[转贴]对鱼缸的学术分析

我行我素

小说《侏罗纪公园》中，数学家Ian Malcolm在公园尚在筹备阶段时，早已用《混乱理论》预测到，无论动用多少人、物、财、科技力，公园的结局都是失败的，灾难性的。初时人人嗤之以鼻，后来事件的结局，证明了他的先见。
　　大家可曾想过，我们建立的鱼缸，其实也是一个侏罗纪公园？

一、混乱理论
　　你拿著一个杯子，放手。杯子的遭遇是会跌到地面。我们能够准确地计算出，杯子下跌途中的速度、位置。这是有规律的，有秩序的，能预测的。凡此，我们称为牛顿系统。
　　相反，你把气球吹胀，然后放手。我们无法预知它的运动轨迹，及最后的落点。一切都是没有规律的，没有秩序的。这是混乱系统。
　　一个鱼缸，本来运行得好好地，忽然白点病爆发到不可收拾；忽然反缸；忽然所有鱼全死去；突然爆玻璃；突然NO2测试得红色。这也是混乱理论的范畴。

二、混乱系统的特性
　　系统太复杂，内含太多变数。我们无法全部把握，因此有不确定性，无法预测，或只能预测到短时间内的变化。外在，或内在的小变化，会导致系统的混乱行为，一切变得无规律，无秩序。而此行为会自动放大，混乱程度上升。
　　系统可以一开始便混乱。也可以良好的运行一段时间，才混乱。很多时系统中的混乱，是隐藏得很好的。危机出现时，一切已太迟。例如，你女朋友突然要分手，其实很早之前，她已开始变心。发现后，唯一能做的只有叹气。
　　初期的混乱状态，很多时好像可以被拯救的，控制的。但“砰”的一声后，一切都像脱缰野马，追都追不上。
　　好的理论，能够解释世事、现象、行为。我们尝试使用混乱理论去阐释鱼缸系统。多一个眼界去看水族，及世事。

三、鱼缸系统的复杂性
　　不要看轻鱼缸、珊瑚缸、水草缸等鱼缸系统。它其实是一个复杂的系统，有关的变数，多如繁星。我们可简化举出其中部分，再分成内在和外在两类：
　　1、内在变数
　　1.鱼缸
　　pH，硬度，光照，温度，各种生物（动物、植物、细菌、病毒等），全部化学元素（包括氧、重金属等），化合物（如CO2，NO3等），生态系统。无数化学公式在不断运行。器材，用品，过滤系统，水的表面张力，电流，导电性，密度，磁场，整体设计、用料，紫外光，换水时新水的质素、沙等等。
　　2.主人的思想、行为
鱼缸系统的主人，会作日常打理，喂食，换水，治疗，加减鱼只等工作。这些行为由思想指挥。思想被知识、性格、智力、EQ等支配。思想是会变的，如知识的增加、有/无效的经验等；也是易受影响的，如情绪、别人、迷信、环境、生理心理变化等。
　　人的思想正合混乱理论的主题，一些轻微的刺激，便会剧变得难以捉摸。举个例子：鱼友A平时把鱼缸打理得井井有条，又在BBS上教人不要乱用药。某天，鱼友A 一发现鱼儿生出几粒白色点子，便裤子都不穿，以阿甘正传式奔跑，走到鱼店，不清楚是什么病，就买不知用来治疗什么的药。用一日药，不见效，继而发狂，乱加重药量，再买多几种药，再施以如加温，加盐等物理性疗法。所以，主人的思想、行为，是一大变数，对鱼缸有重大影响。
　　2、外在变数-空间及其他
　　鱼缸的所在空间含很多变数。
　　简单例子，鱼缸在客厅，那里的相对湿度，直接影响缸的蒸发量；客厅空气流通度，直接影响水温，和缸的换气量；鱼缸器材和大用电量家庭器材，接到配电箱的同一个电源；家人手多多，或吸烟；养猫，缸中必有猫毛；邻居炸春卷等。
　　3、变数的不确定性
　　由变数的定义可知，它是会不断变化的。以下是一些例子：
　　灯、气泵、水泵等器材，由第一天运作开始，功能便不断下降。pH，没有灯时由高变低（酸），有灯时由低变高。CO2、O2含量等，亦不断变化。NO3等不断上升。
　　就算阁下测到NH3、NO2是0.1ppm，但实际上，它俩是不断跳动的，如0.05 →0.1→ 0.15→ 0.2→ 0.1。玻璃也是变数，它会慢慢变形，变得上薄下厚，也不断放出矽酸盐，乃褐色藻的主要粮食。
　　思想行为亦然，像你好心情时，换水时的出错率会低。心急时，则相反。电力供应也可随时没有。而且有趣是，通常是你不在家时，才发生。多变数的系统，导致复杂的系统。
　　变数太多，我们无法全部地，不间断地把握。鱼友们一般只能留意，观测十数种。而在观测时我们的器材（试剂、电子议器等）也可能是不准确的。连美国太空总署的器材，也有误差，何妨鱼店出售的。另外，粗心大意也可使测试出错。更有些变数是无从监察的。
　　即使最优秀的鱼友，也只能把十数个缸内的变数，像NO3、钙、温度等，控制在理想范围之内。很多变数，一走出理想范围外，结果就是灾难。如：玻璃、柜的承受力；温度；NH3；主人的思想；从不吃珊瑚的鱼，忽然觉得珊瑚很美味；及我们不了解的等。
　　4、生死只在一线之间的鱼缸系统
　　一个运行良好的鱼缸，其实已动用了很大的人力、物力、财力、科技力、知识力。看着此级鱼缸，使我们觉得它好像一个垂死的病人，身上插满喉管，连着很多器材。病情进一步恶化，还有坚持多久？
　　鱼缸的全部变数，必有机会走到理想范围之外。单看加热棒，只要它突然不明不白的停止工作或发了疯的加热，你便要忍着眼泪对鱼只说good bye了。梅非定律曰：“如果任何事有机会出错，它必会出错。”
　　每一个鱼缸，都是一个我们无能力控制的复杂系统。先天上就有决定性的混乱基础，有潜在的不稳定特性。运行良好的鱼缸，只属暂时性的假象稳定，不明白的人才会用稳定来形容鱼缸（的水）。
　　系统越多变数，便越复杂，便越动态，便越不平衡，便越混乱，便越多机会动摇其暂时的假象稳定性。所以，复杂等于已非常接近混乱的边缘。

四、深入了解混乱理论及混乱理论的几个定律

　　1、连锁反应
　　CO2降→ pH降；或水温升→ 含氧量降等，人人都知道，但故事是未完的。我从CO2一项变数的下降，开始写起：CO2降→ pH降→ 碱性降→ 碱钙不平衡→ 钙化作用被影响； CO2降→ 光合作用降→ 氧量降→ ORP降； pH降→ PO4升； pH降→ 重金属含量升→ 重金属毒性升→ 益菌数量降（被毒害）→ 硝化作用等作用降→ NH3、NO2、NO3、H2S、有机化合物升；重金属含量升→ 水中导电性升→ 所有化学反应被影响； 重金属含量升→ 水中磁力被影响→ 水泵，及电子测试器被影响；电子测试器被影响→恒温系统被影响；有机化合物量升→ 水清澈度降→ 光度降→ 光合作用再一次被影响，降→ 氧再降→ ORP再降； 硝化菌等菌部分被毒害→ 沙中生态系统被影响→ 整个鱼缸生态系统被影响；有机化合物量升→ 水张力升→ 化氮器效能被影响；水张力升→ 水面换气量降→ 氧量第三波下降→ORP再降；生陈代谢降→ 鱼免疫力降→ 病毒数量升；水张力升→ 水流降→ 水温被影响→ 所有化学反应再降……
　　混乱吗？还未写完啊，写到天亮都写不完。一个变，有关的会变，看似无关的也会变。一个变，万个变，环环相扣。“其中某一件事，也许会以一种完全不可预测的，甚至是破坏的方式，来改变随后的其他事件。真实世界中，不会一件事接一件事出现的。这是宇宙深奥的真理。”Ian Malcolm说。
　　这种一个变，万个变的连锁反应，称为自我组织。在鱼缸中是不断发生的。未达到不受控制的情况，是因为鱼缸能够适应，能够自我调节，可以称为平顺的变动。只是久守之下，失手并非奇事。
　　适应不到，后果有二：一是出现粗暴的变动--步入混乱边缘。二是爆炸性，能扭转整个系统的混乱变动。
　　试试看一个运行良好的鱼缸，NH3含量突然上升，硝化系统能够适应到，NH3自会慢慢下降。否则，硝化菌也被NH3毒死，你猜想会怎样？
　　苏联，约百年中，能适应到重重变动，最后一役，几个月内整个国家便瓦解了。马雅文化亦同。
　　2、非线性关系
　　一个变数的变化，使另一变数上升或下降。但升几多，降几多，并没有特定的比例，是为非线性关系。
　　先说，线性关系 --你上班时，早了十分钟出门口，结果是早了十分钟到达公司；迟了十分钟出门口，结果是迟了十分钟到达公司。
　　非线性关系是 --你上班时，早了十分钟出门口，结果是早了二十分钟到达公司，或迟了十八分钟。为何？交通情况此时不同彼时。
　　Sally Goerner：“非线性关系的前因与后果，是不成比例的。”
　　鱼缸系统的变数，属非线性关系，是无规律的，不可预测的。
　　1.叠代
　　叠代是一种反覆演算，不断把计出的答案，放回方程式再计算。
　　如果这变数是pH，它跳来跳去，变来变去，怎去救亡？而它的变，又会引发另一些变数的变。
　　你的缸子到今日还未有事发生，觉得幸运吗？
　　2.反馈
　　卡拉ok内，大家一定听过喇叭忽然发出很刺耳的怪声。原因，是喇叭原本发出的声音，被麦克风拾取并输送到扩音器，声音被放大后，再由喇叭发出，再一次被麦克风拾取，送到扩音器……在极短时间内不断反覆，滚雪球效应下，成为巨响。这便是正反馈。
　　正反馈是变数A上升时，变数B被影响而上升。因变数B的上升，B反过来影响变数A，A也上升。A再影响变数B，像个回路般，A及B一齐越来越大。亦可以一齐越来越细。
　　一道股票A的坏消息传出，人们为免损失而把股票沽出，股票A因而下跌。人们见到它跌，便更紧张地纷纷卖出，股票A因而下跌更多。下跌更多，人们更恐慌地沽出更多……
　　鱼缸系统的例子：主人落药愈多，鱼的白点愈严重。
　　鱼有些白点→主人落含铜的药→硝化菌被伤害→NH3、NO2上升→鱼精神压力上升→鱼免疫系统下降→鱼更多白点→主人落更多含铜的药……→鱼更多更多白点……
　　还有，化氮功能下降→硝化细菌数量下降（被NH3毒死）→化氮功能更加下降→硝化细菌数量更加下降……
　　负反馈是变数A上升时，变数B被影响而上升。因变数B的上升，变数A反被影响而下降。
　　店内有很多人，全体同时讲话。总讲话声增加→各人便要加大谈话的声量，到人人觉得叫破喉咙时，自会有人收口→总讲话声因而下降。
　　大西洋的气温上升→海水的蒸发量上升，使云多了→气温下降。
　　风扇设在鱼缸与灯之间。灯发出热力，风扇把热风吹向缸的水面，水温上升→蒸发量上升→水温下降。
　　正，负反馈后的变化，其量其速度，是可以很惊人，情形是一发不可收拾，不能预测，无序秩的。也可以正，负反馈混在一起。
　　连锁反应+反馈+叠代是同时行动的，而且比上述例子复杂得多。所以鱼缸是个复杂多变的系统。无论你想与不想，知与不知，鱼缸内秒秒钟都有变数在变，只要其中一个发生小变化，以足以启动灾难的发条，不需复杂的成因，便可以轻易地摧毁一切。突然的改变，没有预告的。“一子错，满盘皆输”。

五、结论
　　“所有事物，到最后都会崩溃。”-- 海明威《永不完结的宴会》。

六、鱼缸混乱理论的鱼友问答
　　1.鱼友：“我的鱼缸运行得很好，水质稳定。”
　　Ian Malcolm回答：“系统隐藏了逐渐逼近的混乱危机，尽管看不见，危机仍然存在。”
　　2.“你先看看我怎样建立，运行鱼缸，才作定论吧。”
　　细节无足轻重，混乱理论告诉我，你的鱼缸的情况，将会变得无法预测，毫无规律地发生变化。潜在的不稳定性，　　无可避免地开始显露。一点微不足道的不稳定，会变得越来越严重，直至整个系统全部毁灭。
　　特别是像鱼缸般的生物系统，是永远不会处于平衡状态。它们的内在原本就是不稳定的。一切都在不断地运动，变化。一切都处于崩溃瘫痪的灾难边缘。
　　3.“有无预先的警告？”
　　“鱼缸有一点微细的怪现象，比方pH值硬是不在理想范围，或早与晚的变化大大、过多藻、完全无藻、什么生物都活得不长久，除了藻和病菌外等，都是已步入混乱边缘的警号。”
　　4.鱼友：“有警号，或问题已发生，有得救吗？”
　　Ian Malcolm：“系统的恢复，也许已经证实是不可能的。”
　　“如pH有事，你不会有可能找出病况的源头，一般人只是头痛医头，脚痛医脚地施下pH提升或下降剂。这通常只有一个用处--增加混乱程度；救亡工作向着错误的方向前进，越救越衰。”
　　5.鱼友：“我的鱼缸会变成这样吗？”
　　“任何重要的变化都跟死亡一样，只有等你到了那时，你才能看到另一边是什么样子的。”
　　6.鱼友：“我有办法，灾难来临前换新缸，便避了祸。”
　　换新缸，对旧缸的生物来讲，也是灾难，由主人思想行为的变数做成。也要付出颇高的交易费用。
　　7.“你还有什么忠告？”
　　千万不要问水族器材店的职员：“我还需要买什么？”
　　照搬别人的方法，加诸于自己的鱼缸系统，实属傻仔。鱼缸有问题，鱼友挽救了。下一次同样问题再发生，上次的招数未必管用，因缸内的情况已以不尽相同。
　　每过一天，每个鱼缸都是另一个鱼缸，永远新鲜，永远不相同。
　　8.潜在的规律 ---- 碎形
　　尽管系统有多混乱，混乱学家都在努力从中，找出潜在的规律，及做出预测。所以它才能成为涉及面广泛的理论。混乱理论的念头提出后，60年后才能开始应用，是等待电脑的出现，人力是无法去计算的。
其中一种计算方法是碎形。它是一种几何学，由Benoit Mandelbrot发现其非常值得注意的现象：物体在不同等级上，外表看起来是几乎相同。
　　比方说，一座大山脉，有它的崎岖山形。再观察它的小山峰，小山峰也具有相同的山形。事实上，你可顺著大小等级，一步步往下观察，由大岩石到小岩石，再到在显微镜下观察一颗微型岩石。所有的，全都具有与大山脉相同的基本形状。
　　Mandelbrot发现从最小到最大的相同性，自我相似性，小系统等同整个系统。而这种特性，也出现在事件中。这是一种看事物、事件的方式。

王子

你帮我看看 我的鱼缸 怎么弄弄

我行我素

等你的鱼长到一斤了我就去帮你看，顺便烤下鱼