如果每個人都是一個粒子……
人類的許多社會行為似乎是難以捉摸的，包括經濟、交通、個人選擇。不少科學家嘗試從物理的角度解釋人類社會，他們將人比作粒子，每個個體之間的行為、選擇都會互相影響。就像物理粒子會受到不同類型的力的控制，每個人也受到「社會力」的影響，我們彼此造就了經濟的飛騰和衰敗，交通的擁擠和順暢，觀點的誕生和消失……
撰文 | Philip Ball
編譯 | 潘磊
審校 | 楊心舟 吳非
把人比作在不可見力的作用下無序運動的粒子，這似乎不太可行。如果我們用錯誤的物理思維來描述人類社會，會產生許多問題。
物理學家研究發現，自然系統不會一直遵循經典的平衡模型，即它不會一直保持穩定態。同樣，社會模型不能假設社會只會按照一種方式運作，如果套用了不合適的物理模型，可能會讓社會看起來像死板的機器。正因為社會很少達到平衡態，社會物理學必須折射出「人性化」的特點：那就是出人意料。
經濟學存在嚴格規律？
我們可以用經濟學來說說社會物理學的魅力和陷阱。亞當·斯密（Adam Smith）從來沒有真正使用過「市場力量」（market force）這個術語，但這個比喻顯然早就存在於他的腦中。他注意到，市場價格會被一種無形的力量控制。他聯想到一個世紀前，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）闡釋看不見的力量——引力。斯密也在他的《國富論》中說，在經濟中有一雙「看不見的手」調節著平衡。
斯密不是唯一遵循牛頓物理思維的人。「機械宇宙觀」在當時是最流行，最前沿的思考方式。人們用它理解一切自然，甚至用來理解人體和社會的機制。
19世紀，人們仍普遍認為，經濟學像天文學一樣具有嚴格的運作規律，想要干擾這些規律（比如嘗試調控市場）不僅是不明智的，還會違背自然。
而反對將經濟學「物理化」的人認為，地球上還沒有生命的時候，物理規律就存在了；而經濟行為是人類出現後才產生的。顯然，後者不能用物理中的數學公式進行歸納，也不能用機械的宇宙觀來進行預測。
但是，18世紀和19世紀早期的科學家發現，可以利用統計學解釋人的不可預測性。他們驚奇地發現，許多出於人類意志的行為，包括犯罪和自殺，或者一些看似由完全隨機因素決定的事件（例如郵件中未送達的信件數量），都遵循著可靠的統計規律。它們不僅有穩定的均值，而且偏差值會落在高斯曲線上（正態分布中的標準曲線），這不是簡單的巧合。
現在如果發現一些社會現象符合正態分布，我們可能不會感到驚訝。因為我們已經知道，在一個獨立事件重複發生多次之後就會產生這樣的結果。在19世紀，科學家認為這種現象似乎能夠支持另一種觀點，即社會也存在如「牛頓定律」一樣嚴格的規律。
如果上述理論成立的話，經濟規律又是怎樣出現的？顯然，經濟誕生於無數個體商販、經銷商以及市場上投資者之間的交易行為。因此經濟決策涉及無數的人性特點，怎樣歸納最重要的因素？科學家同樣能夠在物理學中找到答案。19世紀中葉，歸納推理滲透進每一個領域。著名物理學家麥克斯韋和玻爾茲曼曾用歸納推理來研究物質的行為：他們認為氣體宏觀性質（如壓力，溫度和體積）的本質是無數分子永不停歇的無規則運動。該見解衍生出的統計力學，現在已經發展成物質微觀理論的基礎學科。
事實上歸納推理的重點就是，不需要知道每個分子運動的所有細節。這些想法很快被經濟學吸收。1900年法國物理學家路易·巴舍利耶（Louis Bachelier）為了理解股市波動，創立了隨機行走學說，這一理論後面被愛因斯坦拿去解釋布朗運動。美國科學家約西亞·吉布斯（Josiah Gibbs）在20世紀初總結出的統計力學框架至今仍在使用，著名經濟學家保羅·薩繆爾森（Paul Samuelson）在博士期間的論文和他在1947年發表的經濟學著作《經濟分析基礎》中，也利用統計學來解釋單個經濟因素如何影響市場，這也構建了一門全新的學科——微觀經濟學。
哲學家和政治經濟學家亞當·斯密，他將市場的力量類比自然科學中一個世紀前牛頓發現的基礎作用力。（圖片來源：大英圖書館）
經濟學中的非均衡系統
許多人認為，物理學的想法往往還能用在別的地方，但遺憾的是，這樣的物理不能解釋經濟行為。吉布斯建立的統計力學適用於多粒子平衡系統：也就是說粒子持久處於穩態，比如一杯恆溫的水。在這一基礎上，那些認為市場存在看不見的手的人，同樣認為市場也融入到了一個平衡的穩態中，這時的市場價格使得供需穩定，因此市場應該是穩定的。
你可能注意到這不是事實，市場並不是一直穩定的，當然經濟學家也同樣發現了這一點。但傳統觀點認為價格波動很大程度上只是隨機的「白雜訊」，就像一杯水中細微的溫度梯度或者電路中不休的電磁噪波。
但無法解釋的是，經濟波動的統計數據看起來並不像一個平衡狀態中的隨機雜訊。它們的峰更尖，經濟學家形象地稱之為「重尾」（heavy-tailed）。該現象並不是首次發現，但人們一直不能明確解釋其成因。而以往，經濟學中一些重要理論甚至不考慮「重尾」現象，並且默認市場波動是符合正態分布的白雜訊。這從本質上否認了市場可能會頻繁經歷大幅波動，這也是導致2008經濟危機發生的原因之一。
現在，經濟市場逐漸表現出了非均衡系統的現象，這些現象讓物理學家有種熟悉感。吉布斯的統計物理模型已經被驗證不適用於經濟市場，因為價格波動不是多個相互獨立隨機過程的集合，更不是外力干預影響造成的。相反，其是由內部許多獨立的市場個體動態反饋決定。大幅波動似乎源自「羊群效應」，一種從眾和跟風的心理。這種現象對經濟學家來說並不陌生，凱恩斯所提出「動物精神」就對該現象進行了描述。在非均衡系統中，每一個經濟個體的決策都會引發反饋和連鎖傳播，最終形成「羊群效應」。
現代物理統計學正努力探索非均衡系統。儘管如此，不少經濟學家抵制在本領域引入現代統計物理的工具。為什麼？答案是複雜的。對薩繆爾森來說非均衡狀態似乎違背直覺。
支持均衡市場狀態的薩繆爾森等人曾投入相當大的精力構建出簡潔、可解的均衡模型，如果選擇放棄該理論，經濟學家會面臨極大的損失。在十幾年前，甚至有經濟學期刊直接拒絕刊登任何基於非均衡模型的論文。
不管經濟學家出於什麼原因排斥非均衡模型，其帶來的後果都非常嚴重。一些政治領導人因為過於相信均衡理論，認為總是在繁榮與蕭條之間轉換的經濟周期不存在了，但2008年的經濟危機給許多經濟學家打了個措手不及。現在，不會再有人說出均衡理論至上這種話。
粒子化人群
有關非平衡物理，還有很多可以研究。20世紀90年代以來，平衡狀態之外的「臨界狀態」成為一個熱門話題。這樣的狀態出現在許多自然現象中，包括昆蟲群體和大腦迴路中。因此有人提出，經濟體系可能永遠處在一個臨界狀態。一些研究人員嘗試把非平衡態熱力學應用到微觀模型上，為的就是理解微觀組分的相互作用和行為如何引起宏觀變化。
許多人正試圖研究類似「自下而上」的、粒子化的模型來理解社會現象。在20世紀50年代，物理及社會心理學家庫爾特·勒溫（Kurt Lewin）認為，人和帶著不同電荷的粒子一樣，通過信仰、習慣，以及其他特定的「力場」，在心理上相互吸引或排斥。1971年澳大利亞科學家L·F·亨德森（L. F. Henderson）認為麥克斯韋和玻耳茲曼的微觀氣體模型可以非常貼切地解釋群體性行為。他指出，人們沿著人行道行走時，步行速度呈鐘形曲線分布，即高速和低速走動的人都很少，大部分以平均速度行走；而當人遇到像一個收窄的路口或檢票閘的障礙時，「人群氣體」會轉變成更緻密的狀態，就像水蒸氣轉變成水。
但是，麥克斯韋-玻耳茲曼氣體是一個平衡態的概念。大多數情況下，社會現象都處在平衡態之外：人潮起起落落，某個瞬間擁堵不通，下一刻暢通無阻。但如果將移動的人看作相互作用的粒子，就可以從平衡狀態中脫離。這種非平衡態理論已經被物理學家用來描述各種群體的運動，從繁忙交通中的的車流，到密集的人群中突然出現的恐慌。
這些非平衡態模型在對交通的描述中具有很高的價值，汽車具有自由、密集移動的特徵，而堵車現象可以類比液體凝固。不同的是，液體凝固是一個平衡過程，而交通狀況是非平衡的、耗散的狀態。基於物理學構建而成的交通模型，車輛就會成為一種特殊的粒子，車輛為了避免碰撞彷彿存在一些不穩定的排斥力，這種力讓車流表現出了特殊的運作方式，會「走走停停」，就像海浪一樣。
另一個社會物理學滲透的領域包括投票等決策行為。最早，勒溫提出了一種「社會力」學說，即人類是如何互相影響個人選擇的。比如我們的決策會受到同伴的影響，這在物理學家看來，就像磁子會因為周圍的「鄰居」而產生特定的偶極子取向。這種磁領域相關的模型也已被用於研究社會行為，比如共識是如何出現的，謠言如何傳播，以及極端主義觀點如何影響他人等問題。物理學中的一些概念，比如靜電場，就可以類比媒體或廣告的誘導影響，同樣可以用來解釋社會現象。
有時，這些磁子模型是平衡模型：你找的是系統能維持的一個狀態，而不是內部所有磁子全是相同取向、像過度冷卻後的能量最低狀態。與能量最低狀態相對應的就是所有人的「共識」狀態。而在人類社會中，不同人群就對應著不同的磁子區域，這些區域中佔主導地位的觀點不同。而正因為個體選擇可能隨時改變，因此這些區域之間的界限會不斷變化。
而非均衡模型告訴我們，這種隨機界限並不代表完全紊亂：做出決策的個體可以形成臨時「共識」，與此同時，「共識」所組成區域的大小和形狀可以不斷變化。某些情況下，這種集體行為會產生之前提到的「羊群效應」，致使市場陷入大波動。
儘管運用非平衡模型，我們做不到預測單個經濟動蕩事件的發生，但至少可以評估發生的可能性，然後建立起相關的社會機制和機構來正確地分析處理它們。這就類似於防洪規劃：需要收集每十年或每千年是否會發生罕見大風暴的歷史數據。
在行人、交通和投票模型中，個體能採取的行動方式有限，因此應用物理模型難度不大，也不算牽強。但一些科學家正試圖把這樣的模型擴展到更宏大的場景，比如戰爭和恐怖主義，歷史更替和國家擴張，甚至引起氣候變化的人類行為。越來越多的科學家也參與其中，集合了社會學家、計算機學家、博弈論學家還有物理學家。隨著模擬複雜性的提高，這些社會物理模型越來越可以重現現實：一些研究者在模型中添加了對決策有作用的神經系統模擬，來模仿人的行為，這樣個體對「社會力」的響應就比鐵被磁體吸引複雜得多。
社會的物理應該是可以預測卻不能確定的。它不能告訴我們哪些行為或機制是正確的和道德的；但是社會物理學帶來的遠見，讓我們看到特別的選擇可能造成的後果，並幫助我們規劃現有的社會體制、法律和建設，讓社會以人為本而不是讓人去遷就自然規律。它不是女巫的水晶球，卻預測得了天氣：用概率性、偶然性描述難以捉摸的永恆變化。畢竟，今天的我們比以往任何時候都更清楚在未來可能會發生什麼。
http://nautil.us/issue/33/attraction/describing-people-as-particles-isnt-always-a-bad-idea
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