称拓扑物态，启发了我要将其推广为拓扑简并态，并进而要由此形成各种物态的分类。为此，我在本节中要提出三种量子多体状态，协同隧穿态，量子纠缠态和拓扑简并态实为非平衡的自组织状态，并认为构建如此状态的理由，都来自熵能判据所揭示的有序熵极大化之驱动。
4.1 隧穿协同态：从肌肉运动、Jahn-Teller效应到地球磁极逆转模型
先说明我早年设想要存在隧穿协同态的原因，这来自我对生命回光返照现象的不解：晚期危重病人临终前出现反常的短暂好转现象，不仅是我亲眼目睹，更有大量听闻，如知名学者袁隆平教授也谈起过。英文也有术语Terminal lucidity说明这个现象。我早年对此的想象，就是将其与恒星的临终大爆炸联系起来了。如果说恒星核聚变要呈现为超能阈值，恒星的临终爆炸体现了聚变阈值的同时实现，回光返照可能就是如此物理现象在人体中的体现。袁隆平教授谈到的以及我听到的例子，有多起是1960年代初期因饥饿，临死时人们会快速奔走后再倒下。这就说明了回光返照的能量，可能并非来自残留食物的加速消化，而更可能来自某种前述氨基N-离子的量子隧穿：这可能是某种能量储存耗尽前，系统内能自组织地转化成了运动动能。
这又让我进而想到了Haken就激光原理所提出的协同学。早年在北师大，我们研究生的基础课有耗散结构理论却无协同学，原因是没有教师能完全搞懂并讲授这门课程。但我的导师胡岗教授后来又去Haken那里做访问学者，这就令我对协同学特别好奇。我硕士毕业后，Haken写的《协同学》有了中译本，但我依然感觉很难读懂。不过协同学对激光的非平衡态自组织解释，让我觉得这比并无实例支持的耗散结构理论，要更有说服力。为此，基于在所有蛋白质分子中均有氨基的N−离子存在，其分子结构的畸变是否就会发生量子隧穿？大量隧穿的N−离子“共振”就可能引发协同效应，从而导致信息熵极大化，这就解释前述回光返照现象。下面，我将进而论述以上思考过程，并用隧穿协同概念构建地球磁极逆转模型，以解释全球变暖问题。
上一节谈到的生命演化，既有在演化参量p>0和p<0之间做摇摆的循环路径，还有固化在某个p≈0的边际状态做量子隧穿“共振”的分岔路径。但早年我并无以上循环路径和分岔路径的概念，只是认为生命体的肌肉运动，似乎很类似协同学描述的激光中光子运动的协同性。导致肌肉运动既可能来自人的运动神经元，也可能来自外部电流刺激。很显然，运动神经元和外部电流引发的能量都很微弱，但导致生命体的肌肉运动却十分快速强烈，这一定是触发了某种能量“开关”所致。所有蛋白质都含氨基-NH2，这就令我想到肌肉蛋白质或细胞中，或许存在N−离子的量子隧穿，这可能与激光中光子的谐振腔反射类似。原本是无序隧穿的N−离子，由于神经元或外部电流一刺激导致“开关”闭合，所有分子就演化为单向的肌肉协同运动，这类似激光形成的协同效应。
为此，我设想的肌肉运动之隧穿协同效应会有两个过程。第一，这要体现在单个蛋白质中生物分子个体层次，可以是N-离子或其它应为较小的分子的量子隧穿。这就属于个体层次上的信息等能量熵极大化，其物理本质并非来自个体之间的碰撞，也非化学键的关联：这即便不是量子隧穿，也只能是某种类似激光光子在谐振器的往返运动。第二，在个体层次上的往返运动还要进而体现出协同效应，这就并非体现在一个生物分子之中，而是肌肉群体的量子多体系统的集体运动效应：这不仅是跨分子的还是跨细胞的肌肉群，这就要体现出演化平台的思想了。这样一来，不同分子的无序运动会演变成单向有序化运动，这就要体现为演化平台层次上的等能有序熵极大化。
以上隧穿协同态并不同于我前述的普通蛋白质折叠的缩放机制，以及描述分子生物学中心法则的摇摆机制，而体现为某种特殊含义下的自组织行为。当然，这只是我的猜测——这当中的核心物理图像是两个层次上的有序熵最大化，一个体现在分子层次上的量子少体系统之个体信息熵，另一个是所有分子层次上多体协同运动的信息熵。如此猜测影响了我以后物理思想的形成，如下文我要给出对超流和超导的物理理解，都建立在个体和整体的两类熵极大化的基础之上。然而，早年我并未思考超流和超导问题也并无演化平台概念，只是认为对于生物肌肉运动若用量子力学来描述尚无先例，为进一步佐证这幅物理图像，我需要找到一个更加简单的物理模型来说明。
我早就听说过，中国学者方教授早在1960年代就提出了与Haken很接近的物理思想。若不是文革，很可能协同学就也有中国科学家的贡献。我当年学习Haken《协同学》的目的，也是力图寻找其它支持以上隧穿协同态想法的案例。既然协同学很难读懂，我就去查询了方教授在文革前中国《物理学报》上发表的激光研究文章。此文提出了电磁模耦合的概念的确也有自组织的含义，这要比协同学Slaving Principle的描述要更简洁清晰，我前述两个层次熵极大化的想法就来自阅读此文后的联想。不过，以上把肌肉运动想象为基于N-离子的隧穿协同态，这虽与激光的协同态描述都有往返运动的特征，但一个是生物学的肌肉细胞，一个是激光光子，这两者还是差距大了一些。
但我认为以上隧穿协同态的概念很重要，体现了物质远离平衡的自组织行为。我当时还希望再找到一个具有如此物理机制的非激光案例，最好与生物分子更接近一些，若存在属于某种原子或分子的集体运动行为，就是更佳的案例。我偶然发现，方教授随后还继续用以上激光电磁模耦合的思想研究了Jahn-Teller效应，这是从电子的静态畸变能量与耦合振动的量子能量角度，来理解固体中的耦合效应——这篇题为强耦合的动力学Jahn-Teller效应理论，物理学报, 22(1966) 471-486的文章，是否同时体现了微观子系统的量子隧穿以及宏观整体系统的协同效应？这似乎也可说明固体物理的晶格为何会畸变而破坏对称性，因而激发了我的兴趣。
为此，我特意去学习了之前并不知晓的Jahn-Teller效应。固体物理学的教科书通常并无介绍该效应的内容，只有结构化学才有对此效应的量子力学分析。进而，我感觉以上Jahn-Teller耦合的概念，或许就体现了我前述的生物分子的隧穿协同效应。上图来自维基百科，[Cu(OH2)6]2+ 离子具有“伸长八面体”型结构，两个轴向 Cu-O 键的键长238 pm，四个共面 Cu-O 键的键长195 pm。
通常对John-Teller效应的物理理解是，去简并化降低了系统能量，因而导致了以上化学键的扭曲。然而，对John-Teller效应的如此常规理解，我认为可能有问题。如果说去简并化降低了量子系统能量而稳定，那么，x，y和z共有三个轴，为何只有一个轴扭曲？这似乎去简并化不够，基态简并的化学键还要进而再去简并化，其能量才能够更加降低，犹如水分子中两个对称的H+离子也要去简并化，并形成夹角104.45°C，才能基态能量更低。这是量子力学对去简并化计算的常识。另外，John-Teller效应只在部分八面体配合物中存在而并无普遍性，这也难以解释。为何有的晶体结构要去简并化，有的又并不去简并化呢？
为此，我给出了对John-Teller效应的另类解释，这与Anderson描述的NH3氨分子的量子隧穿对称性很类似。John-Teller效应要呈现为熵力导致的微观量子结构的改变——系统从完全对称态演变成为扭曲态所体现的是拓扑简并，而并非空间简并。这也体现了子系统层次上的量子隧穿。而强耦合的动力学Jahn-Teller效应理论所提出静态畸变能量与耦合振动能量，要体现出两个层次的熵值极大化。首先，晶格子系统中电子的量子隧穿构成了简并态等能量信息熵极大化。进而，子系统晶格畸变的进一步耦合，似乎要体现在某种晶格中电子能带结构的修正，而具有了基于系统熵力驱动下的协同效应，此乃系统整体效应的信息熵极大化。
以上就是我对John-Teller效应及其耦合的另类解释。若无畸变以上图中的[Cu(OH2)6]2+ 离子外部所有电子呈完全对称性，各种能量{E1，E2，E3，E4，....}都可能被占据，系统的平均能量为<E>=Σi pi Ei。但是晶格发生了畸变以后就有了对称性破缺：z轴与x和y轴的化学键长发生了分离，这应当体现为在系统在简并对称性的基态之上，形成了能隙。这就与前述Anderson描述的NH3分子很相像了，属于拓扑简并态：这能否可以看做是z轴上的两个量子态|z↑>和|z↓>分离之后，也形成了Ez↑=Ez↓的相互量子隧穿？系统演化形成如此扭曲状态的理由，要基于以下两个条件：一是量子隧穿能量Ez↑=Ez↓要比晶体畸变前的平均能量<E>更低。二是能隙要足够大，大到能量无法隧穿到能隙以上的能量，否则系统依然呈热平衡态。
所以，[Cu(OH2)6]2+ 的John-Teller效应体现了，这是简并子系统处在等能量信息熵极大化的状态，但这仅是针对子系统的信息熵极大化描述。所有[Cu(OH2)6]2+ 离子构成的更大系统整体，还要进一步耦合而体现出协同性——这就是我对方教授的Jahn-Teller强耦合系统的物理理解。进而，参看维基百科的John-Teller effect条目，在八面体配合物中由于d轨道电子数的不同，有的呈现出强的John-Teller变形效应如d=4，7，9，有的只存在弱的变形如d=1，2，5，6，其余的则完全不存在变形——这就令我想到了，这可能类似前文分析的原子核中核子构成的全同态和协同态。
然而，以上物理理解还是不能解释生命现象的复杂性。前述对肌肉运动的隧穿协同态的自组织物理机制，相比于John-Teller耦合的物理图像的不同点还在于，肌肉运动要体现出隧穿协同态的某种临界特性：微弱的神经元或电流刺激，就能导致肌肉细胞或蛋白质的大幅运动。这要体现出有序熵状态和热平衡态之间的转换性，这也类似演化参量p≈0之边际状态的特性。但以上John-Teller耦合的强，弱或无的效应，并未呈现出在外部参量控制下的相互转换特性。为此，以上隧穿协同效应若还能在自然界中找到呈现为在协同态，全同态或热平衡态之间相互转化的案例，将具有重大意义。
我希望找到的一个物理现象要具体体现在，系统会在两个宏观状态之间做转换：吸热后系统能量的增高不是演化成为无序熵的极大化，而是形成了量子多体的隧穿协同态，放热以后又演变为某种晶体结构的有序态，甚至完全热无序的状态，这才与生命体的肌肉运动模式吻合。在1992年我考博那一年，恰好给了我一个机会——我从电视上偶然发现，《联合国气候变化框架公约》获得通过，未来世界各国要控制碳排放了。我当即就觉得这个公约荒诞至极。从热接触达成温度平衡的角度来看，碳排放的绝对数量是不大可能导致地球变暖的，至多是碳排放的增速太快，才可能一度影响地球气候。当然，再多谈质疑并无新意了，关键是对于地球变暖要找到可能令人信服的其它物理原因。
我在当时就想到，这是否可能与地球磁极逆转有关。当然，地球磁极逆转的周期与气候变化的时间并不合拍，但这可从以上隧穿协同态的物理机制来理解。Anderson描述的NH3中N-离子在H+平面的量子隧穿频率高达3x1010/s，隧穿离子的质量越大，隧穿频率就越低，如此量子隧穿的频率，若低到地球磁极逆转为几万年到几十万年一次就呈现为临界特性了，这是否有可能？前文引论中已谈及自组织临界性，但未谈及演化参量。地球磁场或许就处在我定义的演化参量p≈0的边际状态。这意味着量子隧穿频率会因为系统隧穿个体“团簇”体积的增大而减缓，这在Anderson当年的描述中就已经体现了在个体层次上的含义。但如此个体隧穿还要体现出协同的集体运动含义。
因此，我对地球变暖所给出的物理图像是，只要地球磁极还处在不断发生逆转的周期，这要体现为地球磁矩分子都处在隧穿协同的周期性状态，并不会形成放热反应，尽管如此隧穿协同态的周期作为地磁逆转的周期，可能短则几万年长则几十万年，时间周期非常长。仅当如此隧穿协同周期停止了，才会放热而形成热平衡态。如今的地球变暖，可能就处在隧穿周期正在走向停止的时刻。当然，未来地球演化在跨越了很长时间以后，处于热平衡态的地球可能还会又吸热，并恢复到隧穿协同的地磁逆转的周期状态。前文已经谈到这属于自组织临界性，但还有一个“临界慢化”效应，这是郝柏林先生早年就混沌分岔问题提出来的概念，前文提到的他的综述文章就有介绍。
然而，地球磁场的成因很复杂，地质学里有一个发电机理论(Dynamo theory)，但如何将其与磁极逆转问题联系起来，这对于我当年只是一个硕士毕业的年轻学人来说，知识储备还不足以做如此涉及到地球磁场的分析论证工作。为此，我要找到一个有力的合作者才行。当年我恰准备考博转到凝聚态物理领域来，我就选择了中科院物理研究所的蒲富恪院士为导师，想与他合作一起完成这一地磁逆转来解释全球变暖的模型。蒲先生当年为国际理论和应用物理联合会磁学分会的唯一中国委员，中国物理学会磁学专业委员会主任。我原本以为，蒲先生具有的足够专业的知识，一定会支持我从事这一探究全球气候变暖成因的研究工作。
当年我原本以为做博士论文与本科和硕士论文都差不多，自己想选择什么课题都行。然而，进入到物理所之后才知道，当年自己被招来做博士生，是为了完成一个国家课题。这是当年一个实验小组申请的国家重大研究课题，给理论研究小组也分了一点经费，并招了几个博士生包括我来凑数发论文，因为理论文章比较好发也花钱少：我被要求发SCI至少5篇才能毕业。为了拿到学位，我只好去干自己毫无兴趣的工作，把一个想法拆分成多篇发，终于超额一篇完成任务。事后想一想，蒲先生根本就没有听完我讲完地磁逆转模型的想法就否定了，这并不奇怪。构建一个理论去否定《联合国气候变化框架公约》，这是既无法证实也无法证伪的研究工作，必然遭到诸多批评。作为院士是不大可能拿他的学术声誉去开玩笑的。
科学研究在中国社会早已是名利场。3年的博士生经历下来，我感觉自己无法围绕自己的兴趣为中心而研究，只能为名利而奋斗从而远离了学术圈。然而，人总是难以彻底超脱，在2013年我偶尔看到汤超的跷跷板模型的科学新闻之后，感觉我以上始于对生物系统肌肉运动而想到的地磁逆转模型可能复活——地磁逆转模型的磁极来回隧穿，这与跷跷板模型非常形似，或许还有希望重新构建起来。到了2018年，我又利用回国的机会，返回物理所磁学理论研究室找到当年的师兄弟，想给他们再讲一讲当年我的想法。当年我的师兄弟们都已是博导级的人物了。他们要请我吃顿饭时我还特意要求是午饭，期待在饭后，我能把我早年的地磁逆转模型给他们再讲解一次。
然而，我准备的讲稿当时都揣在兜里没掏出来。他们都是忙人，饭后还有工作要走人了。不过，我仍然觉得，自己当年尚没有像现在这样思考得很清晰才是主因：我当时在午饭期间的开场白讲得太急促，没有把我的从肌肉运动到自组织临界性的整个思想形成的过程讲清楚：思考过程和如何表达都很重要。为此，我又继续思考了若干年，感觉还要分离出协同隧穿态和拓扑简并态两个概念(当年我并未想到要区分这两个概念)，后者可应用于解释液氦的Rollin薄膜攀越的，也可能与生命的另一现象植物吸收养分的逆引力输送有关，我要放在后面的第三小节再细述。
6年多以后的今天，我觉得自己的思路更清晰了，应把我的完整思路再重新表达出来，因而有了这篇长文。这个地磁逆转模型对于地球变暖的解释能否被认同，除了理论分析要更加完备以外，我更期待能有人能设计并构建出一个实验来检验——核心在于，如此地磁逆转系统要处在演化参量的边际状态。这个实验才很困难。但生命体动物的肌肉运动以及植物的养分吸收，的确都处在某种临界的边际状态。
4.2 量子纠缠态：从量子物态概念的整体系统特性来理解
2013年我想返回物理学术圈，首先想的当然是在圈内找份工作。我当年刚过50，自我感觉在中国某高校某个职位还有可能。然而，多年脱离了学术圈，我觉得还是要先恶补一下物理学前沿知识。引发我极大兴趣的就是学长文小刚的工作。这些年我成了他的忠实粉丝：他的论文以及各种讲演的视频我都尽力阅读观看。然而，我感觉自己脱离了物理学界多年，脑子里又装了太多宏观经济学的系统思维后，再返回物理学就感觉不一样了。前文分析的隧穿协同态属于一类特殊的协同态。本小节我还要进而分析全同态概念，这又要划分为无能隙的量子纠缠态和有能隙的拓扑简并态两类，后者我要在下一小节再进而分析，本小节先谈我对量子纠缠态的理解。
文小刚教授对量子纠缠有他特殊的理解。这与通常人们把量子纠缠只看做是量子少体系统的特性，其量子个体性丧失了从而只有整体纠缠特性，完全并不一样。文小刚是基于量子多体系统来理解量子纠缠的，或者说，他早年提出的拓扑序概念本身，就具有量子纠缠性：这是要把量子纠缠态划分为两类，可用直积态来描述的短程纠缠态为普通量子态，而不可用直积态来描述的则属于长程纠缠态。如此理解显然来自物理相变的短程序和长程序概念。但文小刚认为如此纠缠要用范畴学来理解，并进而认为这将构成物理学的革命，并多次谈到离最终突破就只差“临门一脚”了。为此，我一直在期待射门的那一刻，并力图把我和文小刚教授的想法融为一体。但遗憾的是我未能等到这一刻，而只好在本小节表达出我对量子纠缠的不同理解：这与拓扑序概念有关，但也并不完全相同。这又要先从我对物理学的物态概念之理解谈起。
我对所有物质状态的理解，都是从系统出发的：这是把任何系统都看做是由子系统构成的。如此系统观当然早就存在：任何物质从可分性来看，都是由分子构成的，分子由是原子构成的，原子还要划分为原子核和电子等等。从更大尺度来看，物质世界还存在恒星，星系乃至整个宇宙系统。但如此传统的系统观之局限性在于，这已经隐含了空间尺度含义，而并非是从能量和熵值出发的。若基于能量和熵值来划分系统和子系统，就要体现出能量和熵值的广延量含义。大系统的总能量和熵值必须是其子系统的能量和熵值之和，这必须包含定量化的理解。这在我之前的构建的熵能判据就已有体现，上一节的隧穿协同态描述也体现了系统整体熵值为所有子系统的总和。
第2节关于熵能判据和熵能系数的概念，我就不在此重复了。下面，我要先从子系统与大系统的关系出发，先来尝试给出不同的统计分布下的物态含义。为此，我先从子系统之间并无相互作用的Fermi分布系统谈起。从物理测量的观念来看，其子系统含义体现为正则系综的能量集合{E0，E1，...，En}中，任何能量值的子系统，均有可能成为被测量到。每一种可能的被测状态，从正则统计系综来理解，都对应着一个由基态|E0>和第k个量子能级态|Ek>构成的子系统，其中k=1，2，...，n。若令εk =Ek-E0，第k个子系统要体现为熵能系数的最大化，从而Xk=Sk-βEk=ln[1+e^(-βεk)]。这意味着在Fermi分布的系统中，每个子系统都有其特定的熵值Si及其能量Ei，且所有子系统都要共享两点：量子基态|E0>或称为量子空态|0>，以及相同的约束参量β，即系统的温度。
以上描述就体现了我的系统理解：整个系统的熵能系数最大化，要体现为所有子系统的熵能系数之和 X = Σkxk，这也是正则统计系综之配分函数的对数。如此求和公式不仅对Fermion系统成立，而是对所有物质系统均成立，只是不同子系统的xk的含义不一样。可见，演化判据分析框架是要从系统演化构建于子系统的视角，来理解物质结构的形成。对量子系统而言，子系统的演化要依赖两个步骤：第一步要先形成共享空态，第二步则是所有子系统还要进而形成一个共同的约束参量，这要体现出不同的物质状态，就会有对信息熵约束和温度含义有不同的理解：Fermi统计体现了能量均值约束，而协同态体现了均值和方差的共同约束，两者均有通常的温度含义。而全同态就只有总概率为1的约束，在量子纠缠的特殊情况下会丧失温度含义，后文再谈。
再继续分析Bose统计，它和Fermi统计的差别在哪里？这就体现在Boson和Fermion的不一样，在系统的同一量子能级态下可以被多粒子态占据。我当年在大学里是先学习普通物理，得知早年Plank提出黑体辐射分布时，是基于光子的能量为一份一份的，是某个可能能量的任何整数倍均有可能。但后来学习统计物理时，才发现后来的物理学家否定了Plank早年对黑体辐射的推导方法，而改用Bose-Einstein统计所用的微观状态数来计算出统计分布。我当时就认为，如此对Plank量子化思想的否定，在物理上可能并不合理：Plank当年的想法也可能是正确的，就看我们怎样来理解基于Boson的量子态的含义。为此，我提出了Bose统计与Fermi统计的差别，要体现为在Bose统计的子系统还要包含特殊的Bose协同态，其含义如下。
既然前述Fermi统计的Fermion子系统仅有共享空态|0>和|εk>态，那么，一个很自然的推广就是，Bose统计也是由Boson子系统构成的，但与Fermion子系统不同，Boson子系统还包含了任意粒子数目同能量的协同态，即从|2εk>，|3εk>，....直到任意多个粒子的|nεk>态。这样一来，Bose统计也要体现为两个步骤：首先，第一步就是把共享空态|0>和所有能量为εk的量子协同态|εk>，|2εk>，|3εk>，...都归并为Boson子系统，其熵能系数就是xk= ln [1 + e^(-βεk) + e^(-2βεk) + e^(-3βεk)+...] = - ln[1 - e^(-βεk)]。进而，第二步再把Boson子系统归并为大的Bose统计系统之熵能系数，即X = Σk xk。这就与前述隧穿协同态描述很类似，整体系统在能量和熵值含义下，要呈现为是各个子系统之和。同时这也类似Fermi统计，可简单地给出了Bose统计的基本公式。
以上就体现了我要描述的演化判据分析框架。由此来构建经典的Boltzmann-Maxwell统计分布就更容易了。经典统计要体现为所有子系统都是近独立的，即一个粒子与其它粒子并无相关性，且满足各态历经假定。第k个粒子就是独立的第k个子系统，经典统计分布就是任何能量Ek,j均有可能，j表示子系统遍历了各态历经的能量，但并不包括量子空态。这也意味着能量值绝对为0的状态要被排除，因此xk= ln [Σje^(-βEk,j)] 。从而绝对零度不可达到的热力学第三定律，在X = Σk xk的公式中，就已经明显地体现出来了：经典系统的熵能系数不会等于零。演化判据分析框架并不把经典统计看做是量子统计的近似，而是物质演化到了量子空态丧失的状态。
以上共享空态和绝对温度概念意味着，任何子系统状态的能量值都有一个绝对的标准，这就体现在与空态|0>的能量差即εk，这与现今统计物理学的化学势理解类似。在物理学中，自从Newton的绝对时空观被否定以后，所有的测量似乎都必须是相对的了，但物理学中依然保留了一个绝对物理量，就是绝对温度β。其含义要体现为共享空态是以系统为基础的能量基准。因而绝对温度β不仅构成了统计物理分析的基础，在我看来也体现了系统的内禀属性。例如，我感冒发烧了不等于你也发烧了，你我属于两个不同的生命系统，温度β值并不一样。但太阳有恒定的表面温度，其光子频率分布也类似黑体辐射，这说明整个太阳表面的电子系统都是一个具有共享空态的系统，其发光才会形成特定的频率分布，这也体现在整个宇宙的微波背景辐射。
接下来我就要基于子系统和整体系统的分析，来谈对量子纠缠的物理理解。有必要先澄清一下对量子纠缠的定义。在维基百科Quantum entanglement条目中，对量子纠缠的定义是含混的。如Ca40的联级发光会先后发射出波长为551.3nm的淡绿色，以及422.7nm的淡蓝色光，这两束可能同时左旋也可能同时右旋，这就被认为是量子纠缠态。但我认为，这并非同时而只是体现了时间先后次序的发光，只能说明先后发出的两个光子之偏振状态具有相关性，而不能被认为这就是量子纠缠。我对量子纠缠的理解要体现在，这是一个具有共享空态的量子少体系统，但用时间不可分辨性取代了温度约束，从而形成了与空间距离无关的系统量子全同态特性：理解量子纠缠态不同于普通的量子统计物态的核心点正在于此。
以上对量子纠缠态基于时间的不可分辨性理解，首先是来自与空间结构下的协同态和全同态的类比。前一节所谈的基于动量空间隧穿的协同态，包括基于坐标空间的各类晶体结构下各个原子的同步振动状态，都可以被看作是量子协同态，这属于系统个体通过熵力驱动或化学键能量关联的系统，如此系统的总能量有限。而原子核中的核子状态就除了协同态以外，因其能量密度更高而具有量子交换对称性和不可分辨性，还可能进而形成全同态。为此，对于其他普通物质，随着能量密度的增高且在特殊的环境下，它是否也会从普通的热平衡态，演变成隧穿协同态，再进而演变成全同态？这也是我前文要对Boson定义|nε>协同态的原因，但能量更高的激光就要被理解为全同态了。为此，除了原子核的空间全同态，我还要进而引入时间全同态的概念。
Bose协同态|nε>以及激光全同态概念的形成，来自Haken协同学对激光描述对我的启发：当一个系统被注入的能量足够高之后，热平衡态就要演化为协同态，从而熵能系数更高。进而能量进一步提高，如此Bose协同态还会演化成什么状态呢？这就是基于时间不可分辨性的全同态。如3个光子的全同态含义，就不是体现为协同态发出了3个可分辨的光子从而形成有序熵比黑体辐射的无序熵值更高，而是要体现为会形成|123>，|132>，|213>，|231>，|312>，|321>这6个时间不可分辨的量子状态，这就是我所理解的脉冲激光含义。不过，这当中有一点很含混的是，这究竟等价于3个光子还是6个光子？这也是我并未思考清楚的。从总能量来看应为3个光子，但不可分辨的量子态总数可能有6个，这才是导致量子测量奇异特性的根源，也是我对量子纠缠的理解。
以上对量子纠缠系统的时间全同态理解就体现在，这是两个或多个量子态能量严格相等的无温度含义，即远离平衡的自组织系统——系统个体具有量子共享空态和时间不可分辨性，但各个量子态的自旋等其它物理特性，又可以不一样。这将导致系统中所有的量子态永远也“不可分离”，即便它们相隔的空间距离再遥远，也依然要通过共享空态而呈现出量子纠缠关联性。如此量子力学理解意味着，极高能量的全同粒子，如激光中的脉冲激光，原子核的全同态或基本粒子的共振态，它们也都可以被看做是具有空间或时间不可分辨性的系统，因而都属于广义的量子纠缠态。以上对量子纠缠态的物理理解，进而还要导致以下两个结论：
第一个结论是，只有Boson才可能会形成量子纠缠，因为只有Boson才具有基于交换对称性的不可分辨性，Fermion只可能构成反对称性。为此，我个人的直觉是，只有光子，π介子，以及两个Fermion构成的Cooper对超导电子而构成了Boson系统之后，才可能形成量子纠缠态。迄今为止，所有量子纠缠的实验发现也仅体现在以上Boson系统之中。EPR佯谬后来经Bohm的重新表述，变成了自旋反向的正负电子对，一个给Alice一个给Bob。这幅物理图像演变成了最通俗的介绍量子纠缠效应之例证，几乎在谈及量子纠缠的所有科普文章中都要谈及。但是，我大量检索了各类量子纠缠实验的文献，从目前确认的第一篇吴健雄发现了量子纠缠的文章开始，都未发现有任何实验表明，电子之间会存在量子纠缠。
当我把以上观点发布在几个科学讨论微信群以后，一位研究量子纠缠的学者指出了以下这篇文献，G. Vittorini et al, Phys. Rev. A 90(2014)040302说明了电子之间的量子纠缠。但这篇文章我已经读过，如此展现在quantum memories之间的纠缠，并不能看做是电子之间的纠缠，只是体现了原子系统所衍生的光子之间的纠缠。这与前述吴健雄发现量子纠缠实验的第一篇文章，即测量到的电子偶素(Positronium)湮灭后会产生两个纠缠光子，所给出的物理结论是一样的：正负电子湮灭后的两个光子发生了纠缠，却并不意味着生成光子对的以上正负电子之间有纠缠，尽管许多文献把如此间接的量子测量相关性，也当做了量子纠缠。为此，我依然坚持这个观点，量子纠缠之能发生在Boson之间，不同Fermion之间不可能存在纠缠。
第二个结论是，若要从具有交换对称性的系统角度来理解量子纠缠，能量并非严格相等的个体或子系统之间，也不可能存在量子纠缠。这里的系统角度可以是一个系统分岔为两个共享空态的子系统，如最常见的纠缠态光子制备，是用激光束照射偏硼酸钡非线性晶体。这会有一定概率形成孪生光子对，一个具有水平偏振，另一个具有垂直偏振。但这两个光子的能量或波长是严格相等的，我认为这构成了共享空态的量子子系统。另外，两个独立的个体或子系统，归并成一个系统整体也可能形成纠缠态。有实验显示，一个是分子发光另一个是原子发光，两者也可能量子纠缠。我的理解是，这必须是两个能量相同的独立子系统，才可能通过共享空态，而令熵能系数更大形成某种量子隧穿。
所以，量子纠缠的本质是系统中不同个体之间必须能量严格相等并共享空态，从而形成了某种时间同步的量子隧穿“共振”，这就构成了具有量子交换对称性的不可分辨的系统。如此交换对称性导致了系统的量子状态数增加了，从而信息熵值增加了，尽管系统总能量并未增加。所以，熵值极大化的含义既可能体现为能量约束下最大的无序化，也可能体现了完全等能量等概率分布的有序化。这并非一定是多体系统的含义，也可以体现为少体系统。为此，我才特别强调要用Shannon信息熵取代热力学熵，如此体现为信息Bit的少体系统含义，应为物理学熵的含义的基础，而不是传统意义上的Clausius熵。这样一来，两个独立来源的光子可能发生纠缠的逻辑前提是，两者的波长要严格相等。独立来源的不同波长或频率的光子，就不可能发生量子纠缠。
4.3 拓扑简并态及其它与热平衡态相互转化的物理理解
前文我一直强调了拓扑简并与空间简并是两个不同的概念，但仅限于分子层次上。对于只存在排斥力的拓扑简并子系统若进而构成了大系统，我认为还要形成拓扑简并的物态，即拓扑简并态的概念：这体现为共享空态为简并的量子基态之多体系统。这一方面来自文小刚提出的拓扑序概念之启发，拓扑简并物态与拓扑序一样，均有基态拓扑简并和能隙的含义。但另一方面两者含义也有所不同，拓扑序的含义还要包括分数统计，边缘态，拓扑纠缠熵，等等。文小刚还把超流体和只有s波的普通超导体都看做是Landau序，而并非拓扑序。而我要把超流和超导都看做是拓扑简并态，或者更严格地说，这是拓扑简并态和热平衡态并存的系统。
为此，我要先说两种物理理解的差异。这体现了文小刚要构建拓扑序概念，和我要构建拓扑简并态概念，两者的目的不一样。文小刚是力图表明，物质世界除了Landau序以外还存在拓扑序。为了说明两者的差别，就必须强调拓扑序要包含Landau序所不具备的特性。但前文已述，我认为Landau序的序参量概念含混根本就不应存在，并力图用更准确的演化参量p=ln|T/V|来取代。为此，在本小节我还要对演化参量进而划分为V<0和V>0两种情况。V>0的排斥力系统就可能会体现出子系统或个体层面的拓扑简并。拓扑简并态还体现了子系统或个体在更大系统层次的自组织结构。进而，拓扑简并态和热平衡态的个体之间还可能相互转化，这才能体现出系统演化的含义——我是把拓扑简并态作为系统演化后的整体物态会形成某种特殊的子系统来理解的。
当然，前文所述的量子纠缠态也具有简并的全同态特性，但量子纠缠态只能单向生成而无法与热平衡态相互转化，原因是量子纠缠态并不存在能隙。如前述用激光束照射偏硼酸钡非线性晶体所形成对的孪生光子对属于量子纠缠态，但如此纠缠态只能退相干，而无法重新合并成为单个光子。所以，我所定义的拓扑简并态既不同于普通的热平衡态，也并非量子纠缠态，但却兼有两者之间的性质。热平衡态基于独立个体，拓扑简并态也体现为少量个体的子系统集合如下述超流和超导体，但它们并不如同量子纠缠的全同态那样，系统中个体完无法分辨了。拓扑简并态还要进而体现出不同拓扑简并个体的整体特性。
在我看来，形成一个物理概念的目的，并不是要体现出与过去已有概念有何不同，而是要解释已有的物质现象中，为何会存在这种特殊的状态并给出其物理理解。目前物理学中，已有针对电子系统的强关联概念，这个概念来自1980年代以后，对于在凝聚态物理中的一系列新的实验发现，如铜氧化物超导，量子Hall效应等。人们虽无法给出对强关联的恰当理论描述，但却发现它们都具有某种在准二维系统特性：电子的动能和Coulomb排斥力在二维系统中近似相等，这与我前文定义的边际状态非常类似。为此，我要将具有基态简并的强关联系统归类为拓扑简并态：超导，超流和量子Hall效应等都属于拓扑简并态。下面，我要用拓扑简并态对超流现象做另类分析。
Landau提出的超流唯象理论荣获诺奖。然而，这一理论虽解释了超流体的无摩擦性，用声子态和旋子态能谱也解释了液He的比热曲线，但却并无法解释，并且似乎有意回避了Rollin薄膜以及喷泉效应。事实上，Rollin薄膜攀越效应早在1939年就被发现，早于Landau提出超流理论的1941年。后来，另外两位诺奖大师Onsager和Feymann还提出了基于超流的量子涡旋的概念，力图把Landau提出的旋子态给出更定量的物理描述，但也未能给出比Landau超流理论更好的结果，当然也未能解释违反了热力学第二定律的攀越和喷泉效应。我当年学习该超流理论时，就感觉Landau的描述有问题，怎么能认为超流态的熵值为0呢？熵值为0物态应当自发相变到熵值更大的热无序态。
液氦问题还有以下实验现象值得关注：温度下降到4.2K的液化点以后，其状态HeI就会犹如烧开水而呈永久沸腾状，这也无法让人理解：热开水若离开了热源就不会继续沸腾了。进而，温度继续降到2.17K的λ相变点下形成HeII，沸腾状立即停止，Rollin薄膜攀越效应也发生在这个温区。如此λ相变后所呈现的薄膜攀越效应，若从非平衡统计物理学来理解，就不应当是无序-有序相变，而属于自发形成了远离平衡的自组织结构——HeII体现了系统是要把呈沸腾状的某种活力能，转化成了有序的自组织能量，因为简单的无序-有序相变并不会呈现出能量驱动。为此，我下面要对拓扑简并态提出在宏观上的经典引力和层流理解，以及微观上的量子“刚性团簇”理解。
Rollin薄膜攀越效应：薄膜会沿碗口向上攀爬并从碗中完全滴落。此图来自A. Leitner教授1963年的演示录像Youtube(https://youtu.be/-7PNacL4n8g)，Leitner教授在该录像中指出，这是从单一热源做功而违反了热力学第二定律。下图则为喷泉效应，液氦容器底部光照后会形成喷泉涌出。
先简单说明从经典引力角度来理解，在液化温度4.2K至λ相变点2.17K之间的HeI，为何会呈沸腾状：这来自两个原因，一是He的两个外部2s电子态呈球对称饱和状，因而不同He原子之间会有微弱的Coulomb排斥力，这不同于任何其它分子间的化学键为相互吸引力。其二是因为引力势能的不同，导致了He原子在容器底部与上部的平均能量会有差异，犹如高海拔处会更寒冷。事实上，液He所处温区只有几K，其平均动能极低，从而就与容器尺度的引力势能差具有可比性了，因而会在引力作用下形成热对流。所以，液氦的沸腾与烧开水要沸腾的原理一样，都来自底部分子动能更高以及引力作用下的热对流。下面，我还要再用协同态的概念来给出更清晰的描述。
这还要先从He原子系统为何会在4.2K发生气液相变谈起。普通物质会因化学键吸引力作用而液化凝聚。但液He原子之间只存在排斥力，怎么也会发生气液相变呢？这正是我前文所指出的，是熵力作用下在动量空间的等能熵驱动所致。这让能量相近的粒子形成了能量趋同的协同态团簇：但如此团簇并非是坐标空间，而在动量空间下的概念。液He原子在坐标空间下只有Coulomb排斥力，难以呈现为可观测的有序态，但熵力在动量空间下会驱动原子系统形成均值和方差约束下的协同态。引力作用进而要让如此协同态劈裂为容器底部与上部的动能密度差。所以，协同态下的HeI才会与完全热无序运动的状态不一样，完全无序的Brownian运动反倒不会呈现出沸腾状。
进而，发生λ相变之后的HeII系统，为何会停止沸腾而形成Rollin薄膜的攀越效应呢？呈超流状的HeII还不能用一般容器来盛装，而是要用特殊的毛细管尺度极低的高密材料盛装，否则的话，超流体就会从容器的毛细管中渗出。这就令我想到，超流态沸腾状的突然停止，原因并不是因为系统能量的突然降低，而更可能是系统个体的能量突然转换为与引力平行的方向做竖直方向“刚性团簇”的“谐振运动”。先谈如此超流体的宏观图像类似于流体的层流，但并非沿某个方向流动，而是在固定点的“谐振运动”。层流也称稳流，网上可看到几乎不表现为任何动感的层流视频。呈现为稳态的层流，或许就是HeII停止沸腾的原因，当然也是导致攀越效应和喷泉效应的原因。
这幅引力作用下“谐振运动”的层流宏观图像，其微观对应就是量子“刚性团簇”理解了。“刚性团簇”当然就是Landau的旋子态，以及Onsager和Feymann想象的量子涡旋态的某种体现。但量子涡旋态似乎缺乏想象力，因为这非常类似于Bohr早年构建的氢原子量子化轨道，但有了波函数概念以后，这幅准经典的物理图像就被放弃了。因而对于“谐振运动”特性的量子“刚性团簇”，我的设想是要涉及到量子全同态的不可分辨性，而并非量子涡旋态的相位特性——这就要先给出其物理特性的描述。这并非基于空间几何的结构描述。为此，我们要首先从排斥力系统的最小作用量T-V出发来做分析。“刚性团簇”有以下三个重要特征：一是λ相变与普通气液固相变有何不同，二是导致团簇形成的原因，三是其全同态与协同态含义的不同。
先谈第一点λ相变所导致“刚性团簇”的形成。前文谈到的基于演化参量的正量-边际以及边际-负量相变，前者很接近对液He的气液相变描述。但边际-负量相变与λ相变就差异很大。这是相互作用能V符号的不同所致。从最小作用量T-V出发来做分析，这意味着“刚性团簇”内部的He原子会因为相互接近，从而动能T和排斥能V同时增大。但演化导致作用量T-V的极小值点，就形成了“刚性团簇”。这会体现出两大特性，第1个特性是每形成一个稳定的“刚性团簇”意味着V比T增加更快，从而会往系统释放热量，这与太阳核聚变形成稳定氦原子后，还要释放能量的物理原理一样。所以，λ相变从高温接近相变点2.17K时，会有一个几乎直线向上的比热峰值，如下图所示。
第2个特点就是“刚性团簇”会和普通原子分子一样，具有量子激发态吗？正如我前文分析的α粒子不会有激发态一样，任何全同态子系统都不会有激发态，都只会呈现为唯一能量态。其物理原因就在于，任何能量简并的拓扑简并子系统，其等能量下的信息熵都是一样的。当然，“刚性团簇”所包含的He原子个体数目不同总能量也会有差异，但相同原子数目的团簇都具有全同态的不可分辨性。这表明信息熵极大化也要体现为约束，令系统总能量最小化。如果把总能量约束下无序熵的极大化看做是熵能判据I，则信息熵约束下系统自身的能量也要最小化，则可被看做是熵能判据II，这在前文熵能判据的数学论证中已有体现，而如此命名正是来自以上HeI和HeII给我的启发。
再谈第二点，“刚性团簇”全同态形成之后，“谐振运动”的含义就要体现为，这不同于呈沸腾状时的Brownian运动，在λ相变后就如同层流，只会在引力方向做垂直运动了。这是在引力作用下，He原子全同态要呈现出交换对称性之必然。设想一下，团簇可能存在任何斜面运动吗？因为每个He原子个体的引力能会与其动能发生相互转换，不同He原子就不可能形成能量绝对相等，具有交换对称性的全同态。如此团簇理应被限制在与引力垂直的二维平面内，并且只能在水平方向或垂直方向的运动，这才能保障“刚性团簇”中，所有He原子的能量都具有量子全同性。
进而，我所理解的Landau给出的声子和旋子能谱，实际上体现了He原子“刚性团簇”要在动量空间中分别做引力方向的上下运动，或与引力方向垂直的平面运动，这两种类型的能谱结构。这就并不是两类准粒子的，而是都要体现为“刚性团簇”的能谱，这是对Landau理论的重大修订。平面运动的能谱体现了某种He原子在空间上自发压缩，相互作用能V增大以后形成的“量子涡旋”能谱。而引力方向上垂直的“谐振运动”能谱则依赖于引力势能的高度。事实上，对“刚性团簇”全同态的物理理解若从动量空间来考虑，要体现为这是对实空间的Fourier变换，引力势能做Fourier变换后的动量空间下，就正比于动量p而形成了声子能谱。“刚性团簇”的平面涡旋运动可能涉及到不同数目He原子的平面涡旋运动，因而可能呈现为不同旋子态能谱。
第三，每个“刚性团簇”体现了拓扑简并的子系统的信息熵极大化，所有这些拓扑简并子系统还要构成拓扑简并物态的大系统。进而，在λ相变后形成的HeII，实际上也并非全由“刚性团簇”构成，还存在HeI相的上述协同态。有必要先厘清这两种物态之间的关系。首先，“刚性团簇”是拓扑物态大系统中的子系统。HeI的协同态个体是独立的He原子，并未形成团簇。它们怎么会与“刚性团簇”的全同态在λ相变后共存呢？原因在于，“刚性团簇”作为熵极大化的稳态，是处在协同态He原子个体的热无序背景之下，并形成了热平衡：形成“刚性团簇”会释放热量给系统，而它解体成为独立He原子则会吸热——两个系统实现了热平衡的共存，超导体中的超导电子和普通电子也一样。
为此，以上“刚性团簇”子系统会趋于形成拓扑简并物态的大系统，大系统中每个“刚性团簇”子系统的整体动能都一致，这就在第二个系统层次上，形成了熵能判据II的信息熵最大化，由此就可以解释攀越效应和喷泉效应了——这两个效应实际上体现了，引力效应或量子-经典相变带来的有序熵最大化，要高于放热和吸热形成的无序熵极大化。攀越效应显示了，引力的升高推动形成了等水平面的“刚性团簇”构成拓扑简并物态，从而碗中的液氦分子才会将所有的HeI转换为引力势能增高的HeII，然后全部跨越碗口滴落下来。喷泉效应则显示，容器底部的“刚性团簇”会吸收光子能量形成完全等能量的拓扑简并物态，再形成更高能量的等能有序熵极大化状态的喷泉而喷出。
以上物理解释就与Landau超流理论的物理理解完全不同了。这要体现出拓扑简并概念在全同性的子系统和系统整体层次上都具有量子全同性的含义。在子系统层次上，“刚性团簇”要体现为这与普通的原子分子并不一样，任何原子分子若作为统计系统的子系统个体在低温下可以近似看做是刚性球个体，但高温下原子分子自身都会形成量子高能级状态，如氢原子光谱Lamb移动的测量就是将氢气至于约2000K的高温之下。但拓扑物态的“刚性团簇”只会呈现为一个刚性的简并能级，当然温度的上升会令其失稳，分解为普通He原子。进而，在系统层次上含义就要体现在，所有“刚性团簇”子系统都会能量趋同，并形成一体化的拓扑物态——这就是拓扑物态系统会违背热力学第二定律的物理原因，这是系统层次的信息熵最大化所致。
以上拓扑简并态概念也要带来对系统能量转换的全新物理理解。下面，我再简单指出，这也将修订超导BCS理论：Cooper对不可能是由Fermi面上动量相反的两个电子所构成的，而更应体现为两个动量接近的电子，在动量空间以及超导体表面的坐标空间下，前后运动所形成的Cooper对。如此降低系统能量才具有稳定持续的效果。为此，我提出了超导的差波态物理机制：p=|p↑-p↓|构成了动量空间Fermi面上的差波量子全同态。如此差波态要理解为所有Cooper对电子相对于其质心系的能量和动量都必须严格相等，且空间位置上又都必须处在超导体表面。这样一来，超导体中的普通电子态就只存在于超导体内，而超导电子则在超导体表面并形成拓扑简并态相互量子隧穿。
如此超导电子相互量子隧穿的物理图像，来自我早年对地磁逆转也是相互隧穿的想象，但也同样因为对其微观物理机制理解不足，从而构建模型受阻。进而，高温超导材料均有准二维特性，我感觉来自某种量子隧穿共振效应。系统观体现在超导电子和普通电子态会自发达成热平衡，一个Cooper对的解体必须伴随着另一个Cooper对无能量差别地生成——超导电子态可以降低系统能量，又维持了系统的熵值，这才是维持超导环流永不停息，并挤出体内磁场呈现出Meissner效应的物理原因。这也说明超导的本质为自组织结构，只是因为这是能量保守系统而非耗散系统，才不会具有远离平衡的特征。限于篇幅，我不在此详细说明我的想象了，但在下一节给出两级演化态概念时，我还要做些进一步的类比分析。
最后，在结束本节的内容时，我还要再说明一点，以上三种自组织状态，协同隧穿态，量子纠缠态和拓扑简并态，当然体现了我是从演化平台由系统熵力驱动的视角来理解的。但如此理解并不意味着如此自组织状态就一定与我们人体一样，要构成与环境温度并不一样的独立温度体系。我对自组织的理解只是由等能熵极大化驱动的，而并非要有自身能量耗散和外部能量输入来维持。只有在不断有外部能量补充或自发生成能量的远离平衡态系统，这也是耗散系统的概念，才可能具有偏离环境的温度，如生命体或恒星。即便是由等能熵极大化驱动的自组织物质状态，它依然要与环境有热接触而具有相同的温度，至多比热会有所不同，这已体现为前述超流和超导特性。
5. 生命系统的两极演化平台——从两极哲学和经济网络平台谈起
前文已经谈到，2013年我重返物理学术研究，但为何最终并没有去申请重回学术圈呢？最重要的原因是，我感觉自己的思路或许与当今科学的学术圈格格不入，已经偏离正常的科学思维了。正常的科学思维就是寻求基于事物个体之间逻辑关联的理性思维，这首先是力图对相互关联的概念或事物构建出严格的方程描述，方程描述不行就用概率描述，再不行就认为这些事物之间没有关联，从而就形成了不确定性的概念。这在物理学中的一个具体体现，就是过去的量子力学测不准关系，被称为不确定关系了。经济学中则更早就形成了风险和不确定性两个概念，不确定性的项目是无法获得贷款的。以上不确定性对于生命现象中的遗传和变异的描述，就更明显了。
然而，反复思考汤超提出的跷跷板模型，并结合前一节论述的拓扑简并态概念，让我想到了，从物理学理解来看，生物学中应当构建出一个生命系统演化平台的概念。这已经超出了以上正常科学思想的确定性和不确定描述的范畴，演化平台体现了只有中国文化才特有的某种系统整体思维——如此整体思维在我们日常生活虽然很常见，如电视剧里某对男女之间可能会为一桩明面上的小事发无名火，但起因是与这件小事无关的另一心中积累的矛盾冲突。然而，如此艺术表达是与科学思维相悖的，科学分析必须排除其它因素，只能把因果关系构建在特定的具有严格科学定义的概念之间。为此，系统整体思维难以精确化，这与可精确化和定量化的科学思维是背道而驰的。
但这些年来我的分析表明，整体思维和科学思维这两者的矛盾或许可以调和，但需要构建出对以上演化平台概念的全新理解。前文已经谈到，电脑信息科学领域已有如此平台概念，但在生命科学至少在分子生物学中，却并无此平台概念。如果从另一个角度来理解，若我们把自然界的所有规律都认定是构建在演化平台上的系统规律，那么，现有物理科学的方程描述和概率描述，或许就只是系统在能量主导和熵值主导下的两个极端特例。这样一来，演化平台上的系统规律就体现了系统能量和熵值在不同时空下的投影。为此，对能量和熵值“势均力敌”的系统，或许就要用离散时间下的细胞自动机来描述，这也是跷跷板模型的精确化。这样一来，西方的科学观和中国的整体思维观就可融为一体。
为此，本节我要用特别的书写方式，把我的思路形成过程表达出来。从1990年代后期到2013年，我一度脱离物理学术圈而力图用物理学的复杂网络来分析经济系统，并提出经济系统兼有无标度网络和中心星形网络两大特性，而如此思考又来自我的两极哲学观。因此，在本节的第一和第二部分，我要现分析论证我的哲学和经济学思考，并给出经济系统的演化来自基于契约的能量驱动和非契约的熵力驱动之观念，从而提出了描述经济系统的两极演化平台概念。正是在经济学思考的基础上，让我构建了对生命演化的全新理解，从而本小节的第三部分就要进而论述，我将文小刚的拓扑序和汤超的跷跷板概念“合二而一”，从而形成了生命系统之两级演化平台。
5.1 方程描述、不确定性和当今的AI时代——从规律认知视角和惯性思维谈起
现今科学的思想体系是基于寻求个体之间联系来寻求物质运动规律，而我上述的系统演化平台概念，则是从系统的总能量和熵值特性出发来做整体分析，而并非基于个体联系。这就要涉及到我们对规律认识的视角问题。杨振宁先生曾谈到，他在中国接受的大学教育学会了演绎法，在美国则学会的归纳法。从一般到个别的演绎法思维有利于讲述知识，但从个别到一般的归纳法显然更有利于总结规律。然而，我在本文所提出的观测范式分析框架，更体现为这属于演绎推理，并对现有的科学思想体系也提出了质疑——认为推动宇宙万物演化的，实际上体现为某种判据模式而并非方程模式。这里暂不深入分析这个问题。下面，我只谈对现有科学体系的质疑。
先从我的孩时时代，人人都要学习毛主席著作谈起。《老三篇》是当时我们幼年就会背诵的，《人的正确思想是从哪里来的？》到了小学高年级也开始学习了。文中谈到了“人的正确思想，只能从社会实践中来，只能从社会的生产斗争、阶级斗争和科学实验这三项实践中来”。这当然非常有道理。然而，我家父母当年有一个同事常到我家来，我奶奶一开始对他还很客气，但后来听说他是离婚人士，立即就觉得此人不善：我们一家怎么能与这样的离了婚的人交朋友呢？以后他再来我家奶奶就再也不理他了。这令我孩时就开始思考，奶奶的如此思想是否正确？如果正确思想只能从社会实践中来，“离婚的人就不善”这个观点，显然并未通过实验检验更不可能是正确的，只是来自奶奶从上一辈受到的道德观念束缚，我称之为惯性思维。
人类社会流传下来的惯性思维，哪些是正确的哪些又是错误的呢？进而，人的惯性思维又是如何形成的，并代代相传而被后人接受的呢？人的思想追随往往朝着经济发达富裕的地方看齐，这在某个历史时期一定有其道理，但不断流传演化下去就可能演变成荒唐的观念了。例如，德国社会学者马克斯·韦伯1905年撰写的《新教伦理与资本主义精神》，所谓新教伦理实际上只是经济学意义下的伦理，认为基督教新教一方面强调消费的节制，另一方面则推崇自愿劳动的重要性，这种精神会有利于经济发展。那么，按照如此惯性思维，似乎全人类都要自发地去信仰基督教的新教，才能带来社会经济的繁荣。人类社会后来的发展显然并非如此。日本，亚洲四小龙，尤其是中国经济的腾飞，完全否定了经济发展与宗教伦理之间有什么必然联系。
为此，对事物正确与否的判断并无客观标准，只能依赖于某个观点在形成的那个时代是否得到了普遍认同。观点能否能得普遍认同，又取决于来自希腊文明所创建的，基于理性的科学精神的分析和论证。科学精神并非是以人云亦云的惯性思维为基础，而是更注重知识本身的确定性，而并非实用性和功利性，要通过事物演化内在的逻辑推演来辨明是非。科学精神得到普遍认同的标志性事件，就是Newton在17世纪创建经典物理学的成功，如此成功不仅扩散到化学生物学等自然科学领域，如今人们也称除了哲学和法学以外，研究社会问题的学问亦被称为社会科学，如经济学和政治学。科学思维取代了并不科学的惯性思维。但我在本文要提出的一个新问题是，如今的科学思维是否也成了某种另类的惯性思维，同样也束缚了人类社会的进步呢？
这个问题就是我本小节要分析论证的重点。为此，我下面要进而在科学思维的大框架下，先提出一个方程描述的概念。这体现了人们首先是力图用确定论来描述科学规律，若确定论描述不成功，就改用概率论来描述，概率论还不行，就要形成不确定性的概念，而无法做科学描述了。方程描述和不确定性描述，形成了科学分析论证的两个极端，这在物理学中显得最为明显。经典的Newton力学就可用确定性的运动方程来描述的，到了热力学系统的微观解释就不得不用概率论来描述了，尽管当时人们还没有清晰的物质是由分子和原子构成的概念。接下来，对于原子的量子力学波函数描述除了概率论以外，人们还不得不引入测不准关系，如今人们更将是其表述为不确定性关系——不确定性这个概念的生成，就体现了科学描述的盲区。
从确定论，到概率论再到不确定性描述，也体现在生物学中。从19世纪Mendel开始研究遗传学，人们就创建了隐性和显性基因的概念，基因决定了生物学性状似乎就是确定性的。然而，一娘生九子，九子各不同，能说这全是基因决定的吗？这或许体现了遗传过程还会产生基因突变，以及人的行为还要受到后天环境的影响，这就要用概率论来描述了。基因突变完全没有方向性只有概率随机性，似乎完美地解释了Darwin的进化论。然而，我过去并未关注生物学之前，似乎还并未认识到生物学中有什么不确定性的概念。但现有生物学中的非编码DNA，并被谑称为“垃圾DNA”的概念，认为过去曾起过作用，但后来被生物进化所取代，这就隐含了很大的不确定性因素。
跷跷板模型给我带来的，也是不确定震撼：两种诱导力的跷跷板，是否也体现了细胞命运改变之演化方向的不确定性？我之所以如此重视不确定性这个概念，除了我早年的地磁逆转模型就包含了强烈的不确定性含义之外，还源于我在2008年金融危机以后，对经济系统演化的关注。若不是汤超提出跷跷板模型让我重新关注物理学，我原本一直力图从复杂网络出发，来研究金融系统为何会崩溃的问题。事实上，不确定性概念在经济系统中的重视程度，也要远高于物理学和生物学。一个简单的例子，就是如房地产开发商在购买土地阶段容易获得银行贷款，后期购房者已交订金后也容易获得贷款。但在中间阶段的风险不可评估就属于不确定性，只能通过风投机构贷款。经济学早已把风险和不确定性概念实用化。
以上确定论，概率论和不确定性描述，要影响到对现有的科学体系的认知：这就要体现为方程思维的可用和不可用的界限，同时也要体现为科学描述的可检验性和不可检验性的界限。所有的可用确定性方程来描述的，无论是确定论的方程还是概率论的结论，都是可以用严格实验来验证的，这不用多谈。但如果认定事物之间的关联是具有不确定性的，这也能被认为是规律吗？就此还要形成任何实验的可检验性概念，就不太合适了：实验证明两个概念不相关或并无因果联系，这作为一条科学论证的结论，当然不能说完全没有意义，但至少意义很有限。不确定性的存在实际上只能被看做是科学描述的某种盲区，这通常也并不会带来任何坏处。然而，到了如今的AI时代，套用一个当今的流行语——“就问题来了”。
在大数据分析的基础上，任何不确定性描述很可能就会与确定论，概率论含义下的方程描述，笼统地混为一谈了。事实上，人们的许多决策都要来自大数据的分析，这些大数据本身就并无确定性和不确定性的区分，过分依赖大数据很可能就会带来无法预判的后果。如今AI研发实际上存在两个方向。一是综合方向，如AI机器人可以扫地洗碗但目前手脚还不利索，以后定会有改进。综合方向也体现为文学创作，Deepseek作诗的水平应超过99%的人。但这依然只是体现了工具性，是人类器官的延长。另一个方向则是让AI通过大数据来代替人做决策，这就是把AI当“领导”了，而需十分谨慎。一个公司做财务规划依赖于AI做分析还问题不大。但如果人类若认为自身的人脑不好使了，必须由AI来指挥人类社会未来的行为决策，这会带来什么问题？
人们社会的一切未来都交由AI来处理，甚至一个国家的总统都不需要了，未来AI当美国总统肯定比任何人的决策都要强——持这个观点的人不在少数。如YouTube大V，前央视主持人王志安在讲述这个观点时，后面的评论留言多为赞同。为此，历史发展到了今天这个时代，我又想起了孩提时代我奶奶的惯性思维观。我奶奶当年的“离婚的人就不善”这个观点，当然具有那个时代的局限性。如今的人类社会进步了，即便如今印度还存在包办婚姻离婚率也极低，但对离婚者的歧视也基本不再。然而，如果在我奶奶年轻的时代就有了大数据，那么，对离婚者的歧视是否就永远也不可能纠正过来？细思极恐。这说明了AI大数据分析可能会让人类重回惯性思维时代，AI可能会“绑架”人类的思想灵魂不再进步，这将是一个严峻的问题。
如果说从确定论，到概率论再到不确定性描述的科学观，对人类社会发展至今起到了积极进步作用的话，那么，固守科学思维观，即人类继续沿着科学思维下的惯性前行的话，未来的人类则可能会被“绑架”在这条科学路上一路走到黑——这就要涉及到思路的范式问题。早年Ptolemaeus构建出来的地心说，后来随着其本轮和均轮的数量，要随着天文观测的新发现不断增加而难以为继了，才不得不诞生了Copernicus的日心说。这是人类科学史上的一次重大的范式转移。从此以后，人们不再把理论学说看做只有逻辑推演的思辨，而是要以实际观测验证，来检验科学观。然而，科学发展到了今天，不确定性描述的范围已越来越扩大，人们已有的科学思维似乎已经无法涵盖不确定性事物关联的疯狂增长，科学思想是否也要再来一次范式转移呢？
5.2 李约瑟难题、两极哲学观和经济系统的复杂网络平台
重新审视人类的科学思想，要从李约瑟难题谈起。直到16世纪以前，中国的科技和经济水平还超过同期的西方世界，但为何后来为何却被西方反超？究其本质，该李约瑟难题的提出，实际上体现了新旧两种科学研究范式。中国古代谈不上构建出了任何科学理论，只有以经验为基础而渐进发展的技术。但西方社会却在文艺复兴之后产生了以实验为基础的科学创新思维。对于李约瑟难题，人们往往基于人类的思想为何会存在先进或落后，或者对应的技术进步经济发展水平来理解，但我是通过中国和西方的经济系统会自发形成两极化的演化方向，从而形成了科学精神和儒家伦理的两级哲学来解释的。进而，以此为基础，我还要提出经济系统演化要基于复杂网络平台。
两极哲学观最初来自1980年代我大学毕业后，在湖南大学当助教期间的思考。当年我就住在近邻的湖南师大父母家里。1985年学校要让母亲张国珍开设《西方哲学思想评介》这门课程。课程的内容是先简单介绍一下某一流派的西方哲学思想，然后再用马克思主义观点对这些西方思想加以批判。我们家的书架上就从那时开始，大量购入了各种西方哲学家的原著，我闲时则常拿这些书籍来翻阅。我当时感觉很奇怪的是，人类历史上这些形形色色的不同思想，是怎么来的？如果说溯本求源，一切思想都要来自生产斗争、阶级斗争和科学实验这三大社会实践，这是不是也要体现出，全世界各地人们所从事的社会实践，也会有本质的不同？
最让我感到不解的，是为何古希腊时期产生了远高于其人口数目比例的哲学家和思想家？所有西方哲学家后来的思想，都是以希腊时期这些先贤的思想为源头。而中国哲学的形成却又与古希腊完全无关，这似乎体现了农业生产方式的不同。任何文明的早期因信息交通落后，都会与外界相对隔绝，这块土地上的人们都要在没有贸易来往的情况下存活下来，这就只可能依赖两类农产品：一是谷物产品，也包括葡萄等风干后易保存的食品。其它蔬菜水果难以过冬储存，是不能作为主要经济作物的，除非在热带地区一年四季都可生长蔬果。二是畜牧产品，肉类虽比谷物要难以储存，但毕竟可随时屠宰也能保障人的生存，而牲口自身却可食用人类不能作为食材的干草过冬。为此，整个世界早期人类的农业经济，通常就只存在谷物模式和畜牧模式这两大类。
但古希腊很特殊，除了其八成土地为山地以外，更奇特的是其地中海气候特点：夏季少雨但冬季却多雨。所以，希腊并不适合生长谷物，这需要阳光和雨量都很充沛。但气候条件却更适宜种植葡萄和橄榄。为此，后两者尤其是更易储存的橄榄油，就成了希腊民众的主要农产品，用以交换产量不足的谷物。所以，世界各国古代早期农业若按文化来划分，则会存在谷物文化和橄榄文化两极：前者最不依赖贸易，后者却极其依赖贸易。其他文化包括畜牧文化则居中。这样一来，世界文化思想的多样化，或许就来自以上文化两极下的各种叠加，综合和演变。但究其本质，则来自早期人类农业模式的两极化。这说明人类思想的形成，无论是科学的还是伦理的，都来自其赖以生存的土壤：农产品的生产和销售模式催生了人类早期的哲学和思想观念。
进而，与希腊地中海地区截然不同的中国，印度和东南亚这些环太平洋流域的国家，因气候温和雨量充沛，从而非常适合种植谷物。这些国家就均处于谷物文化这一极，其鲜明特色就体现为中国的威权文化以及印度的宗教文化。我就不对此展开论证了，只想说明古代中国农业需要强化国家威权：土地产权要划分到每个家庭才最有效率，而产权地契需官府来严格界定。进而，为抵御自然灾害需国家动员集体力量兴修水利，为防范周边游牧民族掠夺还须修建长城等。但谷物文化这一极还形成了截然相反的印度文化，弱化了国家概念却强调宗教思想，种姓制度让人们更能认命于苦难，生产效率更低下，更贫困的社会，就会自发形成如此宗教种姓模式。印度的梵我如一看似与中国的天人合一类似，但中国哲学里的关注点是现世修炼仍追求天理，而印度哲学的关注点是来世和解脱，要放弃人对尘世的眷恋。
两极哲学观还体现了系统演化既有分岔也有归并。就分岔而言，若把谷物文化和橄榄文化看做从猎狩采集社会进入到农业社会后第一级分岔的结果，那么如前所述，谷物文化还进一步分岔成了中国和印度哲学的两极。这符合易经的描述：“易有太极，始生两仪，两仪生四象，四象生八卦”。西方文化也同样如此。西方宗教源头的一神教亚伯拉罕诸教，先是分岔出了基督教和犹太教，随后又产生了伊斯兰教，进而还形成了各种宗教流派。每一次分岔都起因于某种哲学思想观点的尖锐对立不可调和，从而形成对立的两极，此乃我所总结的两级哲学观。进而，如此两极哲学观还有归并性的一面：中国早期谷物文化尚有诸子百家，但后期就独尊儒术了。橄榄文化在古希腊时期也有各种神话和思辨的多样性，如今则归并为基于理性和逻辑的科学思维。
对应于以上两极哲学的分岔和归并性，若用物理学来类比分析，就要体现出人类的经济社会也演变成了两极社会。前文已谈及，经济社会可用复杂网络来描述，节点之间的交易体现了相互作用能V为正能量的，即不同节点之间的连边作为经济交换，让双方合意为正值。这说明任何自发形成的经济交易，都会给交易的双方带来福祉。用数学语言来描述的话，如此正能量的复杂网络系统之演化，其最初都具有随机图不断增加连边的扩展特征。早期演化由于并无规模报酬递增效应，从而会不断形成连边的分岔性。但在系统能量增大，规模报酬递增效应开始显现之后就会复杂化，就会形成橄榄文化和谷物文化的两种不同复杂网络平台。
对于任何经济系统，没有剩余就没有交易。所以，人类早期经济社会都是呈现为孤立系统，最先构建的这是随机网络体现人们的零星交易，而并不能通过交易来谋生。如此早期社会的随机网络特性，可用复杂网络的小世界网络来描述。其交易只能形成无规模报酬递增效应的，可用随机图的来描述的Poisson分布。随后，橄榄文化会趋于自由市场制度，即前文已经谈到的Albert-Barabási无标度网络。后者谷物文化则会导致皇权专制的威权社会，形成只有一个中心点的星形网络，前文谈到的Prigogine分析的懒蚂蚁模型作为对蚂蚁世界的描述也属于星形网络，蜜蜂世界也是如此。
以上两类对人类早期经济系统之网络平台描述，也非常类似于Internet互联网的发展。早期互联网Web1.0时代，世界各国都经历了从接入为王到内容为王的时代，但发展至今，就有了去中心化和保持中心化的两大趋势：当今存储庞大交易资料互联网的区块链概念就必须去中心化，而AI时代所构建的大数据模型则又需要中心化不能与世界不断扩展的数据脱钩——去中心化和确保中心化，导致了两类功能不同的平台结构。在这两类平台结构下，也会形成不同的经济规则。对于如此复杂网络平台的分析我曾有不少思考，但无法在此详述了。下面，我先对李约瑟难题给出两点特殊的解读，以回答李约瑟难题。然后再进而分析经济网络平台问题。
第一，要从前述路径依赖来认识西方科学思想形成的源头，其经济基础就是古希腊的橄榄文化。古希腊之所以出了大量哲学家和思想家，这并非源于古希腊人的智商更高，而是来自橄榄文化的交易特性。人类社会发展到今天，社会化分工越来越细，从前述橄榄文化的橄榄油开始，到Adam Smith《国富论》里描述的扣针工厂，再到世界上如今约有108-109个商品种类，人们的生存实际上是越来越依赖于交易：这正体现了当今的经济社会对橄榄文化交易特性的继承。为此，欲达成交易，人们就要建构出交易双方平等的关系，公平的法治，在此基础上还进而会形成以理服人的，基于理性和逻辑的科学精神。西方世界科学精神不断得以强化，是有其经济关联不断增多的物质基础的。这体现在网络平台的结构改变，就是从随机网络演化成了无标度网络。
第二，谷物文化与橄榄文化则恰恰相反。对于中国社会而言，自给自足的小农经济对贸易的依赖性极低。但随着人口越来越多，人多地少的矛盾则愈发突出。如此地主经济也会随之形成规模报酬递增效应，但这并非交易增长之商业后果，而是体现在越有钱的地主，就越容易攒钱购地而更为富有，而越贫穷就越无法抵御灾害风险，发生意外就要通过售地来求生。如此地主经济就无法催生出以交易为基础的科学精神，而只会形成要让财富分配更合理的儒家伦理。儒家伦理最重要的经济体现，就是要构建出税收和地租更合理的模式：中国民间发展演化出来的土地租赁模式，要远比欧美的地租模式丰富得多。税收制度从明朝的一条鞭法到清朝的摊丁入亩也逐渐合理，但这需要加强皇权专制。这也体现为一夫一妻多妾制的婚姻制度，以及诸子均分的遗产继承制度，等等。其相应的网络平台则是以皇权为中心的星形网络结构。
为此，按照我的理解，李约瑟难题所体现的实际上是两类经济系统演化导致的不同网络平台。从两类网络模平台的演化后果来看，无标度网络和星形网络平台都难以长期保持稳定。中国早期农业农业的星形网络平台，其寿命一般不超过300年就要崩溃一次。无标度网络下的西方经济，自大航海以后直到上个世纪初的一战前夕，其早期似乎是稳定发展的，但社会经济矛盾在一战前夕就开始爆发，然后是1929-33年大萧条直到第二次世界大战。2008年全球金融危机则进而体现了，两类网络平台都会因规模报酬递增效应导致的财富的不均匀分布，而令系统失稳。物理学家研究经济问题所主要关心的，如前述Yakovenko模型也是财富分布问题。社会的稳定性取决于社会财富分布的均匀性，这也要体现在网络平台结构的稳定性。
随着1980年代全球化的推进以及前苏联东欧的解体，世界经济似乎是沿着无标度网络和星形网络两个平台合并的方向发展。十几年前，我正是力图从这个角度出发，用复杂网络来研究经济问题。当今各国经济系统都体现为两种力量的驱动，一是商品生产和销售经济个体之间的交换，这体现了财富增长来自契约化的能量驱动。这已从早年Smith描述的局域产销范围的扣针工厂，扩展到了全球化。第二条则体现在世界各国通行的累计税制度以增强公共福祉。这当然不完全体现为再分配，前述谷物文化里兴修水利和长城，如今的减排碳税阻止全球变暖等系统集体行为也包括在内。如此公权力行为尽管在当今也被人们称为社会契约，但这并非经济个体之间的自愿契约。我称这属于人人必须强制遵守的，非契约化熵力驱动行为。
复杂网络平台的特点就是一定会存在规模报酬递增效应，无论是能量驱动下的自由市场经济导致了无标度网络分布，还是熵力驱动的皇权专制经济的星形网络，都会因为某种系统自发演化而导致财富分布的不均匀。不均匀化的系统依然可能是稳定的，这就要体现在金融资本对系统稳定中所起的作用。我曾一度认为，金融资本犹如生命系统的“血液”流动会带来活力总是会趋于稳定的，这来自我早年阅读茅于轼先生提出的择优分配原理：一个简例就是生产队购买一批化肥，施肥到N块土地，有良田也有差田，其粮食产量P与施肥量x有函数关系Pi(x)，其中i=1，2，...，N。最佳的施肥方案应是所有导数dPi(x)/dx都相等的点。这体现在投资行为上就是产投率相等，在物理上的对应则为，各个子系统的温度T=dE/dS相同，这体现了自组织行为。
以上物理温度的概念也可引入到复杂网络平台。网络的每个节点的平均连边数，这也称网络的度，相比于节点总数是小量的话，就属于稀疏网络。我的分析是，择优分配原理在稀疏网络平台会自发满足，网络平台各处的温度会趋于相同，从而系统是稳定的，这来自系统自组织演化的后果。对于稳定系统，政府的非契约化熵力驱动，即税收调节是有益的，可以带来整个社会合意程度的增加，这也体现为系统各处温度相同而呈热平衡态。但是，金融资本的不断扩张，各种投资组合产品的出现，人们的投资被不切实际的非理性预期所左右——非实时交换的预期契约会给经济系统带来了不稳定性。由此，整个网络平台各处温度的平衡被打破而可能令系统崩溃。
我正是是从以上视角来分析论证经济系统演化的，这是用复杂网络平台来研究经济系统。这样一来，经济学的意义就不是分析均衡问题，或者各方都在自发谋求自身利益最大化问题，而是论证系统的稳定性问题——这要令经济网络平台各处的温度尽量均等。我个人的观点的是，经济行为作为经济个体自身的利益最大化选择，经济学家是无法提出任何指导意见的，这是人生导师做的事情。经济学只能做整体系统分析，但以上经济系统的复杂网络平台分析，我就只能简略谈这些了。但在2013年看到汤超的跷跷板模型我重新关注物理学和生物学之后，以上来自经济学的思考依然推进了我对生物学的思考，从而把两极演化平台的概念从经济系统推广到了生命系统。这也是我这里要花很大笔墨做以上经济学描述的目的。
5.3 生命系统的两极演化平台与自组织
正是有了以上对经济系统网络平台的思考，跷跷板模型让我重新审视了以往对生命过程已构建的循环路径和分岔路径，并由此构建了两极演化平台的概念。这体现了循环路径和分岔路径均具有自组织含义，这是如何形成并维持的？下面，我就要首先分析生命演化的自组织特性，然后我要再分析其物理学原因。这要构建出在坐标空间和动量空间下，分别对应的能量主导和熵力主导下的系统演化概念，并进而生成两级演化平台概念，这来自拓扑简并态和多潜能性状态的“合二而一”。进而，这当中两极的含义体现了在系统的能量和熵力“势均力敌”情况下用细胞自动机来描述系统演化的合理性——这对我们理解物理规律的本质，是很有意义的。
A 再谈对细胞功能的循环路径和分岔路径的自组织理解
对循环路径的自组织理解，要体现为演化参量在p>0和p<0之间做摇摆过程，而体现了生命演化的不可逆性。对于蛋白质或胰岛素的折叠，我前文是用缩放机制来描述的，说明了每个折叠状态都体现了等概率的熵值最大化。这就并未包含不可逆性的含义，而具有某种概率随机性，也不具有自组织含义。进而，就分岔路径上细胞分化过程的每一条子路径而言，这也要体现出不可逆性的生化反应，如DNA双股螺旋被拆解需要解旋酶，复制出子代链又要通过聚合酶，如此分岔子路径描述也属于DNA→RNA→蛋白质的标准流程，从而也体现了循环路径的自组织含义。为此，我所指的循环路径的自组织，也可认为就是生命体生化反应周期的各类标准流程的体现。
人体的细胞平均寿命为2.5年，生成某个蛋白酶可能只需1微秒，这些不同时间周期的不可逆演化过程，都应看做是有化学反应参与的循环路径下的自组织行为。由此出发，就要重新理解分子生物学对DNA基因的损伤和修复的常规描述。通常人们会把生命体看做是一部制造生物分子的机器，细胞会定期死亡，DNA也会因细胞内部代谢活动或外部环境因素造成造成损伤，而需要修复。若从循环路径下来理解，这体现了在特定温度的演化参量p=0的边际状态附近，系统处在p<0负量状态时会趋于热无序熵极大化放热，而令系统演化到p>0的正量状态并趋于有序熵极大化，如此能量和熵值的驱动就令损伤的基因会自动得到修复，也意味着这体现了新陈代谢的自组织过程。
所以，基因的损伤和修复就并非机器运转“失灵”问题，这也体现了生化反应周期的标准流程，仍属于演化平台下两类熵值极大化交替呈现的自组织过程。进而，循环路径还会呈现出以下几个特殊的过程。一是脑细胞的记忆过程，这可能就是以上循环路径被“卡死”在p>0或p<0的状态，但这依然是具有活力的状态，脑细胞并未死亡。为此，双稳态电路既可以表达0和1，脑细胞的记忆状态可能也来自同样的原理。二是对细胞死亡的通常理解，所谓损伤太大无法自发修复了，实际上所体现的就是跷跷板的以上不可逆过程循环摇摆不动了，犹如铁磁体止步于磁畴结构。三是某种基因的突变导致循环路径无法“刹车”控制，这也体现为自组织过程的失灵。
其次，对分岔路径若用分子生物学的专业术语来理解，要涉及细胞的分裂和分化，各种调控因子，分化因子和干性因子，以及基因的高表达低表达等术语。这些术语就并不体现为以上循环路径。事实上，分岔路径所具有的地球生命是如何演化而成的这层含义，前文已经谈到。我下面还要进而说明的是，若不能用循环路径描述的生命过程，都应理解为分岔路径——这主要体现在，从分子生物学和生化反应角度来看，具有整体含义的细胞分裂和分化之协调过程是无法理解的，即这并不是针对某个DNA基因组个体的，而必须体现为生命系统的整体性，这也可以理解为生命演化过程的自组织行为。下面，我要从三方面，细胞内部，跨细胞和生命群体模式来论证这一点。
第一，前文第四节已经谈到，超流和超导都属于在特定温度下相变的产物：在温度跨越了某个相变点之后，两类熵值极大化要调整普通流体和超流体，以及普通电子和超导电子的比例，这在物理学一直被当做相变来理解。但这涉及到系统分岔成两类子系统了，我认为也可被看做是自组织行为，因为超流体或超导电子要自发维持一定的数量比例。为此，若把超流和超导体比作一个细胞，这显然与细胞的分裂和分化模式具有可比性。每个细胞分化的过程是如何调控的？这就体现为细胞内部层次以及整体数量分布的自组织行为了。从物理理解来看，这来自不同物质层次的熵力驱动——如此熵力驱动在细胞内部层面，就不应是其DNA基因完全决定的，而是应体现为细胞内部还存在各种调控因子，分化因子等控制着基因的表达。
各种调控因子，分化因子对基因表达的控制，如此分子生物学描述对应着怎样的自组织的物理图像？这要体现为分岔路径的量子隧穿协同，而并非循环路径的生化反应。事实上，生命体最基础的胚胎干细胞最终会分化成各种功能细胞，诸如脑细胞或干细胞的整个过程，每一步的调控因子和分化因子都可能不一样。跷跷板模型已经体现出，若两种调控因子都存在，或因为其他微环境的作用，干细胞就会处在某种多潜能性状态。我对此的物理理解就体现为，若有两个或多个基因组要同时表达，DNA就形成了能量更高的相互量子隧穿的拓扑简并状态(后文还要分析)，系统演化因而“卡死”在p=0演化平台，导致细胞命运呈潜能状态。只有确定一种调控因子起作用后，才会令基因得以表达因而跷跷板倾斜，才会引导细胞分化到特定的分岔路径。
干细胞分裂和分化示意图，来自维基百科。 A：干细胞; B：祖细胞; C：分化细胞; 1：对称干细胞分裂; 2：不对称干细胞分裂; 3：祖细胞分裂; 4：最终分化
第二，分岔路径还要体现在，以上量子隧穿协同还具有跨细胞特性，这又要体现出两层含义。首先，这要体现为细胞的分化显然不可能是单个随机的，而必须是严格近邻有序的，且有严格的数量控制，这特别体现在胚胎干细胞的分裂和分化上。如此非随机化的演化行为，其自组织的含义就很明确了，这要体现在近邻有序性：细胞分裂为同类细胞后，必须近邻排列在一起。如所有脑细胞近邻放在一起，所有肝脏细胞也近邻放在一起。如果每个细胞完全随机地分裂和分化，不同细胞杂乱地“堆砌”在一起，怎么可能发育成为生命整体？这个过程与蛋白质折叠的随机性是截然不同的。另外，所有细胞数量也要有控制，不可能某一类细胞数量很多，生命体的每类细胞数目都有严格的比例，所有数目控制也必须严格同步。
第三，跨细胞特性的以上集体同步的特性显然并不是特指生命的干细胞特征，而是要体现出所有细胞。这甚至还并非只是指同一生命体中的不同细胞，而是还有可能指横跨了不同生命体的细胞。为此，对于生物学家现有的非编码DNA或垃圾DNA理解，我很不以为然。不能认为某一段基因组找不到某个性状的对应就认为它是“垃圾”，这很有可能体现了跨细胞的某种基于量子隧穿的“共振”，这不仅保障了生命体内不同细胞的相处和谐，更是生物群体行为一致性的保障——这就要体现出生物群体层次上的自组织行为了。我的以上想法来自耗散结构的创始人Prigogine教授于1986年在北师大做的一个通俗的生物学报告。我一直没找到其原始文献出处，只能简介如下。
该报告说的是蚂蚁群体要划分为两类：一类是勤蚂蚁，它们会不断把食物搬运到蚁穴。另一类则为懒蚂蚁，它们啥活也不干，只是到处乱窜表现得东张西望。懒蚂蚁有什么用？这令生物学家感到好奇。为此，他们把所有懒蚂蚁都从该蚁穴中移走，但奇迹出现了：原来的勤蚂蚁群体中，居然立即就有一部分也自动转化成了懒蚂蚁，也表现为到处乱窜且东张西望。为此，这才让群体生物学研究人员恍然大悟：蚂蚁群体是必须要同时存在勤蚂蚁和懒蚂蚁两类的。前者负责搬运到已发现的食物到蚁穴，而后者乱窜则是为了不断寻找新的食物源。这的确是一个很好的例子，说明系统会自发形成自组织结构，但这无法用一个简单的物理模型来描述和理解。
以上例子可简单说明组织和自组织行为的差别。如果把所有懒蚂蚁都从该蚁穴中移走后，蚂蚁群体召开了一个“会议”，“领导”安排分工让不同蚂蚁干不同的事情。这属于组织行为。但是，从蚂蚁群体的快速反应来看，这并非每个蚂蚁听从工作安排的组织行为，而是每个蚂蚁基因中就存在的编码所指向的集体行为。为此，我个人认为，非编码DNA或垃圾DNA的理解是不对的。不同蚂蚁的DNA之间理应也会存在某种默契的配合，这是否要与量子多体的有序熵联系起来：要体现为某种不同生物个体之间的量子纠缠？这就属于更大胆的想象了。
B 演化平台概念的构建：拓扑简并态和多潜能性状态的“合二而一”
循环路径的演化参量来自正量-边际相变和边际-负量相变的“合二而一”。进而，下面就要给出基于分岔路径的演化平台概念，这来自拓扑简并态和多潜能性状态的“合二而一”，从而要体现系统会自发构建出远离平衡的自组织。这体现了演化平台的意义所在——这也是我在本文中，最想要表达的核心思想。如果说当今物理学要有什么革命性思想的话，如此基于能量和熵值的系统演化会形成特定温度下自组织的演化平台，可能就是一个突破性的想法。为此，现有物理学仅仅基于相互作用的分析方法就是错误的，因为没有考虑到系统熵力的有序熵形式。演化平台概念来自以下3个思考出发点。下面，我先从动量空间这个概念谈起。
先谈我的第一点思考。我感觉动量空间一直被当做是虚拟的概念可能并不正确，因为在我们实空间不妨也被称为坐标空间，其有序性往往对应为动量空间的无序性，反之亦然。典型的例子就是晶体结构在坐标空间下体现了有序性，但Einstein当年用唯一频率的振动来计算固体的比热就差距很大，而Debye模型将原子振动模式当做动量空间下类似黑体辐射的无序振动来处理就很成功。相反，无论是实物粒子的Fermi统计还是Bose统计，在坐标空间下的物理图像都是完全无序的，但动量空间下的Fermi球的概念，显然就体现了某种有序性。1996年实验发现的Bose-Einstein凝聚，粒子特性在坐标空间下仍是无序的，动量空间下为零的凝聚则呈现了有序性。
为此，我认为坐标空间体现了系统的局域相互作用能量性，而动量空间体现了系统整体的熵力特性。两者的有序性和无序性是互补的。原本基于系统的总动能T和相互作用能V而构成的演化参量p=ln|T/V|概念，都只体现了能量的含义，若进而再从以上坐标空间和动量空间的互补性来考虑，也要体现为p>0的系统演化由动量空间的熵力主导，更体现了系统整体特性，而p<0的系统演化由坐标空间的能量主导，则仅有某种短程相互作用力的局域特性。
早年学习重整化群理论，在做相变的临界指数计算时，统计物理教科书里给出的简单Kadanoff归并习题都来自实空间，重整化群的计算结果并不准确。但研究论文里通常基于Fourier变换后动量空间下的重整化群计算，就会更逼近于配分函数的数值结果。我感觉这也体现了某种本质的物理基础含义——能做Fourier变换到动量空间的例证，往往更接近p=0边际状态下的系统整体特性，从而要对应着更为准确的物理相变点。这也体现了铁磁性的两类模型，Heisenberg模型和巡游电子模型体现了两个极端，前者未考虑磁矩个体动能而后者动能太大，都与边际概念有偏离。
我的第二点思考则来自学习耗散结构理论和协同学的体会。Prigogine创建耗散结构理论的思想基础，实际上来自他早在1945年提出的最小熵产生定理，这是基于任何化学反应都满足线性系统下的Onsager倒易关系，从而得出线性系统会自发演化到熵产生达到最小值的定常态，从而仅有线性偏离的系统就不会形成远离平衡的稳定。这样一来，任何远离平衡的自组织，就必然要基于非线性力能量补充下的耗散结构。而协同学对激光的分析我前文已经谈得很多了，Haken实际上是借用了Landau的序参量的概念，对激光系统引入了多个序参量，最后得出的结论是Slaving Principle：变化慢的序参量主导系统形成了自组织稳态，而快参量则会绝热地消除。
仔细琢磨Prigogine和Haken的思路，我觉得他们的思想也具有互补性：Prigogine所思考的视角是最小熵产生，但给出的耗散结构理论所强调的，却是能量和非线性力驱动才会导致自组织。而Haken思考的视角来自Landau的序参量，这原本来自自由能展开，更多地体现了能量的含义，但激光的形成却要体现为输入能量增高后熵力的驱动。为此，这两个理论都是从能量或熵力作为外力的非直接驱动出发，论证如何实现远离平衡的自组织。这都是从外因来考虑的。从小我就熟知毛泽东在《矛盾论》里的这段语录：“外因是变化的条件，内因是变化的根据，外因通过内因而起作用”。为何不从系统自身熵值最大化的内因来考虑呢？如生命演化的形成，就应来自其自身熵值和能量的驱动下内因的自组织结构，地球转动导致的气候周期性是外因。
我的第三点思考，就来自生命演化和经济演化的比较了。人类社会自发形成的经济系统，这与在地球环境下生成的生命系统，显然具有很大的可比性。无论是人类交易系统还是地球生命演化形成的过程，两者都是从无到有而生成的自组织结构，微观上都具有不可逆性。更重要的是，我力图用复杂网络来描述经济系统时，会自发体现出自愿契约的局域能量驱动和非契约的整体熵力驱动，从而系统会在演化参量p=0的边际状态附近波动，这似乎体现了经济系统的要构建在平台之上：从人类早期的农贸市场，到批发零售的商点模式，到全球连锁的超市模式，再到如今的网购模式。如此构建在平台之上的经济系统用复杂网络来描述，其温度在不断上升——正是前文经济温度概念的引入，令我想到了与生命系统演化的可比性：生命演化也要有平台概念。
生命系统的演化与经济系统相比，差别体现在其演化对应的温度并非是逐渐上升的，而是要保持在演化参量p=0边际状态下的特定温度，尽管动物会大致体现为恒温(排卵期的妇女体温会略微上升)，而具有活力的植物之温度区间会更大。循环路径体现为系统要围绕p=0的边际状态做摇摆，这与经济系统发展演化之供需均衡的波动性是有可比性的，都要体现为局域化的能量以及系统整体的熵力驱动。为此，经济系统的平台构建于复杂网络，那么，一个大胆的类比设想就是，生命系统的演化是否也要构建于特殊的平台之上，这才能保障循环路径下演化参量跷跷板的不可逆性？这或许就体现在最核心的遗传物质DNA所展现的空间螺旋结构，还要包括其基因组对应的酶。酶的作用似乎就体现了，这是令跷跷板运作倒向何方的中心支点。
以上3点思考就带来生命系统的演化平台概念——这不仅要体现出我原有的分岔路径含义，即生命来自地球从无到有的演化过程，同时也要体现出生命从胚胎干细胞发育成长的过程。这就与演化参量概念仅包含了生化反应的含义并不一样了。犹如经济系统的网络平台，会从一开始无中生有的随机网络，演化到中国社会的星形网络和欧洲社会的无标度网络，直到当世界各国基本都要呈现为无标度网络和星形网络的混合体。演化平台概念也同样体现了演化过程的自组织行为，这要来自某种能量和熵力的共同驱动。但这并不体现为循环路径下两类相变的“合二而一”，演化平台要形成于文小刚的拓扑序概念和汤超跷跷板模型的“合二而一”：这是生命体有序演化运作的基础平台，要呈现为远离环境热平衡并具有独立温度特性的自组织结构。
接下来，我就要进而论证，我对文小刚提出的拓扑序修订成了拓扑简并态，并要构成独立温度下演化平台的基础物理图像。下面，鉴于超导环流现象与生命活力有可比性，我要暂时偏离生物学，再继续论证前文基于p=|p↑-p↓|的超导差波态来给出生命演化平台概念。我已把Cooper对修订为拓扑简并状态，除了前一节所述的是p↑和p↓要同向运动，且其基于质心系的能量都严格相等以外，还要包括差波态所处的空间位置必须在超导体的表面。这样一来，超导体内部空间结构就体现为让所有超导量子差波态相互量子隧穿的势垒——隧穿势垒就是我为超导体添加的概念，这是BCS超导理论所没有的，也是只有拓扑简并态才具有的物理特性。这一方面将能解释为何超导具有Meissner效应，另一方面也可说明为何超导现象不是在所有材料中都存在。
事实上，以上基于拓扑简并的超导理论与BCS理论的最大不同点，就是要从自组织视角来理解超导现象。这是认为构成超导特性的，是超导体表面拓扑简并的超导电子的子系统(这体现了边际概念)，以及超导体内部的量子势垒。超导电子构成的差波态若能穿越势垒而形成自组织的等能量系统，这才会呈现为超导态。Meissner效应所体现的，也是等能有序熵系统在任何能量下熵值都一样，因而系统为实现能量最小化，就会挤出超导体内部的磁场能量。若量子势垒过高无法隧穿，超导的自组织系统崩溃，系统会转化为普通电子态。这表明了是晶格模式下的量子势垒决定了超导特性。1980年代发现的铜氧化物超导以及铁基超导材料都有准二维层状特性，可能表明这与势垒的量子共振隧穿效应有关，才会具有高温超导特性。近年来发展的硫化氢则需极端高压下才能产生超导特性，则也体现为高压降低了势垒贯穿的能量。
以上描述最关键的就是对量子势垒的理解。这并非常规晶格结构下基于坐标空间的理解，而是动量空间下，或者说是坐标空间Fourier变换后的动量空间的量子势垒。所以，我才特意把超导放在这里再做分析。前述超流的Rollin薄膜效应具有明显的空间特性，盛装液氦的碗口形状会影响滴落。但超导性与材料的坐标空间形状无关，而要体现在动量空间——拓扑简并态的交换对称特性类似于Anderson描述的N-离子在NH3中的隧穿，其形成的超导电流具有动量空间的特性。把超导体内的磁场挤出以降低系统能量而形成有序熵极大化，则体现了在动量空间在超导体二维表面的投影特性。有了以上对超导体的分析，我下面又可以再聚焦到生命体的演化平台概念上来了。
以上分析给我带来的巨大启示是，经济系统构架在复杂网络平台上，就分别体现为无标度网络和星形网络，那么，物质系统包括生命系统的演化只能体现在物理空间上，其平台结构又要如何体现？熵力的呈现在三维空间下，只能体现出无序的热力学熵。仅在二维下才能体现出相互量子隧穿的有序熵。为此，任何物质系统演化中的有序熵呈现，都要构建于空间的降维特性：这在普通超导体中就体现为二维表面，高温超导材料的准二维特性，其拓扑简并态的相互量子隧穿效应就更明显——超导体的超导环流永不停息类似于生命体的生物活力，这对我们理解生命现象是有启示的。这就要进而谈到，生命体的细胞中的DNA和RNA均为准一维空间结构，这意味着什么？
这就令我想到了，DNA和RNA的准一维结构，应体现了坐标空间维度更低，从而更有利于系统熵力的驱动。所以，生命演化平台概念体现了，准一维空间结构下的量子隧穿效应，或许就是生命系统具有活力的原因。其宏观体现则是局域个体之间能量关联和整体熵力驱动形成的某种力量的均衡。这也体现为跷跷板模型中的多潜能性状态。针对其模型的“中胚层基因和外胚层基因在重编过程中的相互抑制和相互平衡的关系”，我的物理理解是，这一定对应着多个酶，或者虽是单个酶但具有多功能操控的微环境——从而该干细胞会呈现为多潜能性状态：微环境导致了DNA的多个基因段“力图”都得到表达，这就体现了前述超导电子所形成某种相互量子隧穿的拓扑简并态。
拓扑简并态也是系统整体能量更高，系统温度也更高的状态。在胚胎干细胞中，我设想各个基因段在酶的作用下相互量子隧穿就形成了拓扑简并态，从而类似于超导体表面电子的相互量子隧穿，细胞的不断分化和分裂则体现了拓扑简并的不断丧失，从而演化平台的生物细胞会不断分化，直到细胞形成只有“一个基因一个酶”的微环境。这就只存在一个基因表达，从而演变成了稳态下的单个细胞。为此，演化平台概念的形成，是结合多潜能性状态与拓扑简并态“合二而一”的产物，其演化的后果要体系出分子生物学早有的第一大基石，“一个基因一个酶”学说。但演化平台的意义，显然并不在于其最终的演化后果，而是要给出其演化过程不断走向复杂性的物理理解。
以往我们构建任何模型的目的，似乎都是要给出某种对物理机制的简单解释。但现实系统的演化过程，从宇宙万物，到生命系统再到人类经济系统，都是从简单走向复杂化的——我前述的宇宙演化来自原初角动量，这是从简单到复杂的宇宙膨胀过程。经济系统复杂网络平台也体现了人类经济交易要从简单到复杂，会演化出各类市场模式银行保险等各类机构。那么，卵细胞受精后形成的胚胎干细胞，是否也要体现为生命体演化从简单到复杂的演化过程呢？这个过程才是我们最值得关注的。所以，演化平台概念还需添加一个前缀两极，形成下面的两极演化平台之特殊含义。
C. 两极演化平台：细胞自动机、通向混沌的道路与自组织临界性
以上演化平台概念带来了两个值得思考的问题，那就是胚胎干细胞的成长发育作为生命演化平台的载体，首先要体现为这是从简单到复杂的演变过程，其次是这个过程是怎样被操控的。这两点含义都很重要。进而，宇宙的演化来自原初角动量，其内核是质子和电子的正负两极电荷，膨胀的空间就是宇宙的演化平台，并由此生成了复杂的物质世界。人类经济系统的演化来自谷物文化和橄榄文化两极，也构建了复杂网络平台下人类经济行为的复杂性。精子和卵子结合生成胚胎干细胞，这也来自其各自携带的DNA基因的两级，这既体现了单个生命体的成长发育，也体现了各类生命基因从无到有的不断进化——所有从简单走向复杂的演化路径是否都要体现为两极结构？
对于生命走向复杂化的演化路径，就不是本节前文所论述的科学描述所能展现的：从确定论到概率论的方程描述到不确定性描述，如此科学分析论证就只能构建出某个基因组片段与生命性状之间存在或不存在关联，而无法给出系统的整体演化图像。为此，对于宇宙的膨胀可通过现有天文观测外推到宇宙早期来想象，经济系统的演化则更容易通过历史文物来考证，反倒是我们对自身生命现象的理解，就可能只见树木不见森林，只是看到细胞内部层次与生物性状的关联，而忽视了可能机制很简单但一定具有确定性的整体关联。为此，这让我想到了非平衡态统计物理学的细胞自动机以及我硕士论文通向混沌道路的工作，在此基础上我进而提出了演化平台的两极概念。
在具体论证之前，我要再说明一下演化平台控制参量的含义，以及它与演化参量的联系。体现为循环路径的演化参量，是任何具有活力的生命体都存在的概念，体现了摇摆机制要服从中心法则下的不可逆过程，这通常对应人的常规体温下，“一个基因一个酶”的正常细胞生化过程，且具有普遍含义。但演化平台作为分岔路径的体现，不但承载了演化参量的循环路径，还体现了地球生命从无到有，以及每个生命体从胚胎干细胞发育成长的这两个DNA的演化路径。前者原始生命难以想象，但后者早期的胚胎干细胞的分裂和分化过程则来自环境能量驱动，这至影响到了排卵期妇女的体温会升高0.3至0.5℃。为此，温度就可作为演化平台早期的控制参量，这令我联想到了通向混沌道路问题——用细胞自动机描述两极演化平台的想法就来自于此。
谈及细胞自动机与通向混沌道路问题之前，我要先简短回顾一下非平衡态统计物理学的发展历史。前文已经谈到，耗散结构和协同学这两个非平衡态统计物理理论都是从热平衡态出发，来考虑如何借助外力来实现远离平衡的自组织的，这代表了1970年代以前人们对自组织的认知。
随后在上个世纪的1980-90年代，人们进而是从随机力出发来理解自组织的，这体现在我的硕士导师胡岗教授于1994年出版的专著《随机力与非线性系统》：胡岗教授是耗散结构理论创始人Prigogine的博士，也与协同学创始人Haken先生合作发表过大量论文。这部专著体现了后耗散结构和协同学时代，人们对非平衡态的理解。该书中谈到物理学研究有三个层次，包括Newton力学和Liouville方程的微观层次，确定性方程的宏观层次，以及随机力的随机层次。
耗散结构理论和协同学在1970年代一度受到人们极大关注，但之后迅速冷却。这两个理论都没有找到更具说服力的案例被认为是主因。但我认为其更本质的原因在于，它们并未与量子力学融为一体。自组织这个概念的本身理应是有意义，生命现象的存在当然就体现了自组织。但生命现象是如何演化出来的，理应与量子现象有必然联系。但物理学家只是把量子现象看做是要用Shrödinger方程来描述而并非自组织行为，我认为这是理解的误区，后文我马上就要再做分析。
这里特别值得一提的，是1980年代的有一个进展，就是自组织临界性(Self-organized criticality)概念的提出，这始于Bak–Tang–Wiesenfeld 模型。该模型俗称沙堆模型，作者之一Tang也是提出跷跷板模型的汤超院士，沙堆模型引入了1/f噪声应是他的贡献，这在前文引论中我已经简略谈及。我是在1987年北京混沌研讨会上聆听P. Bak介绍了该模型，并首次了解了细胞自动机这个概念，当时此文尚未在PRL上发表。沙堆模型首次提出了自组织临界性，我前文也做了简单做了介绍。但下面我还要给出以下两点我个人的另类理解。
首先，沙堆模型体现了自组织临界性，其含义是体现了系统走向复杂性的过程中，即便有噪声的随机性驱动，系统依然会呈现出某种标度不变性的规律。以往的标度不变性通常来自人为的重整化方法，但沙堆模型却体现了自发性。以上核心思想在前文已谈及。但我当年更关注的是，描述沙堆模型的是基于细胞自动机的数学工具，该数学工具与自组织临界性有何必然联系？过去人们只是从外因，即前述外部力量是如何驱动系统演化，而形成远离平衡的自组织结构的。用细胞自动机来描述沙堆模型，却体现了是内因导致的自组织结构，更符合内因外因的哲学观点。为此，我也正是从沙堆模型开始，才进而关注了Wolfram对细胞自动机的系列研究工作。
我还清晰地记得，当年我在北京图书馆读Wolfram用细胞自动机研究湍流问题的那篇那篇文章后的感受：湍流问题和沙堆模型可能属于同一大类的问题，这既不属于完全由能量主导，也不完全属于熵力主导的系统。所以，对这类系统才需用细胞自动机描述。很多年后，我进而学习Shrödinger方程的路径积分表示时又令我想到了，统计配分函数与Shrödinger方程的等价性，似乎只是体现在虚数时间演化系统。描述实数时间的演化系统是可以由连续时间的运动方程来描述的。而细胞自动机则是基于离散时间来描述系统的演化。所以，针对量子力学的理解，若我们并不将其看做是某种定态解的分离能级，而是体现了某种虚数时间下系统的演化，则量子力学，统计物理学和细胞自动机，就分别对应着不同时间含义下的演化描述。
进而，完全由确定性的运动方程描述的系统就是实时演化系统，这也体现为是完全由相互作用能主导的系统。如行星绕太阳转动，Newton由此总结出了万有引力定律，这实际上体现了太阳系分裂出了恒星子系统的后果。若并无如此行星系统从太阳系的分离，就只能观测到星系中的恒星呈等速运动，Newton是无法总结出引力定律的。进而，需要引入随机力或概率方程描述的系统，则体现为熵力主导的系统，从Einstein用随机力描述Browian运动可推出经典热传导方程，而对量子系统虚时演化的描述就体现了Shrödinger方程，他们都属于概率描述方程。
这样一来，细胞自动机就最适合来描述能量和熵力“势均力敌”的系统，这往往呈现为离散时间系统——生命演化的基本单元就是细胞，恰恰就体现为用离散时间系统的细胞自动机来描述，才是恰当的。以上思想虽起源于我当年硕士生期间，但最终成型则是近年来，我仔细研读和思考了文小刚和汤超的工作之后。为此，我形成了一个进一步大胆的想法：可用确定论方程作科学描述的，主要体现为相互作用之能量主导的系统。可用概率论方程描述的，主要体现为熵力主导的系统，无论是实时还虚时演化系统。这是现有科学思维的贡献。
然而，而随着人类科学研究越来越深入，复杂性问题也会大量呈现出来。用现有科学语言无法描述，就体现为不确定性系统。不确定性问题在当今世界越来越多，这是什么原因导致的？这显然体现在，随着人们研究问题的深入，单纯由能量和熵力主导的简单系统已经研究透了。尚未研究透彻的体现为能量和熵力“势均力敌”所带来的复杂性系统浮出水面，就要用细胞自动机来描述了。这样一来，细胞自动机就应与方程描述和概率描述并驾齐驱，而体现了对系统整体演化的描述——湍流问题，复杂网络，特别是生命演化问题，就更适合用细胞自动机来描述？
接下来，再谈细胞自动机与通向混沌的道路这两个概念之间的联系。细胞自动机的含义是从元胞及其状态出发，通过构建的邻域元胞的关系及其更新规则等，来描述系统的演化。按照Wolfram的分析，演化模式只可能有单一稳态，多个周期状态或混沌状态等三种状态。非线性系统的混沌问题则在数学上体现为确定动力系统下的不可预测性，不同参数下也会呈现出以上三种状态。前者细胞自动机体现为不同元胞的关系，后者混沌问题为控制参量下系统的演化模式，两类演化的原因不同，但呈现出的演化后果类似，这一定有其数学原因。就细胞自动机和混沌问题的联系，我认为有两个概念很重要，一是耗散系统，二是周期和混沌交界的边际状态，即通向混沌的道路。
通常物理学研究的对象都属于能量守恒的系统，可用Hamiltonian或Lagrangian来描述的都属于此类，这意味着此类系统只存在不同能量形式转换的内因，而难以生成自组织结构。自组织的形成通常要存在系统与外部环境交换的吐故纳新，这在生命体中就体现为新陈代谢，对应的物理语言就是耗散系统，系统必须既有对外部环境物质和能量的吸纳也有排放。为此，自组织往往呈现为内因和外因的联合驱动，并处在周期状态和混沌状态的边际状态——这就体现为通向混沌的道路问题。这就意味着，完全混沌状态并不是自组织状态，这并非物理学所关心的。简单的单一稳态或周期性状态也未能体现出复杂性，也并不具有自组织含义。因此，自组织可能体现了某种通向混沌的道路的边际状态特性。
这就要谈到中国物理学家郝柏林院士1980年代倡导用符号动力学来描述混沌，在维基百科Symbolic dynamics条目中，也罗列了郝先生的英文专著，中文的可从网上下载郑伟谋郝柏林撰写的《实用符号动力学》一书，我就不细述了。我这只说明一点，完全的混沌状态就体现为不确定性状态而无法给出描述。符号动力学所描述的，实际上是通向混沌的道路模式，即只是从稳定的周期点状态不断失稳而逼近混沌的状态描述，这也体现为Lyapunov指数趋于0的临界或边际状态。这也进而表明了，单一的稳态或多个周期状态并不会呈现出系统的复杂性，而完全混沌的紊乱状态也仅有某种统计分析的含义，因而复杂性必然要呈现在有序态和混沌态的交界点，这体现了通向混沌的道路特性——符号动力学要给出的就是对动力系统通向混沌道路的描述。
细胞自动机原本是von Neumann在1950年代，为模拟生物细胞的自我复制而提出的，这是否也与通向混沌的道路问题，具有共同的符号动力学规则？前文我已指出，地球生命演化的意义并非体现在每一生命个体的生存，而是更要体现在其载体DNA基因的延续。为此，给出每一类DNA基因延续模式的物理图像理解，就是非常基本的问题。然而，通过类似细胞自动机的离散时间迭代，导致通向混沌的道路只有两种：单峰映射的倍周期分岔(Period-doubling bifurcation)，以及圆映射对应的Arnold tongue，这体现为两个或多个周期参量的锁频。这样一来，演化平台作为对自然界所有生命的描述，是否也只起源于两种模式？该两极演化平台的设想就起源于我的硕士论文。
迭代形式为xn+1= λxn(1-xn)的单峰映射会形成倍周期分岔，典型的例子就是细胞分裂1变2，2变4，4变8，沿着倍数不断分岔下去。
普遍形式为ፀi+1=g(ፀi)+Ω圆映射模型，体现为转数频率锁模的Arnold tongue，参看维基百科该词条。在研究细胞周期以及心电图问题均体现了此模型的应用。
我的硕士论文就是研究最简单的离散时间混沌迭代模型。1988年，北师大丁鄂江教授到北欧一所大学做访问学者，构建了一个简单的模型，有两个控制参数α和β，它既包含了倍周期分岔，也体现了周期参量的锁频。他把当年的研究论文预印本邮寄给了我的导师胡岗教授。胡岗老师则交给我，认为丁鄂江教授的文章只是分析了特殊α和β参数的性质，若把其他参数也做一些些符号动力学的特性分析，就是一篇很好的硕士论文。胡老师交给我这项工作以后，就去德国协同学的创始人Haken教授那里去做访问学者了。那个年代还没有e-mail，我已经无法联系导师了。但胡老师说丁鄂江教授很快会回国，我有问题可以联系他。但丁教授直到我硕士论文完成以后才回国。
当年胡老师交给我这项工作后，我在他去德国以后就发现没法做下去了，因为无法给出具有普适含义的符号动力学规则。单峰映射的符号动力学规则简单，但圆映射就复杂得多，要通过连分数来寻求规则(参见《实用符号动力学》一书，我就不细述了)。为此，无法给出符号动力学意义下具有普适性这一点，让我很捉急。在物理学中，提出某种规律只是个案而缺乏普适性就没有意义。硕士论文做不下去怎么办呢？我当年突发奇想，就力图去发现是否还可能找到第三条通向混沌的道路。为此，我当年把丁老师的模型不断增加参数，扩展空间维数，想了各种办法但都是徒劳的——只要是利用离散时间的迭代函数来表述，通向混沌的道路就只可能存在倍周期分岔和频率锁模这两种具有普适性的数学模式，无论如何也没法找到第三种模式。
但我依然发现，在丁教授的模型中依然存在着一类局域逼近模式的普适性，即类似于相变临界指数的标度普适性，从而完成了我的硕士论文。后来丁教授回国后，就自然成了我的硕士论文审阅人。我还记得他一方面批评我，不能把符号动力学规则无整体意义的个人观点写入论文中，但另一方面，他认为我发现的这个特殊的标度关系还是很有意义的。后来这个结果发表在北京师范大学学报。正是有了我的硕士论文这段研究经历，让我得出了如下结论：离散时间的动力系统就只存在极端的两极演化模式，倍周期分岔和频率锁模及其各类叠加，但这是系统的整体特性体现。整体特性即叠加模式没有普适性。但就局域特性来看，依然存在具有特殊普适性的标度关系。
后来再关注生命演化问题之后，以上硕士论文经历给我带来的巨大启发就是，既然描述生命演化的细胞自动机与通向混沌的道路或许具有可比性，这是否可构建出两极演化平台的概念？为此，再结合人类哲学思想和经济系统的两极特性，我最终形成了用物理语言来描述生命系统演化的平台概念——这体现了生命胚胎干细胞的分裂和分化的整体过程若用细胞自动机来描述，就可能具有通向混沌道路的离散时间系统之倍周期分岔和频率锁模的两极性。鉴于我的分子生物学知识有限，以上两极演化平台概念若要与具体的细胞分裂和分化找到对应就超出我的能力，但网友可以就此撰写论文。我只能从物理含义上谈我的以下几点看法：
首先，两极演化平台是描述胚胎的分裂和分化的生命整体演化质分岔路径的平台——细胞自动机体现了多潜能性状态和拓扑简并态“合二而一”的物理图像和数学工具，要同时呈现出单峰映像的倍周期分岔和圆映像的频率锁模。前者倍周期分岔体现了细胞分裂要从1变2，2变4，4变8，沿着倍数不断分岔通向混沌的道路，从而形成了通向混沌道路的边际状态，这是对跷跷板模型的两种诱导力状态描述的修订，因为细胞自动机还可给出生命体每类细胞演化的具体数量。而后者频率锁模要体现出干细胞内部以及跨细胞的量子隧穿之拓扑简并态，这可能是对多潜能性状态的更准确描述。必须强调的是，两极演化平台并非是针对单个细胞，而是跨细胞的整个生命体的演化过程，即从胚胎干细胞到生命体消亡，生命演化要始终处在以上自组织临界状态。
其次，如果说循环路径的摇摆机制体现了围绕演化参量p=0的不可逆过程，那么，分岔路径离散时间的细胞自动机描述，则还要说明演化平台绑定了生命演化的Lyapunov指数要处在等于0的临界状态，这既不处在小于0的周期解模式，也不处在大于0的混沌解模式，从而体现了自组织临界性并非只是在具有随机性的沙堆模型才能呈现，而是还会呈现在通向混沌的临界点。进而，任何物理特性都是测量的体现：能量主导的实时演化系统的测量对应着确切的时空位置，如太阳系行星的运动。熵力主导的虚时演化系统，测量则体现为系统的线性响应。细胞自动机作为对生命系统演化的描述，其测量体现则是，系统演化始终处于能量和熵力“势均力敌”的自组织临界状态，这是生命从生长发育走向衰老的不可逆过程，也是两极演化平台概念的意义所在。
第三，以上细胞自动机更体现了我们对物理规律的认知，这并非通常科学含义下的确定性或概率方程描述，而是体现了规律是系统状态演化的理由。Google的AlphaFold之所以能高准确率地预测蛋白质结构，这应来自蛋白质的缩放机制，即前述Ω(E)∝eαE的绽放特性。为此，我进而想到了，能否用类似符号动力学来描述所有生命体的DNA结构——它们可被看做是来自两极演化平台之两条通向混沌的道路，倍周期分岔和圆映像的自发叠加的结果。因此，DNA谱结构的叠加模式应体现出某种规律性，这是否可用符号动力学来描述？生物学研究的系统发育进化树有多种分类方法，包括有根树和无根数等。但我认为，符号动力学描述或许更能体现出生命演化的本质。
最后，如果以上两极演化平台的概念能够成立并对应着细胞自动机描述，这对我们理解生命现象带来的最大变化，将体现在生命现象应具有跨细胞的整体特性。前文谈到的Anderson的“More is Different”的观念深刻影响了物理学，并形成了演生论观点。但这对生命科学的影响很小，生物学家依然认为，细胞是生命的基本单元而并没有建立起跨细胞整体演化的意识，因而会有垃圾DNA或非编码DNA的概念。但从细胞自动机的演化平台理解来看，不应存在垃圾DNA的概念，而应存在跨细胞的关联。进而，不同生命个体的DNA也有可能有关联，犹如前文提到的懒蚂蚁实验。愿读到这篇文章的读者和网友能从更专业的分子生物学角度，来继续思考这个问题。
6. 结论：物理学复杂性研究的两个平台——致谢两位位大学同学
每篇文章的最后通常要写上致谢，我要致谢前文谈到的我的导师和学长，在此就不一一列名了。但我在本文的最后致谢有些特殊，还要包括前文未提及的两位大学同班同学，他们都来自中科大784理论物理专业：一位是杜孟利，他是中科院理论物理研究所的研究员，在1996年我博士毕业时他就已经是博导。我做博士后则选择了他为我的合作导师。另一位是宋朝弟，百度百科有介绍他的条目，当年我博士毕业时他已创建科利华公司并担任董事长。我在杜孟利处做博士后不到一个月，就被他拉去做了他的副手。要致谢这两位大学同学启发了我的思路，让我认识到对复杂性问题的物理学研究应构建在两个平台概念之上，一是两极演化平台，二是复杂网络平台。
先谈我早年为何要找同班同学杜孟利做我的博士后合作导师。当然，有一个因素不得不提，那就是我当年已经申请移民加拿大。若获批又要马上离开被接受的单位，博士后的临时工身份再加上老同学的面子，我不大可能受到阻拦。但毕竟我当年申请移民能否成功也并无把握。所以，找杜孟利研究员当我的博士后合作导师，依然有很大原因是他提出的闭合轨道理论，以及我和他的几次短暂交流以后，我认为该理论可能构成探索复杂性的平台概念，而并非通常理解的普适概念：这正是两极演化平台。其意义体现在，对物理规律的探求除了呈现出结论的普适性以外，还在于寻求演化的复杂性——复杂性的本质可能都来自两极力量的“势均力敌”之驱动。如此演化平台思路应比目前主流物理学所寻求的统一理论思路，意义更加重大。
我的前述两极演化平台思想，除了来自硕士论文所研究的丁鄂江教授提出的混沌模型以外，也来自杜孟利和他的博士导师Delos创建的闭合轨道理论，两个工作都发表在1988年。但前者是经典模型，描述的是两个不同δ函数的周期驱动，一个是圆周驱动一个是定向驱动，从而形成了倍周期分岔和频率锁模叠加的复杂性。而闭合轨道理论描述的，则是同样很简单但更具体的实例：强磁场中的氢原子。我们知道，弱磁场作为微扰，对原子发光的影响只是Zeeman效应。而极强磁场下的物理测量，无论是天体脉冲星电磁波还是量子Hall效应的电阻测量，电子的原子能级跃迁效应就很弱甚至可忽略，而只会有电子的强电磁辐射或分立电阻效应。闭合轨道理论所描述的就是在强外磁场和原子Coulomb作用“势均力敌”的情况下，高主量子数电子运动的复杂性。
以上分析论证要进而导致我们对物质规律认知的转变。以往我们对科学规律的认知是从物质现象中构建不同概念之间的关联，如F=ma或E=mc2等简单的物理学公式，经济学中则体现为诸如利率和通胀系数的关系，等等。但从丁鄂江教授的混沌模型和杜孟利老同学的闭合轨道理论中，我却形成了截然不同的感受：规律性除了简洁的美感，还有另一种表现形式则是复杂性。完全无法用符号动力学来描述的通向混沌的道路问题属于复杂系统，要用一种特殊的闭合轨道来描述的系统也属于复杂系统。杜孟利的后续工作也说明，的确还存在某类原子光谱并不能用闭合轨道来描述。这也进一步说明了复杂性的多样化表现形式——复杂性研究的意义不在于其自身的特性，而体现在生成复杂性的演化平台。
复杂性的含义涵盖了不确定性，说明无法给出概念之间的简单关系，但这并非丧失了规律价值。这个问题要逆向思维：探索复杂性的价值要超越了基于观测范式分析框架下的科学思维，这就体现在演化判据分析框架下的状态理由思路——内因和外因两种驱动系统演化的力量“势均力敌”，就要令系统演化呈现出全新的远离平衡的自组织，此乃两极演化平台的体现：宇宙的演化来自构成的电荷两极之电子和质子的原初角动量，其生成的涡旋、椭圆和不规则三类星系，就来自原初角动量之内因和万有引力之外因。地球生命系统也来自有机分子之间的化学键能与地球常温能量约1/40eV很接近的内因，以及地球转动带来的环境温度之周期性变化的外因。两极演化平台要催生出多样性概念，这并非体现为确切性也非混沌性，而是处在这两者的边际状态。
接下来再谈，为何我的博士后没有继续下去呢？这来自那一年宋朝弟同学的“利诱”。我刚到理论物理所做博士后还没几天，就被宋朝弟同学拉去他的科利华公司做副手。这当然主要是双方各取所需的契约行为，但也有两人都对经济学感兴趣的因素。记得那天晚上我受邀到其科利华公司开的餐馆里，两位老同学长谈了十几小时，从晚上6点一直到第二天早上8点，这是我生平空前的一次长谈。之后我这个物理所刚毕业的博士，就被拉到老同学的公司来，月工资从当年博士后的627元涨到了4000元。但我也给公司创造了价值：公司简介立即从“专科生，本科生到研究生”修订为从“学士，硕士到博士”的人才梯队。在1990年代的中国，博士为稀缺品：其貌不扬的我常被安排陪同老板去会见政府领导或融资合作者，价值还高于会见一般客户的美女秘书陪同。
但那天我和宋朝弟交谈投机还有另一原因，就是两人共同对经济学的兴趣。我谈到在读博期间唯一爱好就是每到星期天，我都要换一下脑筋去书店翻看各类经济学读物。而宋朝弟则大谈物理学的知识结合企业经营，对于理解经济现象很有帮助，这一点也是打动我跳槽的原因。尤其是他谈到，所有学科中唯有经济学的理论和应用是分离的，没有应用经济学这门学科，却有工商管理学。原因就在于经济发展变化太快，而理论跟不上，经济分析一直是“旧瓶装新酒”。这个观点我深以为然。后来，我把不可分辨性的物理概念引入到分析经济现象的复杂网络，以及前文对不确定性和科学理论的关系的论证，就来自我与宋老板的思想交流。以下例子就是我在科利华公司经历所形成的对分工的理解，这还要从我孩时谈起。
1976年的我14岁，这个年龄的少年不可能对经济学有兴趣。但那个年代的中国知识信息极其匮乏，我很无聊不得不在父母亲的书架上找书来读。哲学书很乏味也难读懂，唯有《国富论》这本经济学读物还可以翻看得下去。才翻了几页，我就看到Smith对扣针工厂的描述：十道工序十几个工人分工可日产扣针4800枚。若没有分工一天连20枚也造不出来。我当年一读到这里就觉得不对头：若10人日产4800枚，1个人也一定能日产480枚的，怎么可能20枚也造不出来？当年我如此肯定，是因为那年暑期我就在工厂做暑期工。当时中国各地搞“五小”工业，父母所在的民办中学成立了生产铁壳开关的校办工厂，虽很落后但应会比Smith时代的扣针工厂要先进得多。
校办工厂有车床，打孔机和砂轮机等，且有4个车间20来个工人，无论是设备还是工人数目都应超越了Smith描述的扣针工厂。我作为暑期工在两个车间干过，每天挣1元钱也是教师子弟的福利。记得最难的就是打磨用铸铁制作的铁壳开关手柄。我刚开始打磨的几个很粗糙，尚需师傅再补充加工。但一天以后，无论是打磨质量还是工作效率，我都干得与师傅差不多了。为此，扣针工厂的工艺一定不会比这个铁壳开关工厂更复杂，1个人精通10道工序理应毫无难度：10个人的工作由一个人做，会减少工作安排的交接效率还更高。但Smith时代自发形成的扣针工厂，为何要采用工场手工业的生产分工？但如果分工不能提高生产效率，这又是什么原因要导致分工的呢？
就生产分工而言，每个人只要做出了自己擅长的职业技能选择之后，人与人的差别就不会很大，不太可能在工作效率有太大差异。流水线的工作通常只需几分钟培训，就说明了这一点。我们普通人跑100米，与世界冠军有差别但速度都慢不了一倍，也说明了这一点。但《国富论》中Smith对生产分工能提升劳动效率的说法，经济学家们似乎并未做任何考证就接受了，我就感到不可思议。后来再学习Durkheim提出的社会分工概念，就感觉社会分工显然不同于Smith的生产分工，可以重构供需关系从而令分工具有价值：人们常说的分工越来越细化，显然不是指生产分工而应该是指社会分工。不过，以上这些说明也并未给出Smith时代为何会自发形成扣针工厂的原因。
粗看起来，扣针工厂要生产分工，可能的原因是这可以提高厂房设备利用率，以及加快订货交付速度。日产4800枚扣针的规模意味着市场需求也要达到这个水平，从而催生了工场手工业联合的模式。然而，1980年代的中国农村搞包产到户，却是对集体化生产协作模式的否定，与扣针工厂的生产分工完全背道而驰。为此，前述订货量增加了或提高设备利用率的解释，也并不合理。若从生产模式的演化过程来看，工厂初期的工人应来自之前的手工业者。若订货量增加，他们应如同80年代大包干的中国农民一样，各生产扣针然后汇总去交货给订购商，这才更显合理。组建工厂之后，人人每天都离家去上班，至少早期这么做一定会降低工效的。
所以，结合1980年代的中国农村搞包产到户，我就很长时间都想不明白，早期的工业革命要形成扣针工厂的理由何在。写到这里，就要谈到我到科利华公司以后，与宋朝弟老板的物理学思想交流，来理解经济问题了。我们曾讨论在1997年的亚洲金融危机中知名的Soros量子基金，其名称为何要用物理学的量子——我们两人的物理学理解并不相同。虽然基金的名称为量子的本意，应来自量子力学的测不准关系。但宋老板联系到公司经营，要将其解读为利用不确定性，而并非回避或防范。而我的理解则侧重于金融资本的量子不可分辨性。前者进而带给了我对科学规律的不确定性理解，后者则让我想清楚了为何扣针工厂要实施生产分工。我分别说明如下。
宋老板理解角度的是，对不确定性并非意味着一定要回避。当年中国民企最大的苦恼就是得不到贷款：科利华公司的一个研发项目获批国家星火计划，但银行也不给贷款。每年年底公司都要在全国省会城市同时开订货会，铺天盖地的广告和场地费用要近千万的投入，但这更无法获贷。这倒不是因为民企受歧视，而是因为那个年代的民企，大多没有不动产的抵押而存在贷款风险。当年宋老板只能找其它公司签临时借款协议并把公司股权全部抵押，这就令公司前景更具不确定性，一有闪失就玩完。为此，银行之外的风投基金之存在的理由，就应是降低经济系统的整体不确定性。当年我曾陪同宋老板约见一个风投基金经理，但因把公司估价太高没谈妥，宋老板后来多次表示过后悔。为此，宋老板对Soros量子基金的理解是，这并非如同银行一样回避而是要利用不确定性来获益，也体现出这“对冲”了人们对风险的厌恶。
但我的理解是，不确定性的量子含义兼有金融资本的不可分辨性。1990年代，中国到处都在推广ISO 9000的标准化认证，这是全球化专业分工的基础。世界工厂的零部件生产和组装都需要标准化，这就意味着每个零部件都具有规范的不可分辨性，才有利于贸易流通和生产竞争。想到这里我就明白了，Smith时代的扣针工厂为何要生产分工，这是要让日产4800枚规模的扣针具有不可分辨性，才有利于交易。而任何粮食产品都可以作为期货产品，其本身就具有不可分辨性。所以，中国农村包产到户单独产粮并不影响交易。不可分辨性的标准化，进而带来了从车间模式演变成专业工厂和组装模式的世界工厂。不可分辨性也是系统可用熵来描述的基础：货币作为任何商品的等价物最具不可分辨性，这才令金融投资价值潜力最大。
至此，我认为当今经济学研究最大的缺陷，就是过分强调了不确定性：从信息不对称到博弈论，都是在强调某种不可预测性会带来恶果。经济学研究并未从系统出发，仔细研究基于货币和工业标准化的不可分辨性带来的影响。为此，各种税收制度的合法性，作为熵力驱动下的系统整体特性体现，就一直缺乏经济学分析的基础——物理学中早在热力学发展初期就形成了熵判据的概念，但这在经济学分析中就一直不存在。事实上，政治正确的观念束缚了经济学家的头脑，效用概念的构建都只有序数性，而并不具有可比较性。这就令人们对经济系统的理解，完全没有基于不可分辨性的熵值含义，而不确定性概念则横行于经济学。我认为要在系统含义下，如以城市为基础来重构效用概念，这才能诞生以能量性和熵值性为基础的系统经济学。
这就要进而谈到经济系统所基于的演化平台了。正如我前文所述，20多年前物理学家构建的以小世界和无标度网络为代表的复杂网络概念，应构成研究经济系统演化的基础平台，这将给经济学带来新思维——经济系统所呈现的自组织演化，正是从小世界网络的随机图特性，走向了星形网络和无标度网络两极化的幂律分布。进而，如今的世界各国经济呈现为谷物文化和橄榄文化这两级文化的各种叠加状态，也正是复杂网络平台下复杂性的体现。但遗憾的是，复杂网络的研究迄今未能有效地构建在能量，熵值和温度这几个基本的物理学物理概念之上。进而，现有的复杂网络研究，似乎也只是关注稀疏网络，度的数量与整体节点数量具有可比性的稠密网络，理应被引入到当今关联度急剧增长的全球经济网络分析之中。
后记：此文中的不少观点曾在微信群有过简短发布，但没有上下文而被认为是民科。几天前我发布了前三页，并自认为该原子核幻数结构若投稿给任何科学顶刊如Nature或Science，都应当被采纳。但却无人异议，并且有多位网友与我有了良好互动。这给了我很大鼓励。有网友问我，为何不用英文让全球物理学者都可看到。我本人虽已移民加拿大，但人生学习和研究的经历都在中国大陆。科学虽无国界，但我更愿意将此文先与中国大陆学者做交流，才先写成中文了。但人名和部分术语用英文显示，以有利于翻译。这样一来，此文被译为其它语种也仅为“一键之劳”。
在本文的最后，我还要特别致谢我的妻子和两个孩子。我的以上40多年的思考研究，均未向任何机构索要过一分钱资助而问心无愧，但我唯有感到愧对妻儿。虽然自己并未耽误养家糊口，但若把更多精力投入到赚钱和对家人的关爱，他们一定会生活得更好。好在今年小儿子也考上大学了，我沉溺于思考的快感，并未耽误孩子的成长。此文亦了却了我的心愿：Einstein自称在67岁时写的自述是讣告。我的以上文字不是几易，而是近百易其稿了，也可谓我给自己写的讣告。
妻子曾调侃我：你自比Einstein，但他26岁就研究出了相对论。你的师兄弟也基本都是博导院士了，你呢？我说，相比于Einstein，我的思考更有广度，得62岁才能出结果。不过，比Einstein的讣告要早5年写出——写完以上讣告也了却了我一生的心愿，余生可安心陪伴家人了。另外，我自认为从原子核的幻数出发，提出了全同态和协同态的概念，也可自比Einstein。进而，我此生的梦想是，将来幼儿园的孩子毕业，都要会这个原子核幻数公式: 82=2+4+6+8+12+20+30。
2025年4月15日于加拿大多伦多
赵教授，这里发不了图片，我有一张相位嵌套吸引子相图，描述了仅一个点进行运动演化成系统，希望您能看看我的主页>> https://xhslink.com/m/5Y2rMvRiWjG
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