日韩偷拍一区二区,国产香蕉久久精品综合网,亚洲激情五月婷婷,欧美日韩国产不卡

Section 01 控制體系：顛覆傳統力學的“洪荒之力”

世界會有怎樣的未來？這是控制論出現于世的先提思考。無疑今天人們已經走進了信息時代，但究竟什么是控制論在很長一段時期內一直是一個莫衷一是的問題。而從吉布斯的世界觀出發，從動物與機器的視角，維納將控制論這一概念從復雜到抽象的抽取讓它重新統一起來。

控制論的對象涵蓋方方面面，它可以是人、生物，也可以是自然、社會，或者是工程、技術。這些不同的系統在控制論視角下總會存在一種或若干共同特色，并未其研究提供一般方法。而且，這種方法雖然接近數學方法，但是比數學方法更有效、范圍更廣泛。

控制論是一個學科群，它包羅萬象，應用的范圍也幾乎涵蓋所有學科。對龐大而紛雜領域的整合恰恰是控制論的閃光之處，如今它引領者我們正在進入一個全新的信息時代。

1.控制論的寄居地：吉布斯的偶然性世界

對科學來講上個世紀不單單是一百年的開始和結束，在它的起點和終點之間還蘊含著更多東西。人類在這一百年里前所未有的政治過渡，伴隨上層建筑而轉變的還有人們的認知。這種變化表現于科學領域，它影響著科學，讓科學成為一個時代的主流。

艾薩克?6?1牛頓的宇宙論是17到19世紀物理學的統治者，整整二百多年的時間找不到任何反對它的聲音。牛頓的宇宙是一個所有事物都嚴密地依據某種規律而運作的世界，在這個世界里所有未來事物都全部且嚴格地依據過去的定律定理。這是一幅宏大的圖景，并不能依據實驗就能充分證明抑或推翻，而是一種比實驗更為廣泛的關于世界的概念。

眾所周知，牛頓在實驗科學的基礎上提出了萬有引力定律，但是由于牛頓的機械論世界觀把自然界看作是一個沒有發展過程的既成事實，因此他無法用科學的觀點來解釋自然界的起源問題，從而必然導致用上帝的一次性創造來解決這個理論難題。牛頓之所以在宇宙中為上帝保留了“及時因”或“及時推動者”的位置，只是為了給他的整個井然有序的機械世界尋找一個具有性說服力的開端或起點。牛頓說道：“這個由太陽、行星和慧星構成的最美滿的體系，只能來自一個全智全能的主宰者的督促和統治。”更為重要的是，這樣一位具有無限智慧的上帝一旦創造出世界以后，就謹守理性而不再干預世界，讓世界遵循萬有引力和其他自然規律而運行。這樣一來，科學家們就無須直接面對上帝，只要面對上帝的作品——自然界本身就足夠了，從而為自然理性和科學知識的獨立權利提供了神學上的依據Section 01 控制體系：顛覆傳統力學的“洪荒之力”

世界會有怎樣的未來？這是控制論出現于世的先提思考。無疑今天人們已經走進了信息時代，但究竟什么是控制論在很長一段時期內一直是一個莫衷一是的問題。而從吉布斯的世界觀出發，從動物與機器的視角，維納將控制論這一概念從復雜到抽象的抽取讓它重新統一起來。

控制論的對象涵蓋方方面面，它可以是人、生物，也可以是自然、社會，或者是工程、技術。這些不同的系統在控制論視角下總會存在一種或若干共同特色，并未其研究提供一般方法。而且，這種方法雖然接近數學方法，但是比數學方法更有效、范圍更廣泛。

控制論是一個學科群，它包羅萬象，應用的范圍也幾乎涵蓋所有學科。對龐大而紛雜領域的整合恰恰是控制論的閃光之處，如今它引領者我們正在進入一個全新的信息時代。

1.控制論的寄居地：吉布斯的偶然性世界

對科學來講上個世紀不單單是一百年的開始和結束，在它的起點和終點之間還蘊含著更多東西。人類在這一百年里前所未有的政治過渡，伴隨上層建筑而轉變的還有人們的認知。這種變化表現于科學領域，它影響著科學，讓科學成為一個時代的主流。

艾薩克?6?1牛頓的宇宙論是17到19世紀物理學的統治者，整整二百多年的時間找不到任何反對它的聲音。牛頓的宇宙是一個所有事物都嚴密地依據某種規律而運作的世界，在這個世界里所有未來事物都全部且嚴格地依據過去的定律定理。這是一幅宏大的圖景，并不能依據實驗就能充分證明抑或推翻，而是一種比實驗更為廣泛的關于世界的概念。

眾所周知，牛頓在實驗科學的基礎上提出了萬有引力定律，但是由于牛頓的機械論世界觀把自然界看作是一個沒有發展過程的既成事實，因此他無法用科學的觀點來解釋自然界的起源問題，從而必然導致用上帝的一次性創造來解決這個理論難題。牛頓之所以在宇宙中為上帝保留了“及時因”或“及時推動者”的位置，只是為了給他的整個井然有序的機械世界尋找一個具有性說服力的開端或起點。牛頓說道：“這個由太陽、行星和慧星構成的最美滿的體系，只能來自一個全智全能的主宰者的督促和統治。”更為重要的是，這樣一位具有無限智慧的上帝一旦創造出世界以后，就謹守理性而不再干預世界，讓世界遵循萬有引力和其他自然規律而運行。這樣一來，科學家們就無須直接面對上帝，只要面對上帝的作品——自然界本身就足夠了，從而為自然理性和科學知識的獨立權利提供了神學上的依據

這也決定了我們不能通過嚴謹的實驗去驗證或考察牛頓并不是值得大驚小怪的事情，但當時卻令人激動。這是一個全新的視角和觀念，就如同哥白尼的日心說推翻千百年來的傳統。雖然在他們之前麥克斯韋以及一些科學家已經提出統計方法是處理粒子世界的必然選擇，不過吉布斯和玻爾茲曼則是將統計學更的定律是否，雖然他的觀點讓人們認為這些定律真的支配著整個宇宙。如今，統計論和量子力學的出現讓他觀點在物理學中已經不是獨占鰲頭，而推翻它的就是美國物理學家約西亞?6?1威拉德?6?1吉布斯和德國物理學家路德維希?6?1玻爾茲曼。

吉布斯和玻爾茲曼將統計學大量引入物理當中。而且是以一種更加和徹底的方式，哪怕是力場中的單個粒子系統。

在牛頓以及那一代科學家的物理學體系中，不同的物理系統同樣適用于一種物理定律，即使這些分布是從不同位置出發、具有不同動量。換言之，他們所考慮的分布只是與一個物理系統出發的位置與速度有關，而不會考慮相同粒子的數量。而吉布斯和玻爾茲曼等新統計學家們則開始用一種新眼光去對待這些問題，他們以更為辯證的觀點去看待這些假設，遵循更加客觀的因果關系定律。

其實，雖然18世紀的人們并未意識到統計學方法在物理中的作用，但是牛頓在實際研究中已經在使用一個重要的統計方法了。即使是今天，物理學的測量也無法保障，因此對于動力學系統或者一部運行的機器所要的說明都需要一個前提假設，即它們的初始位置和動量是給定。而事實則是涉及到的這些初始條件只能是大體。

這也就意味著我們所知曉的不過是一些或者某種分布，而非它們全部初始條件。因此，事件的不確定性和偶然性必然要成為實用物理學必須考慮到的部分，吉布斯的功績就在于此，他及時次提出用統計學這樣明確的科學方式去考量這種可能的偶然性。

只是吉布斯這一觀點雖然提出得很好，但是做的卻并不完善。他的研究很直觀，認為在一種保持其同一性的物理系統當中，任一給定時刻所表現出來的分布，都能夠在任一物理系統所有情況下重現。也就是某種前提下一個系統如果一直保持運轉，那么一切同這個系統相容的位置和動力分布它都能經歷。

這一命題只是對簡單系統有效，如果適用于更加復雜的系統就會失實無效。雖然如此，我們依然無法抹殺吉布斯的成果，他提出一項設計的開頭，等待后人去完善。

吉布斯的研究不得不將量度論和概率率作為基礎工具。但是這兩種略顯古老的研究方式已經不再適合他的要求。在同一時期，遠在法國巴黎的兩位數學家卻已經設計出一種合乎吉布斯研究的積分理論，他們就是E.博雷爾和亨利?6?1勒貝格。

博雷爾在數學、尤其是概率方面有極高的成就，難能可貴的是他也有非常高的物理學觀念。為了通向適合現代物理研究的度量論，博雷爾做個許多工作，遺憾的是他并沒有形成完整的理論。這項工作落到了他的學生勒貝格身上，并由勒貝格成功完成。

同博雷爾相比，勒貝格是與他相反的人，他并不熱衷于物理學，也無心這方面研究。不過最終他還是完成了老師的工作，雖然勒貝格只是將這個問題看作是研究傅立葉和純粹數學的一種工具。因為這項研究，博雷爾和勒貝格同時獲得了法國科學院院士的榮譽。博雷爾也一直堅持自己的工作作為物理工具的重要性，但是將勒貝格積分應用到物理學布朗問題上，我認為自己才是及時人。

吉布斯逝世很久之后，他研究的工作還一直是科學上的一個神秘問題。雖然這類問題看上去并無實際用處，但依然有很多人在研究，畢竟在數學物理學領域內，有太多有著先見直觀能力的人。早在概率論產生之前，吉布斯就已經將概率引入到物理學當中，所以我覺得20世紀物理學及時次大革命的及時人應該是吉布斯，而不是愛因斯坦或者海博森。

這次革命對當前較大的影響就是物理學研究不需要再去無休止地探討那些會發生的事情，而是將范圍，去探尋以概率優勢而發生的事。最初吉布斯的偶然性觀點是疊加于牛頓理論的基礎上，人們所探討的概率問題也是全部遵從牛頓定律系統。雖然如此，但在本質上吉布斯的理論依然是一種全新理論只是系統中的相容置換同牛頓的置換相同。

從這一時期開始，物理學開始發生變化，牛頓講義的物理學基礎漸漸被改變、拋棄，如今，吉布斯的偶然性已經成為物理學的全部基礎，即使愛因斯坦依然認為決定論的世界更為合理，但是他們的防御姿態已經遭受到年青一代人的挑戰，不再具備優勢。

當前已經發生一種變化：特定而且作為整體的真實宇宙，與它相關的量和陳訴已經不是概率性世界所探討的問題，取而代之的是那些在類似的宇宙中可以獲取到答案的各種問題。于是，概率就成為機遇的代名詞，并最為物理學的數學工具和不可缺失的基礎被人們所接受。

從某一方面講，承認世界中存在一種非理性要素，這一點同弗洛伊德的觀點是相容的。弗洛伊德認為人類的行為思想當中具有堅固的非理性成分，而當前也存在一定的趨勢將吉布斯和弗洛伊德、以及現代概率的創始者分為一類。對此我無法茍同，畢竟吉布斯的思想和弗洛伊德的觀點之間距離太大，當然我也承認，他們二人對于宇宙自身結構存在給予這一基本要素的觀點是相近的。

吉布斯的觀點對現代生活產生的影響是巨大的，而我則是在這種觀點的基礎上，通過技術性概述或者哲學內容的探討，去說明面對新世界，我們應該做什么，以及怎樣對待它。

值得重申的是，吉布斯成就的偉大之處就在于，他所考慮的不是一個世界，而是考慮全部世界，也是存在于我們周圍的與我們息息相關且能夠被回答的問題。他的思想核心在于我們正對一個世界已知的答案，在更為廣發的世界中是否同樣適用、適用的維度有多大。而這些問題，也是控制論這門新興學科的核心寄居地。

2.牛頓之前的控制論雛形

在科學歷史上，通信問題的研究一直處在一種較為正統的地位，它既不是偶然出現的理論，也并非什么空前創舉。早在牛頓之前物理學領域就出現了這類問題，尤其是皮埃爾?6?1德?6?1費馬 、克里斯蒂安?6?1惠更斯和戈特弗里德?6?1威廉?6?1萊布尼茨這幾位數學家的研究讓通信問題開始流行。

這幾位數學家都有一個共同特點：對物理光學有著濃厚的興趣。費馬對光學的研究和推進主要得益于他的最小化原理，這是幾何光學中的一條重要原理，說光程在任意的一段足夠短區間上，光是以最少的時間通過的。依據這一原理可以證明光在均勻介質中傳播時所遵從的直線傳播定律、反射和折射定律，以及等光程性等。而借助于此原理也能夠證明光的可逆性原理的正確性。光在任意介質中從一點傳播到另一點時，沿所需時間最短的路徑進行傳播。

惠更斯則是提出了“惠更斯原理”的雛形。這一原理旨在說明，當光從一個光源向外傳播時，會在光源的周圍形成一種類似小球面的東西，即球形波面。這些球形波面都是由次級光源組成，而球形波面的次級光源的傳播方式同初級光源的傳播方式相同，這一理論成為研究光的衍射現象的基礎。

萊布尼茨在這一方面的成就則是他的“單子論”。他從一種特殊的角度將整個世界看做為一種“單子”實體集合。他繼承了西方哲學傳統的思想，認為世界因其知識是客觀存在和必然的，因此是由自足的實體所構成。而所謂的自足，是不依賴其它事物存在和不依賴其它事物而被認知。他以為實體是是無限多的。單子的活動就是在造物主安排的預定和諧的基礎上的相互知覺，萊布尼茨一切都歸世界的創造者，創造是一中純意志的創造，造物主是憑借著其至善而創造了這個世界。

萊布尼茨的這一理論主要依靠光學術語進行論證。在他看來，單子只有知覺，所以依據他的推論，所有機械的相互作用在本質上都一樣，只是一種微妙的光學上的相互作用。在這一領域的研究中，萊布尼茨表現出明顯對光學與消息的偏愛，在他的邏輯推演中這一點表現最為明顯。雖然在當時他的推演并不完善，但卻為后來的數理邏輯奠定了堅實基礎。

本書的許多思想都深受萊布尼茨哲學理論的影響和支配，他不僅研究物理和數學，對通信相關的計算機和自動機也非常感興趣。雖然我在這本書中所陳述的許多觀念同萊布尼茨的見解相去甚遠，但是本質上我討論的問題都是萊布尼茨的問題。萊布尼茨對計算機器的興趣主要源自于他對演算推理的熱衷，在他的心目中，推理演算則又是他人造語言的思想推廣。所以從這一點來說，萊布尼茨的真正興趣點還是語言和通信。

到了19世紀中期，英國數理學家詹姆斯?6?1克拉克?6?1麥克斯韋和邁克爾?6?1法拉第的研究再次吸引了眾多物理學這對光學的注意力。這一時期人們只是將光做為電的一種形式，而電做為一種媒質機制，看不見摸不到但又堅硬無比，所以被稱為以太。

在當時有這樣一種假設：以太彌漫于一切透明物質當中——空氣、大氣、星際空間，而麥克斯韋的重要成就在于他成功地通過數學方式發展了法拉第所提出的令人信服但并非以數學形式所表達的思想。人們對以太的研究雖然取得一定進展，但當時的答案依舊很模糊，且不可避免地存在許多問題，例如物質是如何通過以太運動的。

為了解決這個問題，美國物理學家埃爾伯特?6?1邁克爾孫和愛德華?6?1莫雷在90年代進行了著名的“邁克爾孫——莫雷實驗”。這個實驗的直接目的就是以太是否存在。當時認為光的傳播介質是以太。基于這樣的假設就產生了一個新的問題：地球以每秒30公里的速度繞太陽運動，就必須會遇到每秒30公里的“以太風”，同時以太風也必然會對光的傳播產生影響。邁克耳孫－莫雷實驗就是在這個基礎上進行的，而實驗也給出了令人意想不到的答案：無法證實以太運動的存在。

對于邁克爾孫——莫雷實驗所提出的問題，著名電子論創立者亨德里克?6?1安東?6?1洛倫茲給出了答案。他指出，如果人們將那些能夠讓物質結合起來的力視為光學或者電學性質，那么從邁克爾孫——莫雷實驗之初我們就應該預期到相反的效果。然而，洛倫茲的這些思想在1905年被愛因斯坦重新解釋，于是就有了下面的說法：運動之所以無法觀測，其決定原因與其說是物質的特殊結構，不如說其是物理學上的一項公設。

在我們的角度看，愛因斯坦將光和物質放到一種同等地位上來說明，這一點同牛頓之前物理學觀點相同。愛因斯坦在解釋自己的觀點與見解時會靈活地站在觀測者角度上說明，觀測者可能是運動的，也可能是靜止的。

愛因斯坦在他的性對論中也引入了消息的觀念，對物理學中萊布尼茨現象進行了強調，如果不是如此他無法將觀測者引進其中。但也要注意到，愛因斯坦的相對論同吉布斯的統計力學是截然不同的，在探討問題是，愛因斯坦所使用的依舊是嚴格的動力學術語，這一點與牛頓相同，他們都摒棄了概率的概念。

不同的是吉布斯在他研究初始就引進了概率，從另一種意義上說這是物理學的更替和進步，人們開始用隨時變化的世界去替代決定性的世界。