金凤花原理

埃里克·蔡森虽注意到但却未能系统阐发的问题是：复杂实体只有在适宜的条件下才能涌现。这里的条件包括：首先，合适的组块及能流；其次，合适的温度、压力和辐射等众多外在因素。如果条件不适宜，复杂性就不会涌现，或很快消亡。复杂实体消亡的原因通常在于能流出了问题，对某种具体的复杂实体而言，能流过高或过低都会导致实体的消亡。复杂实体的毁灭通常是由于能流或能量水平过高或过低。比如，如果人这类生物组织长期处于10摄氏度以下或40摄氏度以上的环境而得不到有效保护，那么人就会死去。显然，人类只能在一定温度带宽的条件下才能够生存，而且诸如此类的带宽限制不只适用于所有生物，还包括岩石、行星和恒星。换言之，所有相对稳定的体系都有自己适合的特定条件要求，符合条件要求才可能涌现并持续存在下去。这里借用一个盎格鲁——撒克逊的童话故事，将上述适宜条件的要求称之为金凤花原理（Goldilocks Principle）。

可能有些读者不熟悉金凤花与三只熊的故事。金凤花（Goldilocks）是个小女孩，有一天她在森林里玩儿迷了路，误入了三只熊的家。恰好小熊和他的父母都不在家。小姑娘又累又饿，就想喝放在吧台上的三碗粥。但大碗中的粥太烫了，中碗中的粥又太凉，只有小碗中的粥正可口。然后她又试着在椅子上坐下，但最大的椅子太硬了，中号的椅子又太软，只有最小的椅子正合适。如此这般直到三只熊回到家。三只熊见状很不高兴，于是金凤花就逃跑了。[26]

笔者并非第一个使用“金凤花原理”这一概念的。最近20年，早有科学家开始用这个概念借指各种复杂实体涌现并持续存在必须具备的限制条件。在自然科学家看来，金凤花原理是显而易见的，也许这是因为他们从来都是这样从限制条件入手分析问题的。不过令笔者惊讶的是，迄今还没有人从大历史的角度对这一原理进行系统阐述。[27]

金凤花原理特别强调，复杂实体要存在，就必须具备相应的适宜条件。这里要特别指出的是，适宜条件常不同于复杂实体涌现及其持续存在所需的条件。比如，适宜最小粒子涌现的金凤花条件只在宇宙史最初的几分钟之内才具备，对此下一章有详述。显然，这种限制条件是非常严苛的。而在此后数十亿年的时间里，金凤花条件转而更适合微小粒子的持续存在，是从星系到人类等各种复杂实体不可或缺的构成材料。本书对应用金凤花原理的大量实例都有讨论。

金凤花条件并不是独立存在的，而取决于具体复杂实体的类型。比如，人类一定要在适宜的温度带宽条件下才能生存，但此外，人类还有一些直接的需求，包括适宜的气压、氧气、食物和水。相比之下，恒星的金凤花条件则非常不同。恒星需要大量密实的氢元素，其周围必须是寒冷、空旷的空间。由于重力作用，这种巨大的主要由氢和氦组成的球体在其内部制造了极大的压力，以至启动了核聚变，把氢元素转化成更重（也因此更复杂）的氦核并同时以辐射的形式释放大量的能。恒星的金凤花条件在地球上很难复制，这也说明了核聚变未能成为地球人可行发电手段的缘由。总之，所有金凤花条件都有自己具体的带宽。在自然科学中，标的带宽上下限的条件被称为边界条件（boundary conditions）。

与其他任何动物相比，人类为自身创造的适宜生存的金凤花条件都要多得多。而且人类的金凤花条件兼具社会和物质特征。物质方面，包括衣服、房舍、多种多样的工具和道路等；社会方面，只要看一眼交通法规便可见一斑。交通法规界定人应该如何行为才能使所有人能够相对便捷地到达各自的目的地，且同时保持所有社会成员的复杂度。虽然有社会成员不遵守交通法规且更快捷地到达了自己的目的地，但他（她）自己或他人的安全却因此受到了威胁。

海鸟粪如何改变了世界：能量、物质与金凤花条件示例

在19世纪，有大量的海鸟粪（guano）被当作肥料从南美太平洋沿岸岛屿运到西欧，使后者的农业产量（包括土豆）大幅提高，有了土豆，就能养活大批的产业工人。威廉·麦克尼尔认为，海鸟粪引进到欧洲不但使欧洲各国的农产品产量有了大幅提高，而且使欧洲变得异常强大。但南美太平洋沿岸岛屿为什么有大量的海鸟粪呢？海鸟粪的输入还有没有其他效果呢？

秘鲁和智利的太平洋沿岸是板块构造过程中较重的纳斯卡（Nazca）大洋板块伸入较轻的南美大陆板块所致，造成地面隆起并最终形成南美安第斯山脉（Cordillera de los Andes）。冰冷的洪堡洋流从南极洲一路向北，海水携带着大量的养分，所以这里的鱼特别多，海鸟也特别喜欢在此捕鱼谋生。海鸟还喜欢在大洋沿岸的岛屿上筑巢，这样来自内陆的捕食者也无法靠近它们。因为岛屿的空间本来有限，这些长翅膀的捕食者及其排泄的鸟粪就常年在那里累积。鸟粪没有被雨水冲走是因为冰冷的洪堡洋流使这一地区几乎常年处于干旱状态。因此，这种富含无机化学元素对植物生长特别有利的粪便在这里沉积下来，先是鱼，后有鸟，后又有鸟粪，在岛上风干、形成厚厚的积层，有些地方竟有50米厚。

在印加帝国时期，人们就已认识到海鸟粪作为肥料的价值。1802年，亚历山大·冯·洪堡在南美殖民地秘鲁亲眼看见了海鸟粪给农业生产带来的益处，于是建议欧洲各国也进口海鸟粪，促进当地的农业生产。洪堡的宣传引发了大规模的从南美秘鲁沿岸等岛屿向欧洲输送海鸟粪的运动，而且效果良好，同时南美各地的社会精英也从中受益。伴随海鸟粪向旧大陆的输入，多个品种的土豆也被带到了欧洲各国，只不过同时还带来了土豆疫病，致使爱尔兰在1845年至1849年间发生了土豆大饥荒，而大饥荒导致大批爱尔兰人移民美国。

事实上，一切社会规则都可以被解读为人类创造的金凤花条件，目的正在于维持某种形式的复杂存在。

金凤花条件随空间和时间的变化而有所不同。笔者将这种层级的变化称为“金凤花梯阶”（Goldilocks gradients）。这一概念最初提出来是要回答一个问题：为什么行星地球的表面特别适合更为复杂的实体涌现呢？或者说：为什么人类生活在行星地球的表面，而不是在地壳下面？对此我的回答是：行星地球表层的金凤花条件在相对较小的空间里呈现出明显不同，其金凤花梯阶较陡。这样的条件使得生命体能够获取大量能量并同时摆脱大量的熵。有关这一点后面各章还有更详细的讨论。这里仅交代一句也就够了：生物学家把这种不同生态区域间呈现的较陡的金凤花梯阶称为“交错区”（ecotomes），而且对此已有深入细致的研究。

图2.1 金凤花从树上坠下，她显然超越了自身的极限，不久她原有的复杂性将因引力能（gravitationalenergy）的影响而归于损毁。（朱莉娅·斯皮尔2007年绘，时年4岁）

金凤花条件不但在空间上，而且在时间上也呈现出梯阶差异，只有全面把握才能更好地理解不同复杂实体得以形成的缘由。地球上的气候带从热带到北极的梯度分布可以被看作是金凤花梯阶在空间上的表现，而不同气候带内部的气候变化就相当于金凤花梯阶在时间上的变迁。气候带的梯阶变迁大致呈现出某种规律，主要是由地球围绕太阳有规律地运转造成的，也就是所谓的“米兰科维奇循环”（Milanković cycles）。本书第四章对此有详述。这里只说一句：气候带的梯阶变迁对地球上各种生命体的影响至深，前提当然是我们能够探测到这种影响。

总之，要真正认识任一复杂实体形成和消亡的原因，我们不只要考察能流过物质的机理，还必须系统研究其主要的金凤花条件。我个人认为，“能流过物质”的机理再加上金凤花原理构成万物历史——包括人类史——理论的基本雏形。我们当然不能指望该理论能够解释任何事物发展的所有细节，但这一理论却足以廓清大历史中的主要趋势并提供相应解释。

因为笔者选择了一种新的、尚无人问津的路径，所以本书应被视为建构连贯的大历史理论框架的一种努力，希望这一理论能够启发读者的讨论并有助于改进读者对世界的认识。这一理论倡导全面的跨学科研究，若真的付诸实践的话，那么从天文学家到历史学家和人类学家在内众多学科的学者就可以进行空前的合作并使用同一种科学的语言。这听上去好像更多理想色彩，但实际上，这一跨学科的事业已经开启。[28]

这里提出的一般历史理论事实上与板块构造学说（plate tectonics）颇多相通之处，就是说二者都是先提出一般原理，都需要具体情境的细节来支撑。就板块构造学说而言，地幔对流（一般原理）造就了诸如地中海地区之类的具体情境，系非洲板块挤压欧亚板块所致，对此既有理论又有实据的支撑。同理，在大历史一般理论中，我们提出了能流过物质及金凤花条件说作为一般原理，接下来就要考察一般原理在具体情境下的运作。余下各章将依此思路对大历史的原理和情境做一概述。

显而易见，在一本书里不可能对历史上发生的所有事件做详细讨论，因此，本书余下各章的讨论只能是提纲挈领式的简单概述。当然，历史叙事在多大程度上要有血有肉甚至声情并茂绝不只是大历史才会遇到的问题，但凡历史概述都只是历史事实的一个精简版，因为史学家根本不可能掌握全部细节，哪怕是自身研究课题的全部细节。即使有了细节，搭建历史叙事时仍不免适当剪裁，有的收录，有的就省掉了。不过尽管如此，我还是希望这里检索出的大历史总趋势能够包容大部分历史细节，如果还不是所有细节的话。细节依然是检验笔者大历史理论的主要依据。不幸的是，即使在科学共同体中，围绕众多历史问题仍存在不少争议，哪怕是已经确立的科学理论，尤其是宇宙学理论，也还不足以解释所有已观察到的现象。因此，在具体的历史中总难免要做这样那样的选择和取舍。所以有时候我在自己的历史叙事中也陈述一些彼此对立的观点，因为毕竟要厘清所有的争议至少现在还是不大可能的。

不过尽管有上述警示，我还是要正告读者：笔者的大历史理论的确提供了一种新颖的、整合式的历史诠释框架，在不同领域和学科日渐分离的时代努力把它们重新拉回到一起，并同时以此呈现给读者一个整体的历史轮廓。虽然我们不可能解释全部历史事实，但我想说：与此相反的观点——即根本不可能从一般的观点解释历史过程——也是不成立的。我们面对的挑战，是要在人根本无力理解历史和人可以不具任何偶然性的规律诠释历史这两种立场之间寻到某种中间的立场。

笔者的大历史理论关乎复杂实体的涌现、持续存在及其复杂度无可避免的式微，并对其各种表现予以描述。其框架是前后贯通的，涵括万事万物在时空中的演进，这正说明了我们为何一定要在宇宙演化的大框架下理解人类史。

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[1] Monod (1971).

[2] Von Humboldt (1997), pp. 82-83, 原文见德文版（1845）, pp. 83-85。

[3] 社会科学研究群体不大情愿使用“系统”概念，这很有可能是对美国社会学家塔尔科特·帕森斯（Talcott Parsons）相关界定的一种反动，帕森斯把社会系统定义为主要是静态的存在，而其理论在20世纪50至60年代居主导地位。

[4] “体系”（regime）一词在《大历史的结构》一书中的定义是：“大致有规律，但在根本上属于不稳定的某种格局，从时间上看则是永恒存在的。”参阅Spier（1996），p. 14。埃里克·詹奇在《自组织的宇宙观》（1983）一书中曾提出过“过程结构”（process-structure）概念，我个人觉得这一概念与“体系”概念非常相近。但在撰写《大历史的结构》一书时，我还不知道詹奇的这本大作。

[5] Chaisson (2001), p. 234.

[6] 能被界定为“做功的能力或远距离施加作用力的能力”［参阅Tre.l & Hazen（1995）, section G-8］或“做功或造成变化的能力”［参阅Chaisson（2001），p. 232］。这就引出了另外一个问题，即“什么是功？”我个人认为，所谓“功”和“力的作用”不过是物质的改变。

[7] Smil (2006), p. 1.

[8] 为绝大多数人所广泛接受的“复杂性”的定义——原本是为所谓复杂适应系统设定的（基本上涵括所有基于生命体的各种形式的复杂存在）——是以信息内容为依据的，即其可能的最简描写，参阅Gell-Mann（1994），pp. 23.。这一定义对描述所有形式的复杂实体并无多大帮助，因为大多数的复杂实体是无生命复杂非适应性系统。若以信息为依据描写所有形式复杂实体的各个方面，我们很快就会陷入无穷尽的陷阱。究竟到哪一步才算完结呢？是不是要一路描写到最微小组块粒子全部的量子态呢？包括其位置、运动等各方面的状况？换言之，以信息为依据描写任何稍大一些的复杂实体都会呈现高度分形的特征。

[9] 比较Gell-Mann（1994），Chaisson（2001），pp. 12-13。有关新兴的复杂科学研究，可参阅以下经典概述：Waldrop（1993）；Lewin（1993）；Gell-Mann（1994）；and Kau.man（1993 & 1995）。

[10] “相对自主性”概念是由社会学家诺伯特·埃利亚斯（Norbert Elias, 1978, pp. 32.）阐述的。奥古斯特·孔德在其《实证哲学教程》系列图书（2011）中曾提出类似“相对自主性”的命题，并以此说明社会学是有关人类社会的新科学，且人类社会不能还原为物理学或生物学。

[11] 2008年3月，圣达菲研究所（SFI）在夏威夷召开有关历史上各种复杂实体的会议，笔者在发言中阐述了不同层次复杂实体的界定问题。作为回应，圣达菲研究所杰弗里·韦斯特（Geo.rey West）所长说该研究所没有一个统一的有关不同层次复杂实体的定义，针对当前的复杂性研究，韦斯特所长还有一句颇为俏皮的说法：“我们只是做复杂性研究，就像做爱一样。”不过我们之间的讨论还是激励他把这一问题提到了圣达菲研究所的研究日程。可同时参阅Lineweaver, Davies & Ruse (2013)。

[12] 这正是理查德·道金斯（Richard Dawkins，1976）所谓“迷因”的研究思路，不过在笔者看来，这种研究注定是徒劳无功的。

[13] 比较Adams & Laughlin (1999)。

[14] Smil (1999), p. x.

[15] 有关功率密度，参阅Chaisson (2001), p. 134 and (2008 & 2009)。

[16] 2005年，瓦克莱夫·斯米尔曾告诉笔者说，这并非是完全新颖的观点。斯米尔在继英格尔伯特·布罗达（Engelbert Broda）的《生物能的演变过程》（The Evdution of Bioenergetic Prograss, 1975）问世之后在其《普通热力学》（General Energetics, 1991）一书中称，（他所谓）生物能的强度，包括儿童和某些细菌，都要比太阳能的强度高得多，参阅Broda (1978), p. 41, and Smil (1991), p. 63。斯米尔所谓的“能强度”概念与蔡森的功率密度概念基本相同，而布罗达称之为“单位质量的能产出”。不过此二者与蔡森不同，他们都未能创制一个“能强度”或“单位质量的能产出”的综合列表，就像蔡森别出心裁地从大历史或宇宙演化的角度创制综合列表一样。埃里克·蔡森写信告诉我说，他此前从未读到过前二者的作品，而他自己的相关计算发表在1987年出版的专著《生命时代》（The Life Era，pp. 253.）。这显然是多位学者各自独立发现的一个过程，所以更有力地说明了这一思路是可行的。

[17] Chaisson (2001), p. 139. 蔡森表中的功率密度使用的是erg s–1g–1单位，实际量等同于10–4瓦 /千克。本书统一采用国际单位制（缩写为SI）。在类似的另一表中（Chaisson，2011a），蔡森将“行星（地球）”改为更正确的说法“地圈”。

[18] Chaisson (2001), pp. 136-139.

[19] Chaisson (2001), p. 186.

[20] Chaisson (2001), p. 138中设定“男士人均体重70公斤”，并同时假定人均“一般日消耗2,800千卡热量（或合计130瓦的食物），才能驱动新陈代谢”。

[21] 一个数量级等于10倍。

[22] 蔡森对人类史的统计中包含业已学会使用火的能人（Homo habilis），其功率密度为4瓦 /千克，参阅Chaisson (2001), pp. 202-203，不过他没有提供智人（Homo sapiens）的相关统计数字。有关赖金德斯的批评，参阅Reijnders (2006)。诸如Stephen Pyne (1982 & 2001), Johan Goudsblom (1992)和Frank Niele (2005)等学者也认为使用火是早期人类获取能量的一个重要来源。近来，蔡森认识到使用火对早期农业社会的重要作用，但我认为他还是低估了早期人类使用火在获取能量方面的潜在效应。蔡森2008年在写给笔者的一封邮件中称，在他看来，赖金德斯的计算结果显然过大。所以说要确立可靠的统计数字可能还尚需时日。

[23] Chaisson (2001), p. 201.

[24] Gell-Mann (1994), p. xiv.

[25] Chaisson (2001), pp. 143-144.

[26] 此外，还有一个现代版金凤花与三只熊的故事，可参阅Marshall (1998)。

[27] 将其称为“金凤花原理”最初是大卫·克里斯蒂安在2003年3月想到并告诉我的，当时他正评述我《大历史的原理》（“How Big History Works”）一文的草稿。他这样写道：“是的，非常好。我在自己的著述中还没有提到这一点。这实际上等于把‘金凤花’原理应用到复杂实体的研究中，其旨趣正在于：能流必须恰到好处。但能流过度是复杂实体无从涌现的唯一解释吗？难道时间因素不是也很重要吗？我的意思是说，有些复杂实体从统计学意义上出现的概率就很小，要它真正出场恐怕要更多耐心，正如随机漫步理论所指出的那样。”我当时回答说，之所以没有使用“金凤花原理”概念是因为我担心这个词本来自盎格鲁—撒克逊背景，全球读者有可能看不懂。所以当时我在俄罗斯发表的文章中就没有使用这一概念。

后来我对金凤花与三只熊童话故事的全球化程度做了调研，发现受众——包括俄罗斯的受众——听到这个故事几乎都轻松且无一例外地理解我的理论叙述，我于是决定系统使用这一概念。与此同时，“金凤花原理”的表述也越来越受欢迎。科学家们 ——包括瓦克莱夫·斯米尔（2006）和保罗·戴维斯（Paul Davies，2006）——也开始使用这一概念。戴维斯用“金凤花原理”重新阐释人择原理（anthropic principle），人择原理是布兰登·卡特（Brandon Carter）1973年提出的，后来又有约翰·巴罗（John Barrow）和弗兰克·蒂普勒（Frank Tipler，1986）深入阐述。英国地质学家简·扎拉斯维奇和马克·威廉姆斯（Mark Williams）共同撰写了《最宜居的星球：40亿年的地球气候变化》（The Gold: Lock Planet: The Four Billion Year Story of Earth’s Climate, 2012）一书。2007年，美国天文学家鲁塞尔·热内（Russell Genet）在《人类命运：曾为黑猩猩终为蚁》（Humanity: The Chimpanzees Who Would be Ants）一书中称“金凤花原理”是“宇宙间最基本的原理之一”（第24页）。不过奇怪的是，热内仅在叙述宇宙史的时候使用这一概念，而没有用来阐释人类史，虽然人类史才是其书的主旨。

[28] 参阅Spier (2008)。