複雜科學：顛覆我們對世界的認知

近年來，新冠疫情、俄烏衝突、極端天氣等一些重大事件集中、頻繁地發生，人工智能、元宇宙等顛覆性概念和技術不斷涌現，這些不確定的事件及問題讓我們不禁反思世界將要走向何方？

爲了應對人類百年未有之大變局，在這個不確定時代，我們需要站在一個全新的視角上進行系統性的思考。而複雜科學無疑將承擔起這個重任。

這個世界並非現成地存在着，而是無時無刻不在動態變化，我們唯一要做的就是理解並直面這真實世界中的複雜性。

《複雜：誕生於秩序與混沌邊緣的科學》一書作爲複雜科學的經典之作和入門指南，不僅生動記錄了複雜科學聖地聖塔菲研究所的誕生時刻，更是一本系統思維的啓示錄。在今天，那些不同領域的科學家們的發現和觀點仍可以帶給我們新的啓發和思考：

關於聖塔菲和複雜科學

1. 每個初識它（聖塔菲研究所）的人都會受到衝擊，這個地方顛覆了人們對研究所的刻板印象。它是由一羣功成名就的學者、諾貝爾獎得主所創立的機構——它的創始人們完全可以安處於盛名之下，卻致力於以聖塔菲研究所爲平臺，掀起一場科學革命。

2. 當考溫想到這些時，最令他痛心疾首的就是這個碎片化的過程對科學整體造成的影響。傳統學科已然如此根深蒂固，彼此孤立，以至於它們似乎在將自己逼上絕路。到處都有豐富的科學機會，但太多的科學家似乎對此視而不見。

3. 似乎每個演講者在站起來發言之前，都沒有人知道他會說些什麼。有很多人留着馬尾辮，穿着藍色牛仔褲（有一位女士光着腳站起來演講）。“涌現”這個詞似乎在不斷出現。最重要的是，空氣中瀰漫着一種不可思議的活力和同道情誼——一種打破障礙、釋放新思想的感覺，一種自發的、不可預測的、無限制的自由的感覺。這場人工生命研討會以一種奇怪的、理智的方式讓人感到一種反叛的味道，彷彿它植根於越戰之後的反主流文化運動。

4.不知怎的，舊的科學分類體系開始瓦解，一門新的、統一的科學即將誕生。阿瑟確信，這將是一門嚴謹的科學，就像物理學一樣“硬核”，並且深深根植於自然法則。但它將不再是對終極粒子的探索，而是關於流動、變化以及模式的形成和消解。它不再忽略所有不統一和不可預測的事物，而給個體性和歷史偶然性留下一席之地。它不再是關於簡單，而是指向複雜。

5. 這就是捉摸不定的“聖塔菲方法”：與新古典主義理論中強調的回報率遞減、靜態平衡、完全理性相反，聖塔菲團隊強調的是回報率遞增、有限理性、進化的動力學，以及學習。

關於經濟學

6.新古典經濟學同樣描述了這樣一個社會：經濟永遠保持在完美的均衡狀態，供給始終與需求完全相等，股市永遠不會遭遇波動和崩潰，沒有任何公司能強大到支配市場，完全自由市場的魔力使一切都向最好的方向發展。這種願景讓阿瑟想起了18 世紀的啓蒙運動，當時的哲學家們將宇宙視爲一種巨大的鐘表裝置，按照牛頓運動定律保持着完美的運行秩序。唯一的區別是，經濟學家們似乎把人類社會看作一臺完美潤滑的機器，由亞當·斯密的“看不見的手”控制。

7.在真實的經濟世界中，新產品、新技術和新市場層出不窮，舊產品、舊技術和舊市場不斷消失。真實的經濟不是一臺機器，而是一種生命系統，擁有自發性和複雜性，就像賈德森在分子生物世界中所展示的那樣。

8.“報酬遞減”的經濟學原理中隱含着這種影響逐漸消失的趨勢：第二塊糖果的味道遠沒有第一塊好；兩倍的肥料不會產生兩倍的產量；任何事情你做的次數越多，最後一次的效用、利潤或者給人帶來的享受就越少。但阿瑟看到，其淨效應是一樣的：負反饋可以防止微小的擾動走向失控並摧毀事物的物理結構，同樣，報酬遞減確保了沒有一家公司或一種產品能夠發展到足以主宰市場。

9.歷史只是一件破事接着一件破事。報酬遞增只需要一個微不足道的偶然事件——誰在走廊裡撞上了誰，馬車隊碰巧在哪裡停下過夜，交易站碰巧在哪裡設立，意大利製鞋商碰巧移民到了哪裡——然後就會將其放大到不可逆轉的地步。

10.因此，經濟世界有程序員、水管工、鋼鐵廠和寵物店，就像雨林中有樹懶和蝴蝶一樣。進一步講，一旦某個生態位被填補，就會有更多新的生態位被開闢出來，爲新的寄生生物、捕食者與獵物、共生夥伴提供可能。因此，系統總是源源不斷地創造新的機會。反過來，這意味着討論複雜適應系統如何處於平衡狀態基本上是沒有意義的：這個系統永遠無法真正達到平衡，它總是在發展，總是在變化。事實上，如果系統真的達到了平衡，它就不僅僅是穩定的，而是已經死亡。

關於生命

11.“當你像我一樣接受的是數學、工程學和經濟學方面的訓練，你往往會認爲只有那些能夠運用定理和數學表達的領域才存在科學。但是當我透過窗戶看到生命、有機體和自然界時，我發現，不知何故，科學始終停滯不前。”你怎麼能寫出一棵樹或一個草履蟲的數學方程呢？你不能。

12.在分子層面，每個活細胞都驚人地相似。細胞的基本機制是普適性的。然而，基因藍圖中一個微小的、幾乎無法察覺的突變，就足以使整個生物體產生巨大的變化。發生在這裡或那裡的幾次分子變化，就可能足以導致棕色眼睛和藍色眼睛之別，體操運動員和相撲選手之別，身體健康和身患鐮狀細胞貧血病之別。經過數百萬年的自然選擇積累，再加上一些分子變化，就可能造成人類與黑猩猩、無花果樹與仙人掌、變形蟲與鯨之間的差異。

13.正如達爾文所描述的，任何特定生物的基因細節都是隨機突變和自然選擇的產物。然而，生命本身的組織，即秩序，則更加深刻和根本。它純粹源於網絡結構，而非具體細節。秩序涌現，實乃造物者的秘密。

14.在混沌邊緣，生命有足夠的穩定性以維持自身存在，也有足夠的創造性使自己堪當“生命”之名。在混沌邊緣，新的想法和創造性一點點撬動現實，即使最頑固的守舊派也終將被推翻。

15.激光是一個自組織系統，其中光的粒子——光子，可以自發地組成一個強大的光束，其中每個光子的運動步調一致。颶風是一個自組織系統，由來自太陽的源源不斷的能量驅動，這種能量驅動風的形成，並從海洋中吸收水分以形成降雨。活細胞——儘管因過於複雜而無法進行數學分析，也是一個自組織系統，它通過食物的形式吸收能量，通過熱量和廢物的形式排出能量，以此來生存。

關於人工智能

16.學習是認知的基礎，就像進化是生物學的基礎一樣。這意味着學習必須從一開始就被納入認知架構，而不是在最後被強加上去。霍蘭的理想仍然是赫布神經網絡，在那裡，來自每一個想法的神經衝動都會加強和強化最初使思考成爲可能的聯繫。

17.計算機可能並不是週末報紙增刊中描繪的聳人聽聞的“巨型大腦”。實際上，從架構和操作細節來看，它們一點也不像大腦。但人們會忍不住推測，在更深層、更重要的意義上，計算機和大腦可能是相似的：它們可能都是信息處理設備。因爲如果真是這樣，那麼思維本身就可以被理解爲一種信息處理的形式。

18.計算機完全像是火星人，你必須告訴它一切：數據是什麼？它們如何被轉化？從這裡到那裡需要哪些步驟？反過來，這些問題很快引出了困擾哲學家幾個世紀的問題：什麼是知識？知識是如何通過感官印象獲取的？知識在頭腦中如何表徵？知識如何藉由經驗而改變？知識如何應用於推理？決策如何轉化爲行動？

19.霍蘭告訴他的同事，如果無論如何都要依靠試錯，也許應該去學習大自然的試錯方法，即自然選擇。與其試圖通過編寫程序來執行你不太知道如何完成的任務，不如讓它們進化。

關於進化

20.蘭頓意識到，這不只是文化如何進化的問題，生物進化、智力進化、文化進化，以及概念的組合、重組、跨時空傳播——所有這些問題聚集一處。在最深的層次上，它們只是同一事物的不同方面。不止如此，它們就像是《生命遊戲》，或者說像蘭頓自己的心智，在摔成碎片後仍然能夠進行自我重組。其背後是一個統一整體，一個共同的故事，即由部分聚合成整體、演變出結構、再演變成能生長和存活的複雜系統。如果能找到正確的方式看待這個統一性，如果能將其中的運行規律抽象爲正確的計算機程序，那麼蘭頓就能掌握進化的精髓。

21.聽考夫曼談論秩序，就像聽到數學、邏輯學和科學的語言被用來表達一種原始的神秘主義。對於考夫曼來說，秩序是人類存在之謎的答案，解釋了在這個似乎由偶然、混亂和盲目的自然法則所支配的宇宙中，我們何以成爲有生命、有思想的生物。對於考夫曼來說，秩序告訴我們，人類的存在確實是自然界的一次偶然事件——但絕不僅僅是一次偶然事件。

22.在存在繁殖、交換和突變的情況下，幾乎任何提供高於平均水平的適應度的緊密基因簇，都會在種羣中呈指數級增長。霍蘭稱這一定理爲“模式定理”（“模式”是指任何特定基因模式）。

關於涌現與秩序

23.不斷繁殖的、像滑翔機那樣的“持續瞬態”，永不停止的動力學，以永遠出人意料的複雜性生長、分裂、重組的結構的複雜之舞，全在這裡了——這幾乎就是二階相變的定義。

25.在神秘的十六進制數字列中，他可以想象一個振動的鼓面、一個複雜的電場，或者其他任何東西。在這個充滿流動比特的世界裡，他可以創造出一個虛擬宇宙。霍蘭只需要將正確的規則編碼進去，剩下的一切就會自然展開。

30．遊戲開始時，你可以任意設置哪些方格處於存活狀態，然後看它們立即自組織成各種各樣的連貫結構。你能看到翻滾着的結構，還有像野獸呼吸一般振盪的結構。你能發現“滑翔機”結構，那是一小團活細胞以恆定的速度劃過屏幕；還有“滑翔機槍”結構，它持續不斷地向外發射滑翔機；以及淡定地吞沒這些滑翔機的結構。如果你足夠幸運，你甚至能發現一隻“柴郡貓”，它逐漸暗淡消失，只留下一抹微笑和一個爪印。程序的每次運行都不一樣，沒有人能窮盡其中的可能性。

23.在每一個複雜層級上，都會涌現出全新特性。在每一階段，都需要全新的定律、概念和通則，需要與前一階段一樣多的靈感和創造力。心理學不是應用生物學，生物學也不是應用化學。

24.天氣是一種涌現特性：當水蒸氣來到墨西哥灣上空，與陽光和風相互作用，它可以自組織成一種被稱爲颶風的涌現結構。生命是一種涌現特性，是DNA 分子、蛋白質分子和無數其他種類分子遵循化學定律的產物。心智也是一種涌現特性，是數十億個神經元遵循活細胞的生物法則的產物。

25.當考夫曼意識到這一切時，他肅然起敬。秩序，自由存在的秩序，它再次出現。自然產生於物理和化學定律的秩序，自發地從分子混沌中涌現的秩序，表現爲一個不斷增長的系統。這個想法美麗異常，難以言表。

26.從非線性的角度來看，很容易理解爲什麼稀疏聯結的網絡可以如此輕鬆地自組織成穩定的循環：在數學上，它們的行爲等同於所有降落在山谷周圍的山坡上的雨水都會匯入山谷底部的湖泊。在所有可能的網絡行爲空間中，穩定的循環就像盆地一樣，或者就像物理學家所說的“吸引子”。

關於世界

27.萬物皆有關聯，而且這種關聯常常具有不可思議的靈敏度。微小的擾動並不總是微小的，在適當的條件下，最微小的不確定性也可能會逐漸放大，直到系統的未來變得完全無法預測，或者用一個詞來形容，那就是混沌。

28. 鐵會生鏽。倒下的木頭會腐爛。洗澡水會降至與周圍環境相同的溫度。相比創造結構，大自然似乎更喜歡把結構拆開，把事物混合成一種平均狀態。

29.已經擁有的，還將得到更多——世界由此產生了結構。

30.如果一個國家能夠成功實現多元化，使複雜性提升至臨界點以上，那麼可以預期它將經歷爆發性的增長和創新，即一些經濟學家所說的“經濟騰飛”。

31.我們就是這個永恆不變卻又時刻改變的存在的一部分。如果你認爲自己是一艘蒸汽船，可以逆流而上，那你就是在自欺欺人。事實上，你只是一艘順流而下的紙船的船長而已。如果試圖逆着水流，就只會停留在原地。然而，如果你靜心觀察水流，意識到自己是其中的一部分，意識到水流不息且始終在孕育新的複雜性，那麼你在某些時刻就可以把槳插進水中，使自己撐過一個又一個旋渦。

本文整理摘編自《複雜：誕生於秩序與混沌邊緣的科學》 M.米切爾·沃爾德羅普 著 中信出版集團 2024.2