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　　1988年夏天的一個(gè)平常早晨，在美國新罕布什爾州一個(gè)小學(xué)校舉行的一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì )議上，來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校的地球物理學(xué)家Y.Y.卡根做了一次關(guān)于地震研究的講座。因為與會(huì )的科學(xué)家多數并非地震專(zhuān)家，卡根介紹了一些地震學(xué)的基本知識，在告訴聽(tīng)眾地震是如何的難以捉摸、無(wú)法預測時(shí)，也談到已知的少數幾條地震規律之一：古騰堡-里克特定律。

　　在上世紀50年代，加州理工學(xué)院的地震學(xué)家比諾·古騰堡和查爾斯·里克特收集了發(fā)生在世界各地的幾千次地震的資料加以統計，試圖從中理出一些頭緒。比如說(shuō)，地震震級發(fā)生的頻率是不是呈正態(tài)分布(出現一條兩頭少中間多的鐘形曲線(xiàn))？也就是說(shuō)，是否某個(gè)中間震級的地震最為多見(jiàn)，是典型震級？人的身高就屬于正態(tài)分布，中國成年男性的典型身高大約是1米7,比它高或矮的人數都逐漸減少。但是古騰堡和里克特卻未發(fā)現有典型震級，震級發(fā)生的頻率不是正態(tài)分布，但也不是毫無(wú)規律，而是震級越高，則發(fā)生的頻率越低。而且，它遵循一條簡(jiǎn)單的原則——冪律：一次地震釋放的能量每增加一倍，發(fā)生的頻率就減少為四分之一。

　　卡根此前已在其他地方多次做過(guò)類(lèi)似的講座，這回卻有了意外的結果。聽(tīng)眾中包括在紐約布魯克哈文國家實(shí)驗室工作的丹麥理論物理學(xué)家伯·巴克(1948~2002)。在聽(tīng)了卡根對古騰堡-里克特定律的介紹后，巴克突然想到，地震的這種情形很像他正在研究的沙堆崩塌。

　　假如我們往一張桌子上一粒一粒地丟沙子，沙子將會(huì )逐漸堆積起來(lái)，越來(lái)越高，但是不可能一直高下去，隨著(zhù)沙堆變高，它也變得越來(lái)越陡、越不穩定，到一定程度，剛丟下去的沙子會(huì )引起沙堆的崩塌，讓沙堆的高度降低。崩塌之后，繼續丟沙子，沙堆又再增高，然后再崩塌，如此循環(huán)往復。

　　巴克首先想要知道的是一個(gè)看來(lái)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題：沙堆崩塌的規模有小有大，什么樣的崩塌規模是最典型的？能否預計下一次的崩塌會(huì )有多大？這需要堆許多沙堆進(jìn)行統計，很費時(shí)間，所以巴克就改用計算機程序進(jìn)行模擬。巴克和他的兩名同事研究了數以千計的“虛擬沙堆”，統計了數百萬(wàn)次的崩塌中的沙子數。他們找到了什么典型崩塌規模了呢？什么也沒(méi)有。有的崩塌規模小到只有一粒沙子，有的則大到幾百萬(wàn)粒沙子。什么樣的規模都有可能發(fā)生，但是并不存在一個(gè)典型的崩塌規模，無(wú)法預計。

　　這是為什么呢？為了回答這個(gè)問(wèn)題，巴克等人對其程序做了一些改進(jìn)。設想從上往下俯瞰虛擬沙堆，然后根據沙堆上的每粒沙子所處位置的陡度著(zhù)上不同的顏色：如果那個(gè)位置相對平穩，就著(zhù)上綠色；比較陡峭，就著(zhù)上紅色。剛開(kāi)始堆沙堆時(shí)，都是綠色的。隨著(zhù)沙子的堆積，紅點(diǎn)也逐漸增多，進(jìn)而形成網(wǎng)絡(luò )。一粒沙子掉到紅點(diǎn)上，就能觸發(fā)周?chē)�紅點(diǎn)的滑動(dòng)。如果紅點(diǎn)很少，新丟下去的沙子的影響就很有限。但是一旦紅點(diǎn)多到連成一片，就無(wú)法估計新丟下去的沙子會(huì )導致什么結果：它可能只是打幾個(gè)滾兒就停下了，也可能觸發(fā)周?chē)�的沙子引起一�?chǎng)小規模崩塌，但也可能引起一連串連鎖反應，像多米諾效應一樣，導致幾百萬(wàn)粒沙子一起崩塌。這種高度敏感的不穩定狀態(tài)稱(chēng)為臨界狀態(tài)。由于它是在沙子堆積過(guò)程中自己逐漸形成的，巴克稱(chēng)之為自組織的臨界狀態(tài)。在這種狀態(tài)下任何規模的崩塌都有可能發(fā)生，但即使是最大的崩塌的發(fā)生也無(wú)其他特殊的因素。它是完全不可預測的。

　　巴克也發(fā)現，沙堆崩塌規模雖然不是正態(tài)分布，但是遵循冪律：崩塌規模越大，則發(fā)生的頻率越低，參與崩塌的沙子數目每增加一倍，其發(fā)生的頻率則降低2.14倍。所以，巴克一聽(tīng)說(shuō)震級的頻率也遵循冪律，馬上就想到地震可能和沙堆崩塌一樣，也是一種自組織的臨界現象。隨后他和其他許多人構建計算機模型，對地震進(jìn)行了模擬。

　　由于地殼的運動(dòng)產(chǎn)生的應力逐漸積累，地球處于臨界狀態(tài)。某個(gè)地殼斷層的某處巖石承受不了受到的應力，就會(huì )出現滑動(dòng)，這個(gè)滑動(dòng)可能小到無(wú)法覺(jué)察。但是正如一粒沙子掉下會(huì )讓處于臨界狀態(tài)的沙堆出現無(wú)法預測的結果一樣，這個(gè)小滑動(dòng)之后，任何情形都可能發(fā)生：它可能就此停下來(lái)，也可能給附近的巖石帶去足夠大的應力讓它們跟著(zhù)滑動(dòng)，引發(fā)一場(chǎng)地震，而這場(chǎng)地震的規模是無(wú)法預料的。不管是小地震還是大地震，它們的起因都一樣，都是由于地球處于臨界狀態(tài)而引起的，此外大地震的發(fā)生并無(wú)特殊的起因，既無(wú)法預測，也沒(méi)有可靠的前兆，就像大規模的沙堆崩塌一樣。如果地震有意識的話(huà)，在它剛剛發(fā)生時(shí)它自己都不知道將會(huì )有多大規模，而地震自己都不知道，我們更無(wú)法知道。(方舟子）