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斯坦福大学终身教授张首晟:区块链最核心的理念,必然是「 In Math We Trust 」

2018-6-14 16:04

来源: 大数据文摘

熵,自然界的共识机制


在人类社会要达到共识是非常难的,好像只有中央银行才能做。但是自然界有没有达到共识的机制?


很多同学都会在冰箱上面用磁铁贴一张照片。磁铁为什么能够吸在冰箱上?

不止是磁铁才有磁性,其实所有的物体都有磁性。所有物体都是电子组成的,每个电子就像一个小小的指南针,有一个北极,有一个南极。绝大多数电子的指南针所指的方向,完全是随机分布的,所以电子自旋加起来就没有总的磁性。

但是自然界有一个非常非常奇妙的现象,在一种比较特殊的情况下,比如温度比较低,而且是在一些特殊的物体里面,所有电子都同时指向同一个方向,这就达到了共识。他们没有中心化的指挥,就说明他们是达到了共识。

共识是货币最核心的概念,就是说,我们一定要有共识,才能够用一个物品作为交换的媒介。但是在自然界,好像不需要一个中央的指挥,这些完全没有意识的电子就能达到共识。

大家仔细想一想,达到共识必须要付出代价。

我在教统计力学第一堂课的时候,总是引用一句文学大师托尔斯泰的话:

“幸福的家庭总是相似的,不幸的家庭各有不幸。”

比如同学们的寝室,绝大部分时间是很乱的。人类的语言非常简单,我们只用两个名词,整齐和乱,听上去好像50%的概率是整齐的,50%的概率是乱的。但是仔细想想,乱有很多方法,整齐只有一种整齐的办法。

比如说寝室里面有一个牙刷、一双皮鞋、一只钢笔。整齐的办法是钢笔放在书桌上,皮鞋应该放在门口,只有这一种做法。乱的做法有很多,牙刷放在门口,皮鞋放在书桌上等等等等。乱的办法比整齐的办法多得多,久而久之,如果每种办法概率一样,乱的概率远远大于整齐的概率。

大自然有一个必然的趋势,随着时间的推进,越来越无序。无序的办法有很多,有序的办法只有一种。

大自然的趋势如果是越来越无序的话,为什么这些电子都要指向同一个方向?这就引进了「熵」的概念。

熵等于是在衡量一种排列组合。自然界总是越来越趋向于无序,不能达到共识。达到共识唯一的办法,就是把周围搞得更乱一点,把自己搞得整齐一点。

生命就是这种现象,生命是高度有序的现象,但是生命必然会把周围搞得更加乱一点。

在有些系统里面,它可以自己变得比较有序,把熵排出去。总的熵还是在增加,但是自己的熵在减小,自己变得更加有序,达到了共识。

到了生物的世界,也有同样的现象。比如说单细胞的细菌,他们会同时做一些非常有趣的行为,比如说同时发出光来。一个细菌发出光来也不能看见周围,还要浪费掉很多能量,很不划算。所以看到周围细菌比较多的时候,大家一起发光。

细菌有一个相互交换的机制,每个细菌发出一些信息,周围如果收集到很多信息的时候,就代表周围的细菌比较多,大家马上决定,一起开始发光。这种机制在生物世界也有,物理世界也有,我们看到一个必然的趋势,使得我们知道有序是很有价值的。

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