互联网的大脑模型与原子的太阳系模型

互联网的大脑模型与原子的太阳系模型，科学史上的巨系统对比作者：刘锋计算机博士，互联网进化论作者

2018年6月13日

科学探索中，有两个重要的支持力量，第一种是鼓励，会帮助研究者增强探索方向的信心和勇气，第二种是批判，会帮助研究者获知探索路上的障碍和陷阱。

10年前，受社交网络，水利部传感器网络，谷歌街景系统的启发，我们在科学院组成的研究团队提出互联网大脑模型，受到诸多专家的鼓励，但与此同时，互联网大脑模型也受到很多批评，甚至是激烈批判，主要批判意见认为：将互联网与大脑进行对比是一种"取类比象"，先入为主的研究方式，在方法上不科学，在模型上也不应成立。

一直以来，我们认为这种批判是非常宝贵的意见，但具体如何回应依然是个困难的任务，直到2018年4月，我们对自然科学史进行深入学习后，发现上个世纪物理学最重要的一个结构-原子的研究过程中，科学家正是通过不断的巨系统对比分析，推动了原子结构的最终确定，这包括原子的‘葡萄干蛋糕模型“、“原子的土星模型””原子的太阳系模型“等。

上个世纪"原子的太阳系模型"在科学上的突破，并不能代表互联网的“大脑模型”因此就正确，这个案例只是说明，当一个科学目标系统因为特别的原因无法获知其内部明确结构时，在实际现象的启

发下，用另外一个已知的，大众（包括科学家）更容易理解的系统模型进行对比和解释，是科学研究的一种方法。

互联网的大脑模型与原子的太阳系模型有很多共同点，也有更多不同，而且相对与原子结构百年来的不断成熟，互联网的”大脑模型”才刚刚起步。下面我们用一张表展示它们的相同和不同之处。

为了更好的说明互联网的大脑模型与原子的太阳系模型，下面的内容用四个部分，对上述观点和图标进行详细介绍：

一介绍哲学、社会学领域先驱们的相关研究和观点二原子的研究历程，从葡萄干蛋糕、土星模型到太阳系模型

三互联网的研究历程，从网状模型、海星模型到大脑模型

四互联网的大脑模型与原子的太阳系模型的研究对比。

一哲学家对器官，大脑与工具，社会关系的研究

技术哲学创始人德国哲学家卡普1877年出版《技术哲学纲要》，提出了工具和器物是人体器官投影的核心概念与理论，卡普对许多器物和工具做了详尽的解释：“大量创造物突然涌现出来。弯曲的手指变成了一只钩子，手的凹陷成为一只碗；人们从刀、矛、桨、铲、耙、犁和锹等，看到了臂、手和手指的各种各样的姿势”，卡普可谓把技术与人体器官关联起来的第一人。

1960年代，传媒领域的著名开拓者，马歇尔·麦克卢汉在1964年出版的《理解媒介》一书中提到“在过去数千年的机械技术时代,人类实现了身体在空间中延伸;在一个多世纪的电子技术时代,人类已在全球范围延伸了自己的中枢神经系统并进一步在全球范围扩展”

1983年，英国哲学家彼得·罗素（P.Russell）撰写了《地球脑的觉醒——进化的下一次飞跃》，他提出人类社会通过政治，文化，技术等各种联系使地球成为一个类人脑的组织结构，也就是地球脑或全球脑。

应该说卡普、麦克卢汉、彼得·罗素等先驱已经意识到工具、技术甚至社会形体与人类器官的关系，但总体看这些思考还属于社会学和哲学层面，对于1969年诞生的互联网，要到21世纪爆发以后，其技术和应用的类脑特征才逐步显现出来。

哲学和社会学先驱的研究可以成为启发我们的参考，但还不能作为科学的方法论证明互联网大脑模型的正确性和科学性。而这一重任将落到20世纪物理学领域一项重要发现上。

第二部分：原子的研究历程，从葡萄干蛋糕、土星模型到太阳系模型原子最早是哲学上解释世界基本构成的抽象概念，世界本原或根本元素是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思。随着人类认识的进步，原子逐渐从抽象的概念逐渐成为科学的理论。原子核以及电子构成原子。而原子又可以构成分子。原子是近现代物理学重要的基础结构之一。它的结构发现也经历了很多探索和波折。

1789年，法国科学家拉瓦锡定义原子一词后，从此原子就用来表示化学变化中的最小的单位。很长时间内人们都认为原子就像一个小得不能再小的玻璃实心球，里面再也没有什么内容了。

1897年，英国物理学家约瑟夫·汤姆生发现了电子以及它的亚原子特性，粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。汤姆生认为电子是平均的分布在整个原子上的，电子镶嵌在正电荷液体中，就象葡萄干点缀在一块蛋糕里一样，所以又被称为“葡萄干蛋糕模型”。汤姆生的葡萄干蛋糕模型当时能够解释很多化学和物理现象，在提出后被当时的科学界广为接受。

1903年12月5日日本物理学家长冈半太郎在东京数学物理学会上口头发表，并于1904年分别在日、英、德的杂志上刊登论文。他批评了汤姆生的模型，认为正负电不能相互渗透，提出一种他称之为“土星模型”的结构——即围绕带正电的核心有电子环转动的原子模型。一个大质量的带正电的球，外围有一圈等间隔分布着的电子以同样的角速度做圆周运动。

他们的模型在一定程度上都能解释当时的一些实验事实，但不能解释以后出现的很多新的实验结果，所以都没有得到进一步的发展。数年后，汤姆逊的“葡萄干蛋糕模型”被自己的学生卢瑟福的”太阳系模型“推翻了。

1906年英国科学家卢瑟福团队做了著名的α粒子散射实验，即让一束平行的α粒子穿过极薄的金箔，如果按照老师汤姆逊“葡萄干蛋糕原子模型，α粒子像巨型炮弹一样很容易穿过原子空间，仅仅会受”葡萄干“-电子导致的很小的散射

但卢瑟福团队又重复着这个已经做过多次的实验，奇迹出现了!他们不仅观察到了散射的α粒子，而且观察到了被金箔反射回来的α粒子。在卢瑟福晚年的一次演讲中曾描述过当时的情景，他说：“我记得两三天后，盖革非常激动地来到我这里，说：我们得到了一些反射回来的α粒子......’，这是我一生中最不可思议的事件。这就像你

对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹，却被反射回来的炮弹击中一样

地不可思议。经过思考之后，我认识到这种反向散射只能是单次碰撞的结果。经过计算我看到，如果不考虑原子质量绝大部分都集中在一个很小的核中，那是不可能得到这个数量级的。

卢瑟福所说的“经过思考以后”，不是思考一天、二天，而是思考了整整一、二年的时间。在做了大量的实验和理论计算和深思熟虑后，他才大胆地提出了原子的”太阳系“模型，推翻了他的老师汤姆逊的实心带电球原子模型。

卢瑟福提出的原子模型像一个太阳系，带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳转的行星。在这“太阳系”，支配它们之间的作用力是电磁相互作用力。他解释说，原子中带正电的物质集中在一个很小的核心上，而且原子质量的绝大部分也集中在这个很小的核心上。当α粒子正对着原子核心射来时，就有可能被反弹回去。这就圆满地解释了α粒子的大角度散射。