当我深入进修到统计物理学，才开始逐步看到了两者的相似之处。牛顿方程之所以能紧密描写行星的举动，是因为这是个简朴体系，仅有几个少量的自由度。当我们调查气体中的分子，液体中的小颗粒，它们的举动是混乱无章的，好像也被偶尔的因素所阁下。而统计物理把这些混乱无章的个别举动提高到整个系统的行为，那些偶尔的因素在统计平均中消失了，提炼出了能量守恒与熵增的普适纪律，偶尔走向了一定。爱因斯坦曾经说过，在常识的将来，牛顿力学，相对论，量子力学城市被修改，而统计力学的定律却是永恒的。

本文来自张首晟为吴军博士《文明之光》一书所写序言，全文如下：

张首晟是斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身传授，一直在拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等规模做研究，他率领的研究团队于 2006 年提出的量子自旋霍尔效应被《科学》评为 2007 年「全球十大重要科学打破」之一。他还被杨振宁认为是下一个华人诺贝尔奖得到者，所获物理界重量级奖项包罗欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基本物理学奖等。

公元 476 年西罗马帝国消灭，欧洲进入了暗中的中世纪，古希腊罗马光耀的文明在其时的欧洲险些完全被遗忘。出于宗教狂热，罗马教皇乌尔班二世命令举办十字军东征，要从穆斯林教徒手中从头占领耶路撒冷。十字军东征总体上是失败的，使对象方各国生灵涂炭，但许多人不知道的是，十字军东征也在无意中搭建了西方世界与穆斯林文化的桥梁，对欧洲文化发生了久远的影响。其时穆斯林世界的文明成长远远高出了欧洲，阿拉伯的化学、天文、数字等常识便被带回了欧洲，尤其重要的是，阿拉伯生存了古希腊古罗马的文明，十字军东征把这些发源于欧洲，但又在欧洲丢失了的文明，从头带回了老家，最终导致了西方文艺再起的革命。十字军东征带回的书籍中就包罗古希腊天文学家托勒密的著作，他的思想即是通过阿拉伯学者之手重为欧洲所知。文艺再起所要规复的，即是古希腊古罗马的光耀，但这个光耀，却是通过阿拉伯世界保存并流传过来的，十字军东征无意中打开了这道文化大门。

由此可以看出，整个宇宙巨大性（Complexity）的发生，无论是恒星的发生，照旧人类文明的发生，都需要能量密度到达必然高度。

斯坦福大学物理系传授

张首晟

进修物理把我带进了另一个世界，牛顿方程下的宇宙，就像一个瑞士手表，每分每秒都在紧密地运转。小到树上的苹果，大到太阳系的行星，都被一个简朴而美妙的万有引力定律所形貌。这两个截然差异的世界都深深地吸引了我，可是物理世界的一定与汗青世界的偶尔却深深狐疑了我。

我也在思考，我们常常提到文明，那么什么是文明？文明的界说是什么？生物世界凡是只有一个流传信息的步伐，就是通过基因。而人类缔造了一个平行于基因的信息体系，就是通过语言和文字，代代相传，称之为文明。所以我将文明简朴界说为：平行于生物基因，可以代代相传的一个信息系统。在「文明之光」中，许多章节都提到了新能源的发明，人类每次新能源的革命，都带来了庞大的文明革命，譬喻蒸汽机、电力和核能的发现，都为人类文明带来的庞大的厘革。

凯撒大帝被视为古罗马帝国的无冕之皇，此刻人们每次提起他，大多讲的是他在疆场上的劳苦功高，和他与埃及艳后的浪漫史，以及他最后被本身钟爱的养子布鲁图刺杀。但我更想知道，他对人类文明起了什么浸染？作为古罗马帝国的创造者，凯撒大帝为了征服此外民族和国度，开始建筑罗马大道。西方古语有云，条条大路通罗马，可以想见罗马大道的局限。罗马大道建筑时是为了军事目标，用于运输部队和军事供应。阶梯的延伸带来了罗马国界和权利的扩张，增强了罗马帝国对被征服地域的统治。徐徐地，这个军事网络逐渐成长为金融、文明交换网络，起到了原先建筑罗马大道时意想不到的浸染。经济上，罗马大道使得罗马帝国征税很是利便，并极大地促进了贸易的成长。文化上，罗马大道促进了非罗马地域的文明化历程，使得罗马的政治制度、法令制度、经济模式、糊口方法等获得了遍及普及。但出人意表的一个例子即是基督教的流传。基督教发源于犹太国，犹太国其时是一个很小的国度，基础无法与罗马帝国活着界上的职位相提并论，耶稣基督和他的十二门徒就是来自这个小国。通过罗马大道，门徒们很是有效的流传了他们的宗教信仰，基督教从一个小小犹太国的信仰，成长为此刻世界的三大宗教之一，是一个传奇的汗青，可以说是人类网络效应第一个例子。从古罗马天子尼罗（公元 37-68）压迫基督教徒，到君士坦丁大帝（公元 272—337）把基督教定为古罗马国教，傍边只有短短不到三百年时间。基督教在整个罗马帝国的流传，也是一个网络效应的传奇。最终，古罗马帝国逐渐衰亡，但基督教却传播下来，对世界文明造成了深刻影响。

从小我就酷爱读汗青，那些可歌可泣的故事深深地冲动我的心灵，汗青好像就是一盘棋，运气时时在那些伟人的掌控之中。然而，我也常常会问一些好笑的问题，譬喻：当年假如荆轲刺秦王乐成，中国的汗青将会如何演化？假如布鲁图刺杀凯撒大帝不乐成，欧洲的汗青又会奈何？假如普鲁士部队来到拿破仑与威灵顿打得不行开交的滑铁卢疆场迟了两小时，世界又将转向哪个偏向？假如，假如……人类的汗青仿佛就被那些偶尔的因素牵着走。

清华大学会见传授

除科学家身份外，张首晟也是一名投资人，于 2013 年创建丹华成本，专注于投资最具颠覆性的创新科技和贸易模式，并搭建起斯坦福、硅谷和中国的桥梁。

每当我们读汗青之时，往往会问，在这之前产生了什么？汗青的发源是有人以来最常问的深刻问题，差异的民族，差异的宗教，差异的文化都有本身的传说，本身的「创世纪」，人类文明数千年，直到我们这时代，才真正相识了时间的原点。本日，我们知道，宇宙是在大爆炸中发生的，宇宙的年数为 137.98±0.37 亿年，地球的年数约为 45.4 亿年，恐龙是在 6500 万年前消失的，现代智人的年数约为 20 万年，人类有文字的汗青约为 5500 年，正如「文明之光」引言中所提，如将地球的年数缩短成一年，人类呈现仅在最后的半小时。所以，我们要读懂人类文明史，更需要从宇宙形成的原点出发，用大汗青的目光来看一切。在大汗青的标准下，更能把那些偶尔因素在统计平均的意义下去掉，留下宇宙演化与文明进步的真理。

所以我要问，可否用同样的目光来看汗青呢？汗青的众多章节，戏剧式的人物故事，尽量偶尔，就像液体中的小颗粒一样难以预测，可是，我们把时空标准徐徐放大，这些偶尔因素是否会在大数平均下彼此抵消而消失，从而提炼出真理呢？

因为人类是由原子和分子构成的奇妙物种，我们要找到普适于宇宙与人类的第一性道理，必需从最根基的观念出发，那就是能量、信息与时空。它们的团结，发生了能量密度与信息密度的观念。（值得留意的一点是，物理学家引进了熵的观念，厥后发明熵的统计意义就是信息，两者是等价的。）

宇宙大爆炸后，刚开始，宇宙中布满着根基匀称的微小尘土，跟着时间推移，尘土的密度也开始产生涨落，有些密度较量高的处所，通过万有引力的浸染，把别处尘土逐渐吸引过来，尘土世的间隔会很是接近，能量和质量的密度也会大大提高，高出临界值之后，有一种新的力会起更大的浸染，即强彼此浸染力，它使得原子核在碰撞时发生核聚变回响，聚变回响成为新能量的来历，通过这个机制，形成了恒星和星系，以后恒星点燃了宇宙之光。

亚历山大大帝兵马一生，英名盖世，征服了其时他所知的世界，但他英年早逝，还没成立起本身的皇朝，他的帝国就瓦解了，他给人类文明留下了什么呢？是一个图书馆！亚历山大大帝有两位老师，一位是他的父亲，教他用武力征服世界，另一位则是亚里士多德，教他吸取世界常识，「文明之光」中提到，在亚里士多德的影响下，亚历山大始终对科学十分热心，对常识十分尊重，并提供人力和财力支持，使得古希腊文明遍及流传。当他征服埃及之后，成立了海边的口岸都市，定名为亚历山大城。亚历山大在生的大方针是征服一切已知的世界，而他成立的图书馆的大方针是保藏人类一切的书籍与常识。其时每只船进入亚历山大口岸时，都要被搜查，若找到一本图书馆里没有的书，就会被「没收」一年，等图书馆事恋人员誊录完毕，重赏后才物归原主，这样年复一年，亚历山大图书馆收集了其时人类险些所有的书籍，声名远扬，成了古代信息密度最高的处所，也吸引了古代最精巧的学者。信息密度高出了临界值，加上精巧学者的伶俐，导致了一场古代社会的「常识大爆炸」。图书馆馆长埃拉托斯特尼（公元前 276-前 193）在一本书上读到埃及西厄这个处所，在夏至那天的正午，立竿而不见影，于是他出了一个奇妙的步伐，通过亚历山大城的竿影便能测出整个地球的周长。其时人类对数学已有了很多碎片化的常识，可是没有一个完整系统，欧几里得在图书馆里阅读万卷书之后，写出了千古奇书《几许原本》，用正义化的体系，不单奠基了整个几许学的基本，也拟定了整个科学研究的要领。「文明之光」中提到大科学家阿基米德与托勒密都曾在亚历山大图书馆里进修与事情，别离创建了物理学与天文学的基本。

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