IB輔導：IB物理和生物哪個難？

 

　　如果你和正在準備理科考試的中學生交談，他們會這樣說：他們比較懼怕IB物理學而更容易接受IB生物學。但是科研人員往往持相反的觀點。他們一般認為IB物理學是簡單的，因為在IB物理學中可以提出很完善并且具有強大預言能力的理論。這些理論可以包羅萬象，從微觀粒子的存在到光被恒星彎曲等等各種現象。但是，對于IB生物學來說很難提出這樣優(yōu)美的理論和數學公式。因此，一些著名的思想家認為細胞和叢林要比遙遠的難以觀測的黑洞更加難理解。

IB物理和生物哪個難？

　　但是也許不存在簡單或者困難的學科，只存在簡單或者困難的問題。IB生物學看起來這么困難是因為它由一系列非常困難的問題構成。IB物理學看起來簡單是因為經過大批天才的思想家的努力，IB物理學中的問題已經變成一系列可回答的問題。

　　有意思的是，正是我們和IB生物學的緊密聯系使得IB生物學如此具有挑戰(zhàn)性。你可以問問自己：你的戀愛對象和同事相比，誰更容易理解？我們與IB生物學以及心理學和社會科學的密切關系，使我們能夠用已有的深刻認識來探討這些現象。因此我們會問非常細節(jié)的問題，然后就會驚訝于一些看似神秘或矛盾的答案。

　　在森林里散步時，我們可以看到形狀奇特的楓葉。這可能會讓我們想知道為什么楓葉會有裂葉，為什么它們在秋天會變紅，落葉里生活著哪些昆蟲，它們是如何分解又如何滋養(yǎng)土壤。盡管我們問這些問題很自然，但它們卻很復雜。相比之下，太空中大范圍冰冷的真空和肉眼無法看到的小夸克對我們來說是如此陌生，以至于在最開始，只要能證明他們的存在就足以讓我們感到自豪。

　　過度的熟悉有時也會妨礙我們對IB物理學的理解。行星如何運動是人類最古老的困擾之一，這個問題出現在許多不同的神話中。然而，由于人類的堅持，長期以來，本輪說錯誤地將地球置于宇宙的中心——這一錯誤持續(xù)了大約2000年。直到這個問題在牛頓的學說中被抽象為關于力、質量和引力的問題時，行星的運動才變得容易預測和理解。

　　對于IB物理學家來說，仍然有許多問題難以回答。如果IB物理學打算致力于預測何時出現下一次可以影響地球通訊的太陽耀斑上，那么它將被視為一門更加復雜和困難的學科。為什么？因為要想對太陽表面的動力學機制進行建?！ㄋ械囊?、電磁、熱和核反應過程——是極其棘手的。至于行星的運動，我們可以通過忽略其他天體的影響，從而對行星的軌道給出一個足夠好的描述。但是如果真的想研究其中的細節(jié)，我們很快就會發(fā)現我們甚至不能準確地預測三個質量相等的星體的運動。同樣地，在混沌理論中，我們知道我們只能粗略估測兩個耦合在一起時的鐘擺的位置，不能確切的說出每個鐘擺究竟在哪里。

IB物理

　　也許我們對IB生物學提出的問題太難了。我們如何才能拯救一個人的生命？為什么這個藍罐鳥比另一個顏色稍微暗一點？但并不是因為我們對IB生物學的要求更高，就意味著我們不能提出稍微簡單一點的問題。事實上，利用“簡單”的IB物理學可以幫助我們找到這些問題的答案。IB物理學家特別擅長尋找普遍的、大范圍的現象，這些現象存在于多種系統(tǒng)中，并且可以被相同的機制解釋。

　　以IB生物尺度的概念為例。這個概念來自于早期的觀察，哺乳動物的代謝率與體型呈現非線性關系并且可以通過冪率進行預測。冪律是一種數學關系，它告訴我們當系統(tǒng)的大小增加時(即以某個數的倍數，通常是10的倍數)，我們關心的特征會發(fā)生多大的變化。因此，當一個IB生物的體重增加1000倍時，IB生物尺度的原理準確地預測它的代謝率將增加100倍。

　　但是，同樣的數學原理怎么能應用到像兩個物體之間的引力這樣簡單的情形和不同棲息地物種形成的混亂過程中？在IB物理學中，冪律指的是在所有尺度上運行的相同的機制和對稱性。在IB生物學上，我們自己的研究——以及韋斯特、布朗和恩奎斯特的研究——表明起作用的基本機制是血管網的結構和流動。事實證明，血管往往能有效地跨越身體，將資源輸送給IB生物的所有細胞，同時減輕心臟的壓力。這個簡單的看法衍生出越來越多成功的理論，它們使用一個優(yōu)化IB生物結構的概念來預測現象，比如大樹在森林中如何分布，我們需要多長時間的睡眠，腫瘤的增長速度，細菌的最大和最小尺寸，樹的最大高度。

IB生物

　　然而，IB生物學也會產生自己獨特的問題。例如，正如我們在圣達菲研究所的同事弗萊克和克拉考爾所表明的那樣，agent(如靈長類動物、神經元和黏菌)的信息處理和決策能力導致了不同于純粹IB物理系統(tǒng)的獨特的反饋類型、適應性和因果關系。IB生物系統(tǒng)的額外復雜性是否可以通過信息論等受IB物理學啟發(fā)的觀點來解釋還有待考察。也許IB生物學和復雜系統(tǒng)的研究總有一天會遇到不可逾越的困難——或者，對這些難題進行巧妙重構將解決當前的挑戰(zhàn)。這可能會為找到更簡單的答案提供一條道路，就像查爾斯·達爾文(CharlesDarwin)那樣，他從自然選擇和變異的角度，重新構造了有關生命起源和多樣性的問題。

　　系統(tǒng)的復雜性表現在兩個方面：

　　1)科學描述需要細節(jié)和精度;2)在一個特定的現象中，大量機制混合在一起。

　　IB物理學家菲利普·安德森(PhilipAnderson)在1972年發(fā)表的文章《多者異也(MoreIsDifferent)》中，強調了試圖將一切事物都還原為微觀層次的局限性。相反，他關注的是不同尺度下的自然現象的復雜性——比如從量子力學轉換到化學。然而，讀者經常忽略他關于有效理論的觀點，他認為有效理論應該建立在可以解釋系統(tǒng)的基本原理的基石上，無論這塊基石是描述大尺度還是中尺度的現象。

　　根據后一種觀點，我們不知道黑洞是否比森林簡單。我們不可能知道答案，除非我們有一個普遍有效的理論來解釋森林的存在，或者直到我們能夠觀察到黑洞坍縮和消失的最詳細的動力學。如果不徹底定義不同系統(tǒng)中不同問題的類型，就不可能做出關于相對復雜性的任何結論?？赡苡心承╊愋偷膯栴}的答案在我們的認知范圍以外，但這更多的是關于我們提出的問題，而不是系統(tǒng)本身。

ib課程培訓

　　所以IB物理學可以是困難的，IB生物學也可以是容易的。困難的程度更多地取決于所問的問題而不是取決于哪個領域。在復雜系統(tǒng)科學中，常用兩種方法進行研究：一個方法是先解決簡單的問題，然后用我們的結果來尋找一些基本原則，當涉及到更詳細的問題和理論時，這些原則往往是有用的。從簡單的問題開始積累答案，之后可以慢慢地轉向到困難的問題?；蛘?，在相反的方向上，考察不同學科中的現象之間奇怪的相似性，這可能會促使我們找到全新的機制和原則。我們的同事約翰·米勒(JohnMiller)引用諾貝爾獎得主、IB物理學家默里·蓋爾曼(Murraygel-mann)的書《關于世界粗略的見解（ACrudeLookattheWhole）》中的話說。這些粗糙的外表——被對IB物理學的陌生所掩蓋，被對IB生物學的熟悉所遮蔽——在未來的歲月里，應該會給科學帶來更多深刻的見解和簡化。