橫跨物理、數(shù)學(xué)、生態(tài)，定義流行病學(xué)R0值的世界頂尖科學(xué)家梅男爵去世

2020-05-15 12:17

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

原創(chuàng) Kai 世界頂尖科學(xué)家論壇

導(dǎo)語

上月28日，澳大利亞著名物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和生態(tài)學(xué)家，前英國皇家學(xué)會主席，羅伯特·梅牛津男爵（Robert May，Baron of Oxford）在英國牛津的一家養(yǎng)老院去世，享年84歲。

羅伯特·梅被譽(yù)為澳大利亞最有造詣的跨界科學(xué)家之一，1938年1月8日生于悉尼，曾任英國首席科學(xué)顧問、英國皇家學(xué)會主席，2001年被封為牛津男爵。他也是最古老的科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆破绽?jiǎng)?wù)碌墨@得者，歷史上曾有牛頓、愛因斯坦、達(dá)爾文等人獲得此獎(jiǎng)。

梅的工作對生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、流行病學(xué)、物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和公共政策都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，新冠疫情期間為大眾所廣泛知曉的R0值（基本傳染再生數(shù)）的定義也得益于他的工作。

2002年，羅伯特·梅在倫敦的自然歷史博物館。梅的同事這樣形容梅：“他有很多很多的身份，一個(gè)層疊著一個(gè)。但是，他在任何一個(gè)身份上都表現(xiàn)得很非凡。圖源|紐約時(shí)報(bào)

現(xiàn)任英國皇家學(xué)會主席、世界頂尖科學(xué)家協(xié)會（WLA）副主席文卡特拉曼·拉馬克里希南(Venki Ramakrishnan)這樣評價(jià)羅伯特·梅：“羅伯特是一個(gè)天賦型的傳播者，他善于使用所有可以接觸到的途徑來傳播他的理念：協(xié)會的核心應(yīng)當(dāng)是科學(xué)和理性。梅對他所尊崇的理念的傳播和踐行，事實(shí)上也與英國皇家學(xué)會創(chuàng)立之初的愿景形成了強(qiáng)烈的共鳴?！?/p>

羅伯特·梅,2004拍攝于英國倫敦皇家學(xué)會，圖源The Guardian

化“繁”為“簡”的神仙手

現(xiàn)在請?jiān)谀X海中構(gòu)畫一個(gè)群島，群島上的每一個(gè)島嶼都擁有一個(gè)品種的龜，這些島與島之間都是由成片的漂流物相連的。當(dāng)一個(gè)品種的烏龜去和另一個(gè)品種的烏龜搶食時(shí)，整個(gè)烏龜種群中的數(shù)量就會發(fā)生波動(dòng)。

1972年，生物學(xué)家羅伯特·梅設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)模型，其工作原理與群島的情況很像。他想弄清楚一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)是否能夠一直保持穩(wěn)定，或者說物種之間的相互作用是否會不可避免地導(dǎo)致一些物種滅絕其他物種。

梅通過將物種之間的偶然相互作用作為矩陣中的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行索引，他計(jì)算出了破壞生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需的臨界"相互作用強(qiáng)度"——繼續(xù)以小烏龜?shù)娜簫u來打比方的話，就相當(dāng)于一個(gè)衡量所需的連接島嶼的漂流物的數(shù)量的方法。在這個(gè)臨界點(diǎn)以下，所有物種都保持著穩(wěn)定的種群數(shù)量。而在這個(gè)臨界點(diǎn)之上，種群就會向零或無窮大的方向發(fā)展。

推動(dòng)生態(tài)學(xué)大變革

1972年，梅博士在《自然》雜志上發(fā)表了的標(biāo)題為 "Will a Large Complex System Be Stable? "《一個(gè)大型的復(fù)雜系統(tǒng)會穩(wěn)定嗎》的文章，以及他1973年發(fā)表的著作“Stability and Complexity in Model Ecosystems”《模型生態(tài)系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和復(fù)雜性》都清晰地闡述了他的理論，普林斯頓大學(xué)環(huán)境研究項(xiàng)目主任丹·魯賓斯坦這樣形容梅博士——這位在1973年至1988年前與他一起共事于普林斯頓大學(xué)的同事的理論的意義：“由此引發(fā)了生態(tài)學(xué)領(lǐng)域一場轟轟烈烈的變革”。

丹·魯賓斯坦說：“梅博士的工作經(jīng)常能引領(lǐng)我們這些經(jīng)驗(yàn)主義者去關(guān)注我們真正應(yīng)當(dāng)去找尋的東西，因?yàn)樗N(yùn)含著簡明和典雅的模型可以做出非常強(qiáng)有力的預(yù)測，從而讓我們可以走出去去實(shí)踐中進(jìn)行檢測。"

其實(shí)反過來說，這些模型的力量也在于它們對來自經(jīng)驗(yàn)主義者的信息的依賴。魯賓斯坦博士說：“羅伯特對于那種并沒有什么文化水平但是有大量生活經(jīng)驗(yàn)的人非常尊重。事實(shí)上，任何人都可以建立一個(gè)模型，但是如果你不用現(xiàn)實(shí)的參數(shù)來調(diào)整它，它就不會有任何幫助?！?/p>

規(guī)律被證實(shí)

梅發(fā)現(xiàn)的這個(gè)規(guī)律在20年之后被數(shù)學(xué)家克雷格·特雷西和哈羅德·威多姆證實(shí)，他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)梅所說的這個(gè)極為關(guān)鍵的臨界點(diǎn)就是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)的分布的峰值。

特雷西-威多姆分布是一個(gè)不對稱的統(tǒng)計(jì)凸點(diǎn)，左側(cè)比右側(cè)陡峭。適當(dāng)?shù)目s放比例，它的峰值會坐落在當(dāng)橫坐標(biāo)為√2N時(shí)。這個(gè)√2N就是指產(chǎn)生它的系統(tǒng)中變量數(shù)量的2倍的平方根，也就是梅為他的模型生態(tài)系統(tǒng)計(jì)算出的穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間的準(zhǔn)確過渡點(diǎn)。

圖源Quanta Magazine

由許多相互作用的成分組成的系統(tǒng)——無論這些系統(tǒng)中的組成成分到底是是物種、整數(shù)還是亞原子粒子，都沒有關(guān)系，它們不斷地產(chǎn)生相同的統(tǒng)計(jì)曲線，這就是特雷西-維多姆分布的內(nèi)涵。這條令人費(fèi)解的曲線似乎是我們熟悉的鐘形曲線或高斯分布的表兄弟。和高斯分布一樣，特雷西-維多姆分布也表現(xiàn)出 "普遍性"，這是一種神秘的現(xiàn)象，不同的微觀效應(yīng)會產(chǎn)生相同的集體行為。

當(dāng)像特雷西-維多姆分布這樣的普遍性規(guī)律展現(xiàn)在人們眼前，那么研究人員就可以用一個(gè)模型精準(zhǔn)地歸納那些其實(shí)他們對其內(nèi)部的運(yùn)作方式知之甚少的復(fù)雜系統(tǒng)，例如金融市場、物質(zhì)的奇異狀態(tài)或互聯(lián)網(wǎng)。

跨域助力定義流行病學(xué)R0值

梅博士的工作范圍遍布三大洲，同時(shí)也在像普林斯頓大學(xué)、牛津大學(xué)和倫敦帝國理工學(xué)院等高校擔(dān)任教授，他才華橫溢智力超群，在許多領(lǐng)域都讓同行們嘆服。"杜克大學(xué)環(huán)境科學(xué)名譽(yù)教授約翰 ·特伯格說："他有很多事業(yè)，一重重交疊，但是毋庸置疑的是，他在所有的事業(yè)中都大放光彩。”

梅博士曾經(jīng)輕描淡寫地在接受美國物理學(xué)會的刊物——APS新聞采訪時(shí)說過自己“容易走神，注意力不太能集中”，但是他特別強(qiáng)調(diào)了這樣一點(diǎn)：“如果你有一個(gè)好的理論物理學(xué)背景，那么任何事情都不會限制你。"

美國物理學(xué)會(APS)是一個(gè)非營利性的會員組織，通過其優(yōu)秀的研究期刊、科學(xué)會議、教育、外聯(lián)、宣傳和國際活動(dòng)，致力于推動(dòng)和傳播物理學(xué)知識。美國物理學(xué)會代表了超過55,000名會員，囊括了美國學(xué)術(shù)界、國家實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)界的物理學(xué)家，以及美國和世界各國的物理學(xué)家，圖源 |APS physics

“科學(xué)界其實(shí)壓根不缺哪些在自己熟悉的領(lǐng)域里完成了優(yōu)秀的工作的人，有很多人在自己的領(lǐng)域里做了很好的工作，但是卻罕有人有那種我們外行人稱之為‘全局觀’的東西?！敝萍甲骷艺材匪埂じ窭卓藢γ凡┦咳绱嗽u價(jià)。

詹姆斯·格雷克(James Gleick），是一位美國作家、科技史家，也是一位作品被視為對現(xiàn)代科技產(chǎn)生文化沖擊的互聯(lián)網(wǎng)先鋒。由于使用敘事非小說技巧介紹陌生復(fù)雜概念而廣為人知，他被稱為“史上最偉大科技作家之一”。格雷克的著作包括國際暢銷書《混沌：開創(chuàng)新科學(xué)》和《信息簡史》。前者同時(shí)被列入了普利策獎(jiǎng)和美國國家圖書獎(jiǎng)決選名單

格雷克先生在自己1987年所寫的一本關(guān)于復(fù)雜性研究的書《混沌：開創(chuàng)新科學(xué)》中重點(diǎn)介紹了梅博士。在一次采訪中，格雷克先生稱梅博士為 "該領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多的開創(chuàng)性人物之一"。

梅博士從生態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)而研究傳染病，他與倫敦帝國學(xué)院流行病學(xué)教授羅伊·安德森展開了富有成效的合作。他們一起寫了80多篇論文。

安德森博士在接受某個(gè)采訪時(shí)說，梅博士的天賦在于可以極度困難的問題轉(zhuǎn)化為有用的方程，而這部分依賴于他的物理學(xué)背景。安德森博士說："梅博士并不畏懼作些粗略的估計(jì)來獲得一些分析性的見解"。因?yàn)橐粋€(gè)純粹的數(shù)學(xué)家可能需要更高的精度，而不屑于去做一些近似。

梅博士和安德森博士一起研究了瘋牛病--牛海綿狀腦病。他們創(chuàng)建了預(yù)測非洲撒哈拉以南地區(qū)H.I.V.的傳播的模型，比世界衛(wèi)生組織作出的更為樂觀的估計(jì)更接近標(biāo)志。他們還幫助定義了被稱為R0的變量，用于估算由一個(gè)單獨(dú)的疾病病例傳播的新感染人數(shù)。

他們所做的工作為今天的新冠病毒的研究打出了重要的基石，梅博士的牛津大學(xué)同事喬治·克雷布斯說：“他們所做的工作為今天的新冠病毒時(shí)期所需要做的研究作出了重要的貢獻(xiàn)。他們的分析模型幫助強(qiáng)調(diào)了R0這個(gè)變量的至關(guān)重要性?！?/p>

扶持女性科學(xué)家

同事們回憶說，其實(shí)縱觀梅博士的整個(gè)職業(yè)生涯，他并不是一個(gè)特別圓通的人。倫敦大學(xué)學(xué)院的生態(tài)學(xué)家和保護(hù)科學(xué)家、梅博士的前同事喬治娜·梅斯教授在梅博士去世后的一篇文章中回憶說，“當(dāng)我們面對他的透徹分析和并不總是溫和的批評，我們既感到鼓舞人心，也會有些許害怕 "。

當(dāng)然，梅斯教授也在文章中補(bǔ)充道，他對向他請教的科學(xué)家表現(xiàn)出了極大的慷慨和鼓勵(lì)。梅斯教授寫道：“梅博士給予了女性科學(xué)家極大和廣泛的支持，這一點(diǎn)讓我們的很多人都受益匪淺?！?/p>

梅博士于1979年被選為英國皇家學(xué)會院士，并在2000年至2005年期間擔(dān)任主席。1988年，他接受了英國牛津大學(xué)和英國帝國理工學(xué)院的聯(lián)合職位。1996年他被授予爵位，2001年獲得了牛津男爵（Baron of Oxford）的頭銜。1995年至2000年，他曾擔(dān)任約翰·梅杰和托尼·布萊爾首相的首席科學(xué)顧問。

2001年的梅博士。他作為英國政府的顧問，推動(dòng)了英國對氣候變化的行動(dòng),圖源|紐約時(shí)報(bào)

作為唐寧街10號的科學(xué)顧問，梅博士把原本低調(diào)的職位變成了一個(gè)宣傳科學(xué)的臨時(shí)小講臺。曾同樣在政府任職克雷布斯博士說“梅博士將科學(xué)說得非常地清楚和直言不諱?！?/p>

他的科普文章也曾發(fā)表在《科學(xué)》、《科學(xué)美國人》上，并通過他生態(tài)學(xué)專業(yè)的視角對社會公共政策議題建言建議。甚至將生態(tài)原理應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)學(xué)，為2008年的金融危機(jī)建立模型。

因?yàn)樽吭娇茖W(xué)成就與社會貢獻(xiàn)，羅伯特·梅于2007年獲得了由英國皇家學(xué)會頒發(fā)的科普利獎(jiǎng)?wù)??？破绽?jiǎng)?wù)驴赡苁鞘澜缟献罟爬系目茖W(xué)獎(jiǎng)?wù)拢瑲v史上曾有牛頓、愛伊斯坦、達(dá)爾文、門捷列夫等人獲得過此獎(jiǎng)項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)

1. APS Physics, About us, https://www.aps.org/about/index.cfm

2. The New York Times, Robert May, an Uncontainable ‘Big Picture’ Scientist, Dies at 84, https://www.nytimes.com/2020/05/11/science/robert-may-dead.html?searchResultPosition=1

3. The Guardian，Robert May, former UK chief scientist and chaos theory pioneer, dies aged 84， https://www.theguardian.com/science/2020/apr/29/robert-may-former-uk-chief-scientist-led-chaos-theory-lord-dies-aged-84

4. Live Science, Robert May, grandfather of chaos, dies at 84, https://www.livescience.com/robert-may-obituary.html

5. Quanta magazine, At the Far Ends of a New Universal Law, https://www.quantamagazine.org/beyond-the-bell-curve-a-new-universal-law-20141015/