夸克与美洲豹

几十年以来，我一直保持着这样两种爱好：其一是，我喜欢我的科学研究，试图找到所有物质的最基本的组成要素所服从的普遍规律；其二是，我又喜欢在业余时间里探讨地球上生命与人类文化的演变。我总觉得两者以某种方式密切地联系在一起，但在很长一段时间内我不清楚它们究竟是如何联系起来的（除自然之美这一共同主题以外）。

表面上看来，基本物理与这些其他的业余爱好之间有着很大的差别。在基本粒子理论中，我们研究的是电子和光子这样的物质，这些物质无论在宇宙的何处都具有相同的行为方式。事实上，所有电子都是严格地可与其他电子交换的，光子也一样。基本粒子没有个性。

基本物理的规律被认为是严格的、普遍的和不变的（除了可能的宇宙论之外），尽管如此，我们科学家还是可以通过一连串的近似而不断接近这些规律。相反，像考古学、语言学和博物学这样一些学科研究的是有个性的帝国、语言和物种，更详细地说是有个性的古代人工制品、单词和包括我们人在内的生物。在这些学科中，规律是近似的；而且，它们研究的是历史和生物种类或人类语言、文化所经历的演化类型。

但是，基本的量子力学物理规律确实可以引起个性。在这些规律支配下的宇宙因自然进化，产生了散布于宇宙之中的特殊物体，比如地球。然后通过地球上的一些过程，比如生物进化，同样的规律又导致了诸如细腰猫和兀鹰之类的特定个体的产生，这些特定的个体具有适应环境和学习的能力。最后，这些规律又导致了另一些有自己的语言和文化，并能够发现那些基本物理规律的特殊个体，比如人的产生。

曾经有几年的时间，我不但在研究那些规律本身，也在考虑那些规律之间的连锁关系。例如，我一直在想，经历了学习和生物进化过程的复杂适应系统，与非适应性的进化系统（如类银河系和恒星系）不同的特征在哪里。复杂的适应系统包括正在学习母语的儿童；正形成对抗抗生素的耐药性的一群细菌；检验新理论的科学团体；一个获得创造性思想的艺术家；一个形成新习俗或接受新迷信活动的社团；被设计用于发展赢棋新策略的计算机；发展各种方法来使本种族和谐地生活在一起，并和地球上其他生物和平共存的人类。

对这些关系了解得越多，我就越想把自己的想法与感受告之于众，一吐为快。我平生第一次产生了想写一本书的强烈愿望。

这本书的题目来源于我的朋友亚瑟·斯策（Arthur Sze）所写的一首诗中的一行。亚瑟·斯策是一位伟大的美籍华裔诗人，住在圣菲。那行诗是这样写的：“夜晚徘徊的美洲豹，与夸克的世界息息相关。”

夸克是基本粒子，是原子核的组成单元。我和另外一位理论物理学家分别预言了它们的存在，并由我给它们取名为夸克。在本书的书名中，夸克象征着支配宇宙及其中的物质之发展变化的简单而基本的物理规律。可能在许多人看来，“简单”一词并不适用于现代物理学。这是一种错误的想法，事实上，本书的目的之一，就是要说明“简单”怎样适用于现代物理学。

美洲豹代表我们周围世界的复杂性，尤其是复杂适应系统所显示出来的那种复杂性。在我看来，亚瑟塑造的夸克和美洲豹的形象完全表达了我所称之为简单与复杂的自然界的两个方面：一方面，是关于物质和宇宙的基本物理规律；另一方面，是我们直接观察到的包括我们自身在内的世界之纷繁的结构。而且，正如夸克象征着那些一经发现，即受到人们全面审视的物理规律一样，美洲豹是那些难以捉摸的复杂适应系统的一个暗喻，至少我觉得是这样。只是它始终拒绝让我们仔细观察，尽管它那刺鼻的气味在灌木丛中远远地就能闻到。