从蝴蝶效应到人工智能

李二友 杨艳梅

①控制论的创始人维纳说：“钉子缺，蹄铁卸;蹄铁卸，战马蹶;战马蹶，骑士绝;骑士绝，战事折;战事折，国家灭。”这体现出马蹄铁上丢失的一枚小小的铁钉最终导致了一个帝国的灭亡。在我国，古人也普遍认为一个微小的改变就会对未来产生很大影响。战国末期著名思想家韩非子说过：“千丈之堤，以蝼蚁之穴溃;百尺之室，以突隙之烟焚。”在儒家经典《礼记·经解》中也有记载：“君子慎始，差若毫厘，谬以千里。”这些都说明了事物是普遍联系的，一个小小的变化就会带来全局的输赢，因此我们要处处谨小慎微，要从小处消除隐患。

②这一现象与蝴蝶效应具有异曲同工之妙。蝴蝶效应是1963年美国麻省理工学院气象学家洛伦兹在用计算机求解仿真地球大气的方程式时提出的“非线性”理论。由于描述气象系统的吸引子的“形状”往往都呈现出类似蝴蝶的图案，这就有了“蝴蝶效应”的称谓。这种效应更为诗意和普遍的阐述是：“一只南美洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。”蝴蝶效应类似于牵一发而动全身的理论，每件事情有形或无形地联系在一起，一次改变会引起后面很多事情的改变。

③蝴蝶效应指在一个动力系统中，初始条件微小的变化能带动整个系统的长期的、巨大的连锁反应。说明任何事物在其发展道路上都存在不可测的“变数”，一个非常细微的变化可能会影响事物的发展方向。

④因此有些小事可以糊涂，但有些小事如经系统放大，则对一个组织、一个国家至关重要，便不能糊涂。蝴蝶效应其实是一种混沌效应。具体说来，是缘于它的最终“吸引子”(一个系统在经过时间无限长后的最终归属)。在未发现混沌现象之前，科学家认为自然界的所有系统的“吸引子”只有两种：或是一个固定点(例如：一个皮球被踢出去之后，最终会停止到一个点);或是椭圆(例如：两个天体运行在椭圆轨道上，始终保持一种互相吸引)。但是，洛伦兹通过计算发现，计算的结果对参数的初始值非常敏感，即使两个初始值只是相差到小数点后的第6位数，计算结果也相差巨大，因此说气象是很难准确预测的。

⑤蝴蝶效应之所以令人着迷、令人激动、发人深省，不仅在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩，更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。“蝴蝶效应”一词一经提出便迅速成为许多领域的热门词汇。它不仅应用于天气、股票市场、社会学及心理学等领域，还可应用于经济学和数学，就是在我们熟悉的电影业中也有涉猎。

⑥20世纪八九十年代，电影界人士对蝴蝶效应产生了极大的兴趣。有些作者将蝴蝶效应表述为一种人生的幻象，也就是一些人展现出对初始值格外敏感的人生。假如人们在时间的长河中回溯到过去，如果改变了过去的一个(初始值)点，则会改变这些人的人生历程，甚至会改变现有的世界。一些导演在创作上都试图从时间长河中改变一点，并对此进行情节上的大肆渲染，再将这些回归到历史的激流中，这种手法让观者大呼过瘾。像《大话西游》《寻秦记》《步步惊心》和《达芬奇密码》等影视作品中都有这样的设计。

⑦随着计算机技术的飞速发展，计算机已经从一种只是进行机械运算的机器发展成为无所不能、甚至可以穿戴的技术产品，未来还会逐渐成为人体的一部分。计算机运行的逻辑基础就是二进制的0和1，经过无数次的分形迭代后，可以组合成人们现在已经看到的无所不能的计算机世界。既然计算机的基础是0和1，那么计算机程序对于初始值的敏感程度更甚(不是0就是1)。人们在尝试寻找出一条分形迭代N次之后的路径的难度可想而知。

⑧经过多年的发展，如今人们又开始借助计算技术重操“旧业”——定制未来的思想。这次要启用“人工智能”或者用机器替代人，或人工和机器相结合，以实现机器在规定的程序动作外可以自我学习，自我复制，甚至自我进化，从而可以达到某些高级动物的智能。

⑨不过，目前人工智能技术的发展仍然是横在计算机发展过程中的一道难以逾越的关口。另外，人们要想创造人工智能，必须保证初始值的正确。如果初始值的设置有问题，以后的努力都是徒劳的，甚至南辕北辙。如果能找对方向，未来通过计算机的超高计算能力，会使发展的路径更加顺利一些。当前，我们的时代似乎就处在寻找人工智能的初始值的节点。

⑩当然，最令人们感到有诱惑力的是：人类是否可以采用改变过去的方式来改变未来呢?不同时期的科幻电影给出了不同的答案。在2004年上映的《蝴蝶效应》里，尽管主人公不断做出努力，还是逃不出“宿命”的安排。而在2014年的大片《明日边缘》里，人类通过自我学习、自我进化，最终改变了人类的未来。在电影《源代码》中，主人公可以反复“穿越”到一名在列车爆炸案中遇害的死者身体里，在一次次地“穿越”中最终寻找到元凶，阻止了一场更大规模的恐怖行动。在现实中，人类要变被动为主动，找到正确的初始值，应该更加积极主动地设计未来，我们期待着人类即将进入的又一个新的进化分支。

“脑控”成为科技新宠

科技电影中主角用意念移动物体的场面时常让人心潮澎湃，如今这已经不再仅仅只是一种幻想。科学家通过对大脑这一人体最重要的器官的不断研究，开发出了多种“脑控”科技产品，充分发挥了大脑的指挥功能。

英国一名设计师日前开发出一种脑控独轮车，工作原理是骑车者佩戴一种由脑脉冲控制的特制护目镜，通过蓝牙技术与独轮车动力系统保持即时联系。一旦前方有障碍物，护目镜检测到脑脉冲的变化就会自动发出减速或停车指令，保证骑车者的安全。这种独轮车是依靠环保电池驱动的，每次充分充电后可以骑行4小时。

美国国防部的一个实验项目开发出了一种传感器，植入瘫痪患者脑部后就能够用意念操控机械手臂，大大便利了患者的日常生活。这项技术依靠一个由数百个接触点组成的4毫米传感器实现，每个接触点对应大脑中特定的位置，能够即时“解码”从脑细胞和神经中传来的信号。信号被传递到电脑之后，由特定软件对照人体运动模式进行解码分析，并生成操作机械手臂的代码。

无独有偶，韩国高丽大学的研究小组也致力于帮助瘫痪人群获得活动的能力，为此他们研发出一款先进的外骨骼机器人。这款外骨骼机器人通过脑电波接口测量信号并读取用户的脑电波，再由信号处理系统筛选出正确指令并给信号分类。最终，通过匹配分类脑波与大脑发出的信号，确定外骨骼机器人的运动方式，完成用户的指令。

巴西世界杯开幕式上，一名残疾人利用脑控技术完成了开球仪式，让全世界观众共同见证了脑科学技术的发展。这项脑机接口技术近期也有新的发展，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员开发出一种装置来远程控制机器人，旨在帮助残疾人士探索未知区域。测试者需要在脑中植入芯片，或者戴上布满金属片的脑电头套，通过脑电波变化来指挥机器人的行动。

由此看来，国际脑研究组织将21世纪称为“脑科学时代”不无道理。目前人类对大脑的研究仍然是有限的，随着科技的飞速发展，相信未来脑控技术将在更多领域发挥更大的作用。

中国结

①中国结是中华民族独有的文化符号，具有丰富的内涵。

②中国结起源于上古先民的结绳记事，可谓历史悠久。据据《易·系辞》载：“上古结绳而治，后世圣人易之以书目契。”梁武帝诗《有所思》中有“腰间双绮带，梦为同心结”之句。可见，在古老的华夏土地，“结”被先民们赋予了特定的表情达意功能，备受人们的尊重。

③中国结是具有民族特色的纺织类工艺品。它的最大特点是工艺精巧，每个结从头到尾都是用一根线绳， 靠一双巧手，用绾、结、穿、缠、绕、编、抽等多种工艺技法循环有序地而来。其形式多为上下一致、左右对称、正反相同，首尾可以互相衔接的完美造型。同时，中国结的命名，也具有中华民族特有的吉祥美满的象征义，如“双寿”、“双喜”、“龙凤呈祥”“鲤跃龙门”、“福寿双全”、“万事如意”、“吉庆有余”等，将这些具有特殊意义的结饰送给亲友，不但喜气洋洋，也是一种千情万意的祝福。

④在编织中国结时，最主要的材料是线绳。一般说来，用来结艺的线绳约为100厘米长，4-6毫米粗，线绳的种类很多，过去主要有丝、棉、麻，现代材料则增加了尼龙、混纺等，不仅色泽更加亮丽，耐用度也大大提高，究竟采用哪一种线绳，要根据所编织的结的用途而定，用来编结的线绳的纹路愈简单愈好，纹路复杂的，虽然单看绳线很美观，用来编结却不合适，不但纹式失色，绳线本身的美感也会被淹没。线的粗细，要视饰物的大小和质感而定，开大质粗的首选粗线，形小质细的宜选细线。线的硬度也要适中，若线太硬，会给编结者增加难度，结形也较生硬；若线太软，编出的结形不输廓清晰，结形不挺拔，不能体现线条的韵律美。

⑤一件结饰要讲究整体美，不仅要用线恰当，线纹平整，结形匀称，结与饰物的关系也要协调。选线要注意色彩，若与古玉一类的古雅物件配编中国结，应选择含蓄的色调，诸如咖啡色或墨绿色；若为一些色彩单调，深沉的物件编中国结，夹配少许金，银或亮红等色调醒目的细线，立刻就会使整体结饰有栩栩如生之感。

⑥如今，中国结仍然随处可见，广为流行，中式服装上精致的盘扣，让人不禁倾心于古老的东方神韵；新春佳节时，吉祥喜庆的“春”字结红遍千家万户。中国结这一传统的手工编织艺术，与现代生活相结合，生发出多种现代审美意蕴，带给人们无限的情趣和生活美感。                                            

3D生物打印

       今年7月，深圳医院整形外科团队运用3D生物打印技术，通过3D打印辅助的耳廓塑形再造手术，让一位右耳廓先天发育不全的女孩再次长处一个正常的新耳朵。

       目前，3 D生物打印技术只能制作一些简单的组织，离打印复杂器官的目标还有 数年的距离，但是研究者们对它充满信心。在这种技术成熟之后，我们将会拥有个人专属的器官库，随时可以打印只适合自己的身体器官。因为器官衰老和死亡这件事也许可以避免，健康的肉体将会与健全的思维存在同样长的时间。

（选自《科技纵览》，有删改）

风雨宝带桥

简梅

①顺着粉墙黛瓦的江南旅途，穿越无数星星点点的人间烟火，沿着曾经的繁华与斑驳一路向南，向北……眼前，越来越大的雨，仿佛有着诉不尽的心事。

②宝带桥，即是在此时跳入我的眼中。风声潇潇，雨点漫漫，时光似回到那些画面中，有悲、有喜、有怒、有恨，有感恩与怀念，有担负与苍凉……

③始建于唐元和十一年至十四年（公元816—819年）的宝带桥，傍京杭运河西侧，跨澹台湖口，属全国重点文物保护单位，并作为中国大运河重要遗产点列入“世界遗产名录”。全桥用坚硬素朴的金山石筑成，桥长三百一十六点八米，桥孔五十三孔，是中国现存的古代桥梁中最长的一座多孔石桥。史志记载，唐代沿大运河所筑纤道中断于澹台湖，此处水急波高，不利舟楫，致使粮船滞集。苏州刺史王仲舒献束身宝带，募集资金，构筑长桥，桥因而得名。因为“挽道”，故一反江南常规，不取“垂虹架空”之石拱型，而设计为“宝带卧波”之长堤型，令船工纤夫皆受其利。

④宝带桥不仅改善了大运河和澹台湖之间的交通条件，而且因其制造精巧，采用了联拱低平的方式，保持着水流通畅。其中三孔特别高，以通大船，两旁各拱面逐渐下降，形成弓形弧线，其风格壮丽，结构轻盈，巧妙玲珑；加上周围青山绿水相衬，恰似飘动在水乡原野上的一条宝带，更显绮丽多姿。如果有幸在月圆之夜，荡舟澹澹湖面，多孔联翩、富于变化的宝带桥倒映水中，恍似晃动着无数的虚月，与天上明月遥遥呼应，虚实相和，宛如人间仙境。

⑤时光悠悠，古桥承接过多少脚印，抚摩过多少春秋，人类文明与荒蛮的历程，就这么一点一滴融进其屹立的身躯。它见证了各朝各代经济繁荣，流泽过南北风情：南方的丝绸、茶叶、糖、竹、木、漆、陶瓷等源源不断运往北方，北方的松木、皮货、煤炭、杂品等也不断由运河南下；漕粮调配、收缴、发送、押运、下卸、储备等等，都随着纤夫号子，行踏于它坚实的石面。宝带桥也遭遇过灾难与不幸：清同治二年（1863年）英国洋枪队头目戈登为攻破苏州，镇压太平军，悍然下令拆去中间最大孔的第九孔，致使北端二十六孔连锁崩塌；1937年抗日战争初期，日军又炸毁南端六孔，满目疮痍，直至1956年才得以修复。桥南北两端原来各有石狮子一对，南端的一对已沉入河底，北端的一对摇晃着无声的叹息。疼了，它不说；累了，它坚忍；塌了，它唯有等待……自唐元和年间建成的四百多年间，宝带桥历经宋、元、明、清五次重建、重修，现存桥为清同治十一年（1872年）重建，1956年修葺，1982年又进行维修，桥型一直保持至今。

⑥关于宝带桥，还要提到另一个人，他主持查勘修缮宝带桥，费资“工料银六千六百七十两有奇”，立下不可磨灭的功劳。道光三年（1823年）三月，春光明媚，一叶扁舟徐徐向苏州驶来，舱中坐着一位面容端庄、衣着朴素的中年人，他正是刚在正月初七被道光皇帝任命为江苏按察使的林则徐，而自这一年起始，至道光十二年（1832年）再任江苏巡抚，林则徐与苏州结下了不解之缘。

⑦江苏乃富庶之地，古为天下粮仓所在，但道光年间，严重的旱灾与水灾使大地龟裂，黄河异涨。连年不断的水灾更是暴露出江南水利失修的严重性，林则徐见这片富庶之地哀鸿遍野、民不聊生，忧心忡忡。在写给友人的一封信中曾言：“江苏之病，更比吾闽为难治者，以局面太大，积重难返二语尽之……”注重经世致用，每任一方官吏必做实事的他，采取围田抢种、补种，主张开挖太仓浏河故道泄水。他重水利、利农田、晓民生，决定疏浚河道、修筑海塘，强调为官者不能“只顾钱漕，玩视民瘼”。数次乘小舟视察浏河，“察勤惰、测深浅，与役人相劳苦”，也亲往白茆河工地，赴海口“视潮势，议筑坝”，“又濬丹徒、丹阳运河，宝带桥泖淀诸工，以次兴举，为吴中数十年之利”。从这些历史陈迹中，我鲜明地看到一个清廉正道，先天下之忧而忧、后天下之乐而乐的地方大吏形象。

⑧而今，我的视线终于有机会落到了这座桥。我在风雨中与它邂逅。汲着雨水，鞋子里早已发出啧啧的声响，但我全然顾不到这些了，我似听到了一阵一阵的风涌潮起，纤夫们齐整的号声，拉起了多少朝夕的艰难困苦，拉起多少夜夜笙歌的江南明媚；又仿佛看到如林则徐一样的历代功臣，在运河边运筹帷幄，在漶漫无情的水患前毫无退却，只为百姓民生；还看到无数的无名英雄、能工巧匠，用智慧、辛劳、坚毅，砌垒、拼接、凿雕成了这座独一无二的桥……

⑨走一步，就背着一个远去的故事，重叠多少身影。每每追寻宝带桥的经历，那难以抹去的沉郁，时间愈久，留给生命的思索，愈加绵长。

《人民日报》（2016年07月20日24版）

《萤火虫的“闪光语言”》

①生物发光是自然界的一大奇观。有人注意到，在萤火虫的腹部有些地方表皮特别薄，薄得几乎透明。这层薄膜下面就是萤火虫的发光器。发光器是由发光细胞层和反光细胞层构成的，在这些细胞周围分布着许多小神经和小气管。发光细胞里含有一些奇妙的物质：荧光素和荧光素酶。早在1885年，法国科学家杜波伊斯就在实验室里提取了萤火虫的荧光素和荧光素酶。荧光素是一种磷化物，是发光的主要物质。

②萤火虫发光的过程还得有氧气参加。萤火虫呼吸时，氧气从小气管进入发光细胞。荧光素接受三磷酸腺苷（即ATP）提供的能量后被激活，在细胞内水分的参与下，由荧光素酶催化，激活的荧光素与氧气发生化学反应形成氧化荧光素，当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子，就可以发出光亮。这些光经反光细胞反射，会更加光彩夺目。当然，萤火虫的发光过程是受神经系统控制的。它通过控制空气的流量，可以收放自如地使光变强、变弱或者熄灭，而发光器的启动则起始于传至发光细胞的神经冲动。

③萤火虫发光时几乎不发热，当萤火虫停在我们手上时，我们不会被萤火虫的光烫着，当然，萤火虫更不会被自己的光烫伤，所以我们把它的光叫“冷光”。正由于是冷光，几乎没有热量的损失，因此，它用于发光所消耗的化学能，95％以上转变成了光能。主动发光毕竟是对能量的一种消耗。生物的生存策略有一个基本的共性，那就是在维持正常生命活动时最大限度地节省能量，因此萤火虫主动耗能发光必定是一种重要的求生手段。事实也正是如此。萤火虫收放自如地发光的确是一种重要的求生手段，那就是形成传递信息的“闪光语言”。

④有人认为萤火虫的闪光语言有求偶、沟通、照明、警示、展示及调节族群等功能，但是人们认识得最清楚的是萤火虫闪光的求偶功能。萤火虫的美丽闪光，就像巧舌如簧的黄鹂啼鸣、美丽动人的孔雀开屏、威武雄壮的马鹿犄角，在求偶中起着重要作用。由于不同种类的萤火虫闪光的明暗、颜色、长短、间隔、次数等不同，因此不同种类的萤火虫之间就不会交尾、繁衍后代，这样就形成了生殖隔离，保证了种群的稳定延续。

⑤夏秋时节晴朗的夜晚，一般来说，雄性萤火虫较为活跃，日落之后，常常主动四处飞舞并通过闪光表演来吸引异性，而雌性则停在草丛中羞涩地发出信号然后耐心等待。雄虫发现闪光后，就会迫降到离雌虫不远的草叶上，然后慢慢逼近到离雌虫十几厘米处，“嚓、嚓、嚓”发出连续而短促有力的闪光，这是求爱的语言。如果雌虫有意接受，它就朝雄虫羞涩地回应一次闪光。雄虫一见大喜，便美滋滋地靠过去，与雌虫甜蜜相会，当一回“新郎”。还有一种萤火虫，雌虫会按精确的时间间隔，发出“亮灭、亮灭”的信号，雄虫收到这一信号后，则以“亮灭、亮灭”的信号回答。它们用特定的闪光语言交谈，一旦建立感情，就飞到一起，结成配偶。

⑥萤火虫的闪光语言大都是用来传达爱的信息的，但有一种狡猾的萤火虫却将它发展为一种奇特的诱食方法。这种萤火虫的雌虫会模拟另一种萤火虫的闪光，骗得后者的雄虫飞来。如果克制不了贪欲，经不起色诱，当这只雄虫兴致勃勃地前来约会，并做着当新郎的美梦时，雌虫就会毫不客气地将其捕捉、饱餐一顿。（节选自2015.4《百科知识》）

  泥叫叫

  “泥叫叫”又名“娃娃哨”，是一种传统的民间工艺品，主要用于儿童玩具和民间祭祀两种用途，具有很高的艺术价值。泥叫叫作为可以吹的哨子，它五颜六色，外表涂上油后，又黑又亮又好看，适宜儿童玩耍。泥叫叫有很多种，如：鸟哨、鱼哨、猪哨等。

   “泥叫叫”是鱼化寨的特产。鱼化寨位于西安西郊，这个巨大的城中村里，黑压压地住了不下于二十万人。然而，这个村落却是一个有着仰韶文化遗址的古村寨，历经十几个朝代的沧桑变迁，给这个村寨留下了独具的名字和独特的文化遗产：“鱼化寨”与“泥叫叫”。

相传，在清末的时候，鱼化寨有个东围墙村，村里有一个“娘娘庙”，里面住着两位从外地流落至此的老汉，以做“泥叫叫”为生。因其乐善好施，村上小孩都有泥叫叫玩耍吹唱。两个老汉的举动启发了鱼化寨人的灵性，后来村民们相继投入“泥叫叫”的生产，因此，东围墙村后来被誉为“泥叫叫村”。

   还有一种说法传说，那时从户县来了个讨饭的，人称“户县张”，住在鱼东村的一座庙里，会做“娃娃哨”。刚好鱼化寨一带有适合制作“娃娃哨”的黑土，“户县张”便以制作“娃娃哨”为生。村民跟着学，在鱼化寨渐成气候，一代代流传下来。解放初还曾被当作中国民俗工艺品的代表漂洋过海到瑞士展览。

    在过去，每逢农闲时节，村子里家家户户取土做“泥叫叫”，送到古城西安城隍庙、八仙庵等地，由挑担小贩穿街走巷叫卖，十分畅销。“泥叫叫”亦成为当时孩童们心中不可多得的玩具。“泥叫叫”从清末至今，经历了起起伏伏。如今，鱼化寨当地的村民早已经不再制作“泥叫叫”，甚至一些年轻人已经不知道“泥叫叫”为何物。全西安现仅存两位“泥叫叫”手艺的传承人，一位是生活在白鹿原狄寨街道办的徐文岳老人，另一位就是鱼化寨的杨云峰，他们二位都已年过古稀。早在2007、08年，徐氏“泥叫叫”制作工艺，分别被列入陕西省和西安市非物质文化遗产名录。