提交 a5684d7e 编写于 作者: W wizardforcel

8.

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这个结果证实了沙堆模型产生粉红噪声。
## 8.7 还原论与整体论
Bak,Tang 和 Wiesenfeld 的原始论文是过去几十年中被引用次数最多的论文之一。 其他系统已被证明是自组织临界,特别是沙堆模型已被详细研究。
事实证明,沙堆模型并不是一个很好的沙堆模型。 沙子密集且不太粘,所以动量对雪崩的行为有着不可忽视的影响。 因此,与模型预测的相比,非常大和非常小的雪崩数量更少,并且分布可能不是重尾。
Bak 建议,这个观察没有考虑到这一点。 沙堆模型并是现实的沙堆模型;它旨在成为一大类系统的简单模型。
为了理解这个要点,考虑两种模式,还原论和整体论,会有帮助。 还原论模型通过描述系统的各个部分及其相互作用来描述系统。 当还原论模型用于解释时,它取决于模型和系统组成部分之间的类比。
例如,为了解释为什么理想气体定律成立,我们可以用点质量模拟组成气体的分子,并将它们的相互作用建模为弹性碰撞。 如果你模拟或分析这个模型,你会发现它服从理想的气体定律。 一定程度上,该模型满足了,气体中的分子表现为模型中分子。 类比位于系统的各个部分和模型的各个部分之间。
![](img/8-7.png)
图 8.7:还原论模型的逻辑结构
整体论模型更关注系统之间的相似性,而对类比部分不太感兴趣。 整体论建模方法通常由两个步骤组成,不一定按以下顺序:
+ 识别出现在各种系统中的一种行为。
+ 寻找证明这种行为的简单模型。
例如,在《自私的基因》(The Selfish Gene)中,理查德道金斯(Richard Dawkins)认为,遗传进化只是进化系统的一个例子。 他确定了这些类别的基本元素 - 离散复制器(discrete replicator),可变性和差异生殖(differential reproduction) - 并提出任何包含这些元素的系统都会显示类似的行为,包括不带设计的复杂性。
作为演化系统的另一个例子,他提出了“模因”(memes),即通过人与人之间的传播而复制的思想或行为 [2]。 由于模因争夺人类的注意力的资源,它们的演变方式与遗传进化相似。
模因模型的批评者指出,模因是基因的一个很差的类比。 模因在许多方面与基因不同。 但道金斯认为,这些差异并不重要,因为模因不可能与基因类似。 相反,模因和基因是同一类别的例子:进化系统。 它们之间的差异强调了真正的观点,即进化是一个适用于许多看似不同的系统的通用模型。 图?显示了这个论述的逻辑结构。
Bak 也提出了类似的观点,即自组织临界性是一大类系统的通用模型:
> 由于这些现象无处不在,它们不能依赖于任何具体的细节......如果一大类问题的物理结果是相同的,这为【理论家】提供了选项,选择属于该类的最简单的可能的【模型】,来进行详细的研究 [3]。
许多自然系统表现出临界系统的行为特征。 Bak 对这种普遍性的解释是,这些系统是自组织临界性的示例。 有两种方式可以支持这个论点。 一个是建立一个特定系统的现实模型,并显示该模型表现出 SOC。 其次是证明 SOC 是许多不同模型的一个特征,并确定这些模型共同的基本特征。
第一种方法我称之为还原论,可以解释特定系统的行为。 第二种是整体论的方法,解释了自然系统中临界性的普遍性。 他们是不同目的的不同模型。
对于还原论模型,现实主义是主要优点,简单性是次要的。 对于整体模型,这是相反的。
## 8.8 SOC,因果和预测
如果股市指数在一天内下跌一个百分点,则不需要解释。 但如果它下降 10%,人们想知道为什么。 电视上的专家愿意提供解释,但真正的答案可能是没有解释。
股票市场的日常变化展示了临界性的证据:数值变化的分布是重尾的,时间序列表现出粉红噪音。 如果股票市场是一个临界系统,我们应该预计,偶尔的巨大变化是市场普通行为的一部分。
地震强度的分布也是重尾的,并且存在可能解释这种行为的,地质断层动力学的简单模型。 如果这些模型是正确的,那就意味着大地震是普遍的; 也就是说,与小地震相比,他们不需要更多解释。
同样,查尔斯·佩罗(Charles Perrow)认为,像核电厂这样的大型工程系统的故障,就像沙堆模型中的雪崩一样。 大多数故障是小的,孤立的和无害的,但偶尔坏运气的巧合会产生灾难。 当发生重大事故时,调查人员会去寻找原因,但如果佩罗的“正常事故理论”是正确的,那么可能没有特殊原因导致严重故障。
这些结论并不令人欣慰。 除其他事情外,它们意味着大地震和某些事故从根本上是不可预测的。不可能观察临界系统的状态,并说大雪崩是否“来临”。 如果系统处于临界状态,则总是可能发生大型雪崩。 它只取决于下一粒沙子。
在沙堆模型中,大雪崩的原因是什么?哲学家有时会将直接(proximate)原因与根本(ultimate)原因区分开来,前者是最直接的原因,无论出于何种原因,后者被视为真正的原因。
在沙堆模型中,雪崩的直接原因是一粒沙子,但引起大雪崩的沙粒与其他沙粒相同,所以它没有提供特别的解释。大雪崩的根本原因是整个系统的结构和动态:大雪崩的发生是因为它们是系统的一个属性。
许多社会现象,包括战争,革命,流行病,发明和恐怖袭击,其特点是重尾分布。如果这些分布的原因是社会系统是临界的,那么这表明主要的历史事件可能从根本上是不可预测的,并且无法解释。
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