横跨物理、数学、生态，定义流行病学R0值的世界顶尖科学家梅男爵去世

原创 Kai 世界顶尖科学家论坛

导语

上月28日，澳大利亚著名物理学家、数学家和生态学家，前英国皇家学会主席，罗伯特·梅牛津男爵（Robert May，Baron of Oxford）在英国牛津的一家养老院去世，享年84岁。

罗伯特·梅被誉为澳大利亚最有造诣的跨界科学家之一，1938年1月8日生于悉尼，曾任英国首席科学顾问、英国皇家学会主席，2001年被封为牛津男爵。他也是最古老的科学奖章——科普利奖章的获得者，历史上曾有牛顿、爱因斯坦、达尔文等人获得此奖。

梅的工作对生物学、动物学、流行病学、物理学、经济学和公共政策都产生了深远的影响，新冠疫情期间为大众所广泛知晓的R0值（基本传染再生数）的定义也得益于他的工作。

2002年，罗伯特·梅在伦敦的自然历史博物馆。梅的同事这样形容梅：“他有很多很多的身份，一个层叠着一个。但是，他在任何一个身份上都表现得很非凡。图源|纽约时报

现任英国皇家学会主席、世界顶尖科学家协会（WLA）副主席文卡特拉曼·拉马克里希南(Venki Ramakrishnan)这样评价罗伯特·梅：“罗伯特是一个天赋型的传播者，他善于使用所有可以接触到的途径来传播他的理念：协会的核心应当是科学和理性。梅对他所尊崇的理念的传播和践行，事实上也与英国皇家学会创立之初的愿景形成了强烈的共鸣。”

罗伯特·梅,2004拍摄于英国伦敦皇家学会，图源The Guardian

化“繁”为“简”的神仙手

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现在请在脑海中构画一个群岛，群岛上的每一个岛屿都拥有一个品种的龟，这些岛与岛之间都是由成片的漂流物相连的。当一个品种的乌龟去和另一个品种的乌龟抢食时，整个乌龟种群中的数量就会发生波动。

1972年，生物学家罗伯特·梅设计了一个简单的数学模型，其工作原理与群岛的情况很像。他想弄清楚一个复杂的生态系统是否能够一直保持稳定，或者说物种之间的相互作用是否会不可避免地导致一些物种灭绝其他物种。

梅通过将物种之间的偶然相互作用作为矩阵中的随机数进行索引，他计算出了破坏生态系统稳定所需的临界"相互作用强度"——继续以小乌龟的群岛来打比方的话，就相当于一个衡量所需的连接岛屿的漂流物的数量的方法。在这个临界点以下，所有物种都保持着稳定的种群数量。而在这个临界点之上，种群就会向零或无穷大的方向发展。

推动生态学大变革

1972年，梅博士在《自然》杂志上发表了的标题为 "Will a Large Complex System Be Stable? "《一个大型的复杂系统会稳定吗》的文章，以及他1973年发表的著作“Stability and Complexity in Model Ecosystems”《模型生态系统中的稳定性和复杂性》都清晰地阐述了他的理论，普林斯顿大学环境研究项目主任丹·鲁宾斯坦这样形容梅博士——这位在1973年至1988年前与他一起共事于普林斯顿大学的同事的理论的意义：“由此引发了生态学领域一场轰轰烈烈的变革”。

丹·鲁宾斯坦说：“梅博士的工作经常能引领我们这些经验主义者去关注我们真正应当去找寻的东西，因为他蕴含着简明和典雅的模型可以做出非常强有力的预测，从而让我们可以走出去去实践中进行检测。"

其实反过来说，这些模型的力量也在于它们对来自经验主义者的信息的依赖。鲁宾斯坦博士说：“罗伯特对于那种并没有什么文化水平但是有大量生活经验的人非常尊重。事实上，任何人都可以建立一个模型，但是如果你不用现实的参数来调整它，它就不会有任何帮助。”

规律被证实

梅发现的这个规律在20年之后被数学家克雷格·特雷西和哈罗德·威多姆证实，他们发现这个梅所说的这个极为关键的临界点就是一个统计学的分布的峰值。

特雷西-威多姆分布是一个不对称的统计凸点，左侧比右侧陡峭。适当的缩放比例，它的峰值会坐落在当横坐标为√2N时。这个√2N就是指产生它的系统中变量数量的2倍的平方根，也就是梅为他的模型生态系统计算出的稳定与不稳定之间的准确过渡点。

图源Quanta Magazine

由许多相互作用的成分组成的系统——无论这些系统中的组成成分到底是是物种、整数还是亚原子粒子，都没有关系，它们不断地产生相同的统计曲线，这就是特雷西-维多姆分布的内涵。这条令人费解的曲线似乎是我们熟悉的钟形曲线或高斯分布的表兄弟。和高斯分布一样，特雷西-维多姆分布也表现出 "普遍性"，这是一种神秘的现象，不同的微观效应会产生相同的集体行为。

当像特雷西-维多姆分布这样的普遍性规律展现在人们眼前，那么研究人员就可以用一个模型精准地归纳那些其实他们对其内部的运作方式知之甚少的复杂系统，例如金融市场、物质的奇异状态或互联网。

跨域助力定义流行病学R0值

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梅博士的工作范围遍布三大洲，同时也在像普林斯顿大学、牛津大学和伦敦帝国理工学院等高校担任教授，他才华横溢智力超群，在许多领域都让同行们叹服。"杜克大学环境科学名誉教授约翰 ·特伯格说："他有很多事业，一重重交叠，但是毋庸置疑的是，他在所有的事业中都大放光彩。”

梅博士曾经轻描淡写地在接受美国物理学会的刊物——APS新闻采访时说过自己“容易走神，注意力不太能集中”，但是他特别强调了这样一点：“如果你有一个好的理论物理学背景，那么任何事情都不会限制你。"

美国物理学会(APS)是一个非营利性的会员组织，通过其优秀的研究期刊、科学会议、教育、外联、宣传和国际活动，致力于推动和传播物理学知识。美国物理学会代表了超过55,000名会员，囊括了美国学术界、国家实验室和工业界的物理学家，以及美国和世界各国的物理学家，图源 |APS physics

“科学界其实压根不缺哪些在自己熟悉的领域里完成了优秀的工作的人，有很多人在自己的领域里做了很好的工作，但是却罕有人有那种我们外行人称之为‘全局观’的东西。”著名科技作家詹姆斯·格雷克对梅博士如此评价。

詹姆斯·格雷克(James Gleick），是一位美国作家、科技史家，也是一位作品被视为对现代科技产生文化冲击的互联网先锋。由于使用叙事非小说技巧介绍陌生复杂概念而广为人知，他被称为“史上最伟大科技作家之一”。格雷克的著作包括国际畅销书《混沌：开创新科学》和《信息简史》。前者同时被列入了普利策奖和美国国家图书奖决选名单

格雷克先生在自己1987年所写的一本关于复杂性研究的书《混沌：开创新科学》中重点介绍了梅博士。在一次采访中，格雷克先生称梅博士为 "该领域为数不多的开创性人物之一"。

梅博士从生态学转而研究传染病，他与伦敦帝国学院流行病学教授罗伊·安德森展开了富有成效的合作。他们一起写了80多篇论文。

安德森博士在接受某个采访时说，梅博士的天赋在于可以极度困难的问题转化为有用的方程，而这部分依赖于他的物理学背景。安德森博士说："梅博士并不畏惧作些粗略的估计来获得一些分析性的见解"。因为一个纯粹的数学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疯牛病--牛海绵状脑病。他们创建了预测非洲撒哈拉以南地区H.I.V.的传播的模型，比世界卫生组织作出的更为乐观的估计更接近标志。他们还帮助定义了被称为R0的变量，用于估算由一个单独的疾病病例传播的新感染人数。

他们所做的工作为今天的新冠病毒的研究打出了重要的基石，梅博士的牛津大学同事乔治·克雷布斯说：“他们所做的工作为今天的新冠病毒时期所需要做的研究作出了重要的贡献。他们的分析模型帮助强调了R0这个变量的至关重要性。”

扶持女性科学家

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同事们回忆说，其实纵观梅博士的整个职业生涯，他并不是一个特别圆通的人。伦敦大学学院的生态学家和保护科学家、梅博士的前同事乔治娜·梅斯教授在梅博士去世后的一篇文章中回忆说，“当我们面对他的透彻分析和并不总是温和的批评，我们既感到鼓舞人心，也会有些许害怕 "。

当然，梅斯教授也在文章中补充道，他对向他请教的科学家表现出了极大的慷慨和鼓励。梅斯教授写道：“梅博士给予了女性科学家极大和广泛的支持，这一点让我们的很多人都受益匪浅。”

梅博士于1979年被选为英国皇家学会院士，并在2000年至2005年期间担任主席。1988年，他接受了英国牛津大学和英国帝国理工学院的联合职位。1996年他被授予爵位，2001年获得了牛津男爵（Baron of Oxford）的头衔。1995年至2000年，他曾担任约翰·梅杰和托尼·布莱尔首相的首席科学顾问。

2001年的梅博士。他作为英国政府的顾问，推动了英国对气候变化的行动,图源|纽约时报

作为唐宁街10号的科学顾问，梅博士把原本低调的职位变成了一个宣传科学的临时小讲台。曾同样在政府任职克雷布斯博士说“梅博士将科学说得非常地清楚和直言不讳。”

他的科普文章也曾发表在《科学》、《科学美国人》上，并通过他生态学专业的视角对社会公共政策议题建言建议。甚至将生态原理应用于经济学，为2008年的金融危机建立模型。

因为卓越科学成就与社会贡献，罗伯特·梅于2007年获得了由英国皇家学会颁发的科普利奖章。科普利奖章可能是世界上最古老的科学奖章，历史上曾有牛顿、爱伊斯坦、达尔文、门捷列夫等人获得过此奖项。

参考文献

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/

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（责任编辑：小文）

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