科普丨《失效的科学》：用科学解析地震和股灾背后的共同规律

用科学解析地震和股灾背后的共同规律。

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地震、森林大火、股市崩盘，这些灾难往往令人防不胜防。那么这些灾难的发生是否有规律可循呢？人类能否依靠科学预测灾难，并想出应对之法呢？

本书作者马克·布查纳将看似不相关的灾难性事件联系起来，并解析了它们背后所隐藏的规律。

灾难为什么会发生？

灾难的发生与一个名为“自组织临界性”的概念密切相关。

如果我们不停向一个米堆上撒米粒，米堆会逐渐长高，斜坡也越来越陡，直到无法再陡。这时候的米堆就处于临界状态，下一颗米粒的落下可能就会引发一场“雪崩”。

磁铁也有它的临界状态。室温下的磁铁内部原子整齐排列，并共同作用以吸附外部物体。但是，如果把磁铁加热，内部原子秩序就会被打乱，逐渐处于混乱状态。当把磁铁加热到某一个“临界温度”，它会突然失去磁力。

和磁铁不同，米堆的达到临界状态不需要外部精心调节，它是自发的、自然而然地发展到临界状态，这就是“自组织”的神奇之处。

具有自组织临界性的系统，会自发地发展到临界状态。随后，对这个系统小小的干扰就可能引发灾难。自然界中的地震、森林大火等灾难发生过程中，都呈现出自组织临界性的特征。

灾难的规模和频率是怎样的？

灾难的大小和发生的频率，是有规律可循的，这就是所谓的“幂律分布”。

幂律分布是一种自然界中常见的分布规律，比如，海滩上遍布贝壳，其中小贝壳十分常见，大贝壳却难得一见。灾难的发生也是如此，小地震或者小火灾，常常发生，但真正大的灾难却不是那么常见。

以“地震”为例，为什么地震难以预测呢？这要从地震的形成机制说起。地球板块边缘的岩石，因为互相挤压，就像是一堆将要崩溃的米粒，积攒了大量的压力。一旦压力积累超过极限，就会突然释放出来，引起地震。这些岩石就构成了一个具有自组织临界性的系统。我们无法准确预测地震会何时爆发，就像我们无法预知米堆何时会崩塌一样。

尽管如此，我们对地震的认知并不是一片空白。幂律分布这个数学模型，可以让我们对地震发生的规模和频率有所预期。地震虽然看起来随意无序，但实际上，如果我们把所有的大小地震都放在一起看，就会发现明显的规律。通过计算发现，每当地震的规模翻倍，它们出现的频率就会减少到原来的四分之一。同样的规律也适用于森林火灾。

两次地震之间的时间间隔也遵循着幂律分布。有日本物理学家详细分析了大大小小地震和余震的爆发次数与准确时间。结果，他发现大地震似乎喜欢“扎堆出现”。比如，一个地区间隔一周发生一次地震的出现频率，是间隔两周发生一次地震的2.8倍。

尽管我们无法精确预测每一次地震或森林火灾的发生，但通过分析幂律分布，我们可以对灾难的模式有一定程度的理解，并为它们的发生做好准备。

人为灾难也符合物理规律吗？

尽管人类社会错综复杂，仍遵循自然界的某些基本规律。

拿股市来说，它的起起伏伏恰好展示了所谓的自组织临界性。每个人都想在股市里赚钱，低买高卖听起来简单，实则颇具挑战。。专家们的预测往往不准，因为市场是由成千上万个交易者所构成，他们都有各自的思想、情绪和策略，还有无数的公司和机构也在这场游戏中角逐。

股市里的买卖大军之中，每个人的选择都会影响到别人。人的行为虽然比自然界的原子或板块复杂，但股民们的互动，有点像米粒堆积到一起，挤压形成一个边缘状态。在此状态下，微小的变动足以引发显著的市场波动，导致股价大涨或大跌。股市可比作一个不断增高的米堆，虽表面上显现繁荣，却潜藏着随时崩塌的风险。

股市的波动，也不是无迹可循。实际上，我们常常看到股市小幅度的波动，但那些登上新闻的大崩盘却不多见。有学者曾对美国股市进行研究，发现股价的变动频率和幅度符合幂律分布的数学模型。揭示这种规律虽然不能让我们预知股价，但至少能增进我们对变幻莫测的金融市场的理解。

总结来看，无论是自然灾害还是股价崩盘，背后都存在普遍的规律和模式。通过理解这些规律，我们能够更好地准备和应对可能发生的灾难。

书名：《失效的科学：灾难是怎么发生的》

作者：[美] 马克·布查纳

撰稿人：圆的方块（理工科博士，科普作家）

编辑：阿柑 马云琪 郭琛

主播：石头说话2017

制作：匀绮工作室

监制&运营：郑涵 梁符航

总编辑：赵雅楠