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构建理论和模型的一个重大挑战是，辨别出能够捕捉一个系统每个组织层面上的基本动态结构的重要数据。例如，在研究太阳系时，地球和太阳的质量很明显在决定地球的运动中居于重要地位，而它们的颜色《火星是红色的，地球是斑驱的赣色的，金星是白色的，等等)则无关紧要，因为行星的颜色与计算它们运动的细节是不相关的。同样，我们在计算能够让我们通过手机进行通信的卫星的详细运动时，也无须知道它们的颜色。然而，这很明显也是一个义度效应观点，如果我们近距离观察地球，比如在地表上方几英里的地方，而非从太空中数百万英里外的地方，它的颜色是地表现象多样性的呈现，包括山脉、河流、狮子、海洋、城市、和森林和人类等一切事物。因此，在一个尺度上不相关的因素在兄一个斥度上就会变得具有决定性的作用。在每一个观察的矿度上都面临的挑战是，提取出能够决定系统中占据主导地位的行为的重要变里。物理学家已经创造了一个概念来正式确定这一方法的第一步，他们称之为“玩具模型”。其策略是通过提取最重要的组成元素将复杂的系统简单化，由少量占据主导地位的变量代表，这些变量可以决定其主要行为。一个经典的例子便是19世纪人们首次提出的一个观点，气体是由分子构成的，分子可以被视作小硬球，它们快速移动、相互碰撞，它们与容器表

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面的撞击是我们所认为的压力的来源。同样，被我们称作温度的东西也可以被视作分子的平均动能。这是一个极为简单的模型，究其细节不一定严格准确，尽管它首次捕捉到并解释了气体的宏观粗粒度特征，如其压力、温度、热导率和符性。由此一来，它便提供了一个出发点，通过完善基本模型，并最终融入量子力学的复杂性，帮助我们发展出不仅有关和气体而且有关液体和固体的现代的、更详细精确的理解。这一在现代物理学的发展中起到重要作用的简化玩具模型被称为\"气体运动理论”，是由两位伟大的物理学家分别提出的:一位是詹姆斯:克拉殉.麦克斯韦〈JamesClerkMaxwell)，他把电学和磁学统一为电磁学，他预言的电磁波为世界带来了革命性的变化，另一位是路德维希.波尔茨受(LudwigBoltzmann)，他为我们带来了统计物理学和对灶的微观了解。与玩具模型相关的一个概念是一个理论的“零阶?近似，即简化的假设是为了得出近似最终结果。它通常被用于定量背景下，例如，“2013年芝加哥都市区人口的零阶预测为1000万”。在对芝加哥有了更多了解后，人们或许会做出“一阶?预测一一芝加哥人口为950万，这更加精确，也更接近实际数字《〈人口普查得到的精确数字为9537289)。你会发现，在经过更加细致的

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调查之后，一个更加精确的预测值将会产生954万这一数字，这被称作“二阶?预测。每上一“阶”都代表一次改善、一个经过改进的近似值，或者一个更好的解决方案，基于详细调查和分析而得出更精确的结果。在后文中，我会把“粗粒度\"”和“零阶”互换使用。这就是我和和詹姆斯、布赖恩在合作之初所要探究的哲学框染。我们能否先构建一个粗粒度零阶理论，以理解大量基于可以说明生物体基本特征潜在规律的基本原则的1/4次守异速生长规模法则?然后，我们能否把它当作一个出发点，定量得出更加精确的预测值和更高阶的纠正值，以理解在实际的生物系统中占据主导地位的行为?我后来得知，与大多数生物学家相比，往姆斯和布赖恩能够认可这一方式纯属异数，而非主流。尽管物理学和物理学家为生物学做出了一些意义重大的贡献，如揭示DNA的构造，但许多生物学家仍然对理论和数学推理持保留意见，并不十分认可。物理学从理论的发展与通过专门做实验测试其预测值及其影响之间持续的相互作用中获益恨多。一个典型的例子便是最近通过位于日内瓦的欧洲核子研究组织的大型强子对撞机发现了和希格斯粒子。许多年前，几名理论物理学家便曾经做出有关希格斯粒子的预测，这是我们理解基础物理学的必要和重要组成部分，但用了将近50年时间才发展出技术设

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