复杂科学：颠覆我们对世界的认知

近年来，新冠疫情、俄乌冲突、极端天气等一些重大事件集中、频繁地发生，人工智能、元宇宙等颠覆性概念和技术不断涌现，这些不确定的事件及问题让我们不禁反思世界将要走向何方？

为了应对人类百年未有之大变局，在这个不确定时代，我们需要站在一个全新的视角上进行系统性的思考。而复杂科学无疑将承担起这个重任。

这个世界并非现成地存在着，而是无时无刻不在动态变化，我们唯一要做的就是理解并直面这真实世界中的复杂性。

《复杂：诞生于秩序与混沌边缘的科学》一书作为复杂科学的经典之作和入门指南，不仅生动记录了复杂科学圣地圣塔菲研究所的诞生时刻，更是一本系统思维的启示录。在今天，那些不同领域的科学家们的发现和观点仍可以带给我们新的启发和思考：

关于圣塔菲和复杂科学

1. 每个初识它（圣塔菲研究所）的人都会受到冲击，这个地方颠覆了人们对研究所的刻板印象。它是由一群功成名就的学者、诺贝尔奖得主所创立的机构——它的创始人们完全可以安处于盛名之下，却致力于以圣塔菲研究所为平台，掀起一场科学革命。

2. 当考温想到这些时，最令他痛心疾首的就是这个碎片化的过程对科学整体造成的影响。传统学科已然如此根深蒂固，彼此孤立，以至于它们似乎在将自己逼上绝路。到处都有丰富的科学机会，但太多的科学家似乎对此视而不见。

3. 似乎每个演讲者在站起来发言之前，都没有人知道他会说些什么。有很多人留着马尾辫，穿着蓝色牛仔裤（有一位女士光着脚站起来演讲）。“涌现”这个词似乎在不断出现。最重要的是，空气中弥漫着一种不可思议的活力和同道情谊——一种打破障碍、释放新思想的感觉，一种自发的、不可预测的、无限制的自由的感觉。这场人工生命研讨会以一种奇怪的、理智的方式让人感到一种反叛的味道，仿佛它植根于越战之后的反主流文化运动。

4.不知怎的，旧的科学分类体系开始瓦解，一门新的、统一的科学即将诞生。阿瑟确信，这将是一门严谨的科学，就像物理学一样“硬核”，并且深深根植于自然法则。但它将不再是对终极粒子的探索，而是关于流动、变化以及模式的形成和消解。它不再忽略所有不统一和不可预测的事物，而给个体性和历史偶然性留下一席之地。它不再是关于简单，而是指向复杂。

5. 这就是捉摸不定的“圣塔菲方法”：与新古典主义理论中强调的回报率递减、静态平衡、完全理性相反，圣塔菲团队强调的是回报率递增、有限理性、进化的动力学，以及学习。

关于经济学

6.新古典经济学同样描述了这样一个社会：经济永远保持在完美的均衡状态，供给始终与需求完全相等，股市永远不会遭遇波动和崩溃，没有任何公司能强大到支配市场，完全自由市场的魔力使一切都向最好的方向发展。这种愿景让阿瑟想起了18 世纪的启蒙运动，当时的哲学家们将宇宙视为一种巨大的钟表装置，按照牛顿运动定律保持着完美的运行秩序。唯一的区别是，经济学家们似乎把人类社会看作一台完美润滑的机器，由亚当·斯密的“看不见的手”控制。

7.在真实的经济世界中，新产品、新技术和新市场层出不穷，旧产品、旧技术和旧市场不断消失。真实的经济不是一台机器，而是一种生命系统，拥有自发性和复杂性，就像贾德森在分子生物世界中所展示的那样。

8.“报酬递减”的经济学原理中隐含着这种影响逐渐消失的趋势：第二块糖果的味道远没有第一块好；两倍的肥料不会产生两倍的产量；任何事情你做的次数越多，最后一次的效用、利润或者给人带来的享受就越少。但阿瑟看到，其净效应是一样的：负反馈可以防止微小的扰动走向失控并摧毁事物的物理结构，同样，报酬递减确保了没有一家公司或一种产品能够发展到足以主宰市场。

9.历史只是一件破事接着一件破事。报酬递增只需要一个微不足道的偶然事件——谁在走廊里撞上了谁，马车队碰巧在哪里停下过夜，交易站碰巧在哪里设立，意大利制鞋商碰巧移民到了哪里——然后就会将其放大到不可逆转的地步。

10.因此，经济世界有程序员、水管工、钢铁厂和宠物店，就像雨林中有树懒和蝴蝶一样。进一步讲，一旦某个生态位被填补，就会有更多新的生态位被开辟出来，为新的寄生生物、捕食者与猎物、共生伙伴提供可能。因此，系统总是源源不断地创造新的机会。反过来，这意味着讨论复杂适应系统如何处于平衡状态基本上是没有意义的：这个系统永远无法真正达到平衡，它总是在发展，总是在变化。事实上，如果系统真的达到了平衡，它就不仅仅是稳定的，而是已经死亡。

关于生命

11.“当你像我一样接受的是数学、工程学和经济学方面的训练，你往往会认为只有那些能够运用定理和数学表达的领域才存在科学。但是当我透过窗户看到生命、有机体和自然界时，我发现，不知何故，科学始终停滞不前。”你怎么能写出一棵树或一个草履虫的数学方程呢？你不能。

12.在分子层面，每个活细胞都惊人地相似。细胞的基本机制是普适性的。然而，基因蓝图中一个微小的、几乎无法察觉的突变，就足以使整个生物体产生巨大的变化。发生在这里或那里的几次分子变化，就可能足以导致棕色眼睛和蓝色眼睛之别，体操运动员和相扑选手之别，身体健康和身患镰状细胞贫血病之别。经过数百万年的自然选择积累，再加上一些分子变化，就可能造成人类与黑猩猩、无花果树与仙人掌、变形虫与鲸之间的差异。

13.正如达尔文所描述的，任何特定生物的基因细节都是随机突变和自然选择的产物。然而，生命本身的组织，即秩序，则更加深刻和根本。它纯粹源于网络结构，而非具体细节。秩序涌现，实乃造物者的秘密。

14.在混沌边缘，生命有足够的稳定性以维持自身存在，也有足够的创造性使自己堪当“生命”之名。在混沌边缘，新的想法和创造性一点点撬动现实，即使最顽固的守旧派也终将被推翻。

15.激光是一个自组织系统，其中光的粒子——光子，可以自发地组成一个强大的光束，其中每个光子的运动步调一致。飓风是一个自组织系统，由来自太阳的源源不断的能量驱动，这种能量驱动风的形成，并从海洋中吸收水分以形成降雨。活细胞——尽管因过于复杂而无法进行数学分析，也是一个自组织系统，它通过食物的形式吸收能量，通过热量和废物的形式排出能量，以此来生存。

关于人工智能

16.学习是认知的基础，就像进化是生物学的基础一样。这意味着学习必须从一开始就被纳入认知架构，而不是在最后被强加上去。霍兰的理想仍然是赫布神经网络，在那里，来自每一个想法的神经冲动都会加强和强化最初使思考成为可能的联系。

17.计算机可能并不是周末报纸增刊中描绘的耸人听闻的“巨型大脑”。实际上，从架构和操作细节来看，它们一点也不像大脑。但人们会忍不住推测，在更深层、更重要的意义上，计算机和大脑可能是相似的：它们可能都是信息处理设备。因为如果真是这样，那么思维本身就可以被理解为一种信息处理的形式。

18.计算机完全像是火星人，你必须告诉它一切：数据是什么？它们如何被转化？从这里到那里需要哪些步骤？反过来，这些问题很快引出了困扰哲学家几个世纪的问题：什么是知识？知识是如何通过感官印象获取的？知识在头脑中如何表征？知识如何借由经验而改变？知识如何应用于推理？决策如何转化为行动？

19.霍兰告诉他的同事，如果无论如何都要依靠试错，也许应该去学习大自然的试错方法，即自然选择。与其试图通过编写程序来执行你不太知道如何完成的任务，不如让它们进化。

关于进化

20.兰顿意识到，这不只是文化如何进化的问题，生物进化、智力进化、文化进化，以及概念的组合、重组、跨时空传播——所有这些问题聚集一处。在最深的层次上，它们只是同一事物的不同方面。不止如此，它们就像是《生命游戏》，或者说像兰顿自己的心智，在摔成碎片后仍然能够进行自我重组。其背后是一个统一整体，一个共同的故事，即由部分聚合成整体、演变出结构、再演变成能生长和存活的复杂系统。如果能找到正确的方式看待这个统一性，如果能将其中的运行规律抽象为正确的计算机程序，那么兰顿就能掌握进化的精髓。

21.听考夫曼谈论秩序，就像听到数学、逻辑学和科学的语言被用来表达一种原始的神秘主义。对于考夫曼来说，秩序是人类存在之谜的答案，解释了在这个似乎由偶然、混乱和盲目的自然法则所支配的宇宙中，我们何以成为有生命、有思想的生物。对于考夫曼来说，秩序告诉我们，人类的存在确实是自然界的一次偶然事件——但绝不仅仅是一次偶然事件。

22.在存在繁殖、交换和突变的情况下，几乎任何提供高于平均水平的适应度的紧密基因簇，都会在种群中呈指数级增长。霍兰称这一定理为“模式定理”（“模式”是指任何特定基因模式）。

关于涌现与秩序

23.不断繁殖的、像滑翔机那样的“持续瞬态”，永不停止的动力学，以永远出人意料的复杂性生长、分裂、重组的结构的复杂之舞，全在这里了——这几乎就是二阶相变的定义。

25.在神秘的十六进制数字列中，他可以想象一个振动的鼓面、一个复杂的电场，或者其他任何东西。在这个充满流动比特的世界里，他可以创造出一个虚拟宇宙。霍兰只需要将正确的规则编码进去，剩下的一切就会自然展开。

30．游戏开始时，你可以任意设置哪些方格处于存活状态，然后看它们立即自组织成各种各样的连贯结构。你能看到翻滚着的结构，还有像野兽呼吸一般振荡的结构。你能发现“滑翔机”结构，那是一小团活细胞以恒定的速度划过屏幕；还有“滑翔机枪”结构，它持续不断地向外发射滑翔机；以及淡定地吞没这些滑翔机的结构。如果你足够幸运，你甚至能发现一只“柴郡猫”，它逐渐暗淡消失，只留下一抹微笑和一个爪印。程序的每次运行都不一样，没有人能穷尽其中的可能性。

23.在每一个复杂层级上，都会涌现出全新特性。在每一阶段，都需要全新的定律、概念和通则，需要与前一阶段一样多的灵感和创造力。心理学不是应用生物学，生物学也不是应用化学。

24.天气是一种涌现特性：当水蒸气来到墨西哥湾上空，与阳光和风相互作用，它可以自组织成一种被称为飓风的涌现结构。生命是一种涌现特性，是DNA 分子、蛋白质分子和无数其他种类分子遵循化学定律的产物。心智也是一种涌现特性，是数十亿个神经元遵循活细胞的生物法则的产物。

25.当考夫曼意识到这一切时，他肃然起敬。秩序，自由存在的秩序，它再次出现。自然产生于物理和化学定律的秩序，自发地从分子混沌中涌现的秩序，表现为一个不断增长的系统。这个想法美丽异常，难以言表。

26.从非线性的角度来看，很容易理解为什么稀疏联结的网络可以如此轻松地自组织成稳定的循环：在数学上，它们的行为等同于所有降落在山谷周围的山坡上的雨水都会汇入山谷底部的湖泊。在所有可能的网络行为空间中，稳定的循环就像盆地一样，或者就像物理学家所说的“吸引子”。

关于世界

27.万物皆有关联，而且这种关联常常具有不可思议的灵敏度。微小的扰动并不总是微小的，在适当的条件下，最微小的不确定性也可能会逐渐放大，直到系统的未来变得完全无法预测，或者用一个词来形容，那就是混沌。

28. 铁会生锈。倒下的木头会腐烂。洗澡水会降至与周围环境相同的温度。相比创造结构，大自然似乎更喜欢把结构拆开，把事物混合成一种平均状态。

29.已经拥有的，还将得到更多——世界由此产生了结构。

30.如果一个国家能够成功实现多元化，使复杂性提升至临界点以上，那么可以预期它将经历爆发性的增长和创新，即一些经济学家所说的“经济腾飞”。

31.我们就是这个永恒不变却又时刻改变的存在的一部分。如果你认为自己是一艘蒸汽船，可以逆流而上，那你就是在自欺欺人。事实上，你只是一艘顺流而下的纸船的船长而已。如果试图逆着水流，就只会停留在原地。然而，如果你静心观察水流，意识到自己是其中的一部分，意识到水流不息且始终在孕育新的复杂性，那么你在某些时刻就可以把桨插进水中，使自己撑过一个又一个旋涡。

本文整理摘编自《复杂：诞生于秩序与混沌边缘的科学》 M.米切尔·沃尔德罗普 著 中信出版集团 2024.2