科学与人文的交汇——读《复杂》

 

(2004年7月3日)

 

这是一本关于复杂科学的书。从宇宙演化到社会形态，从物种变迁到生命图式，从人工智能到神经网络，从股票市场到城市交通，从认知心理到宗教情结，从3W万维网到好莱坞电影演员的搭档关联，等等，无一不宣示着复杂科学理论的广阔与深刻。推动这门学科创立的科学家之一，美国桑塔费研究所创始人乔治考温说：“‘复杂’是二十一世纪的科学”。

 

既然如此，生活在二十一世纪的我们，不能不知这二十一世纪的科学的基本要素，虽然这门全新的科学仍在构筑与发展之中。简单地说来，正如该书中译本的副标题所言：‘复杂’是诞生于秩序与混沌边缘的科学。

 

她之诞生于秩序是表明她具有非线性物理的三个基本规则或特征：一是内在的对称与守恒律。系统的基本结果可以从守恒律得到。在自然界和社会中，有少数可称之为保守（哈密顿）或准保守的系统，它们具有内在的对称性，从而使得某个量保持不变。例如在空间平移对称的系统有动量守恒，在空间旋转对称的系统有角动量守恒，而在时间平移对称的系统有能量守恒，等等；在一个相对封闭的社会中，其文化轨迹与结构受制于传统的强大磁场的冻结，也具有彭加勒截面式的不变性。二是普适的“30/70”律，即约30％的人喝掉约70％的啤酒。换句话说，有趣的过程或事件通常发生在整个背景的一小部分区域，这部分区域的结构通常是稳定的，因此也是普遍存在的。例如自然界中有由于非线性的能量积累和不可避免的能量消耗相抵消后形成的孤立子结构，小到水槽中排列整齐的涡旋结构，大到壮观的木星大红斑，还有，约30％的宇宙物质占有约70％的宇宙能量，等等；在社会现象中，也比比皆是，如小比例（30％）的城市占有大比例（70％）的资源，小比例（30％）的精英阶层占有大比例（70％）的文化，小比例（30％）的富翁阶层占有大比例（70％）的财富，等等。非线性物理的第三个基本特征是在一般情况下系统是不可积的，也就是说，系统的行为不是静止不变的或趋向于静止不变，而是不断演化并自组织起有秩序的结构。著名物理学家郝柏林先生在1987年写下的《牛顿力学三百年》中说：“可积系统的典型行为是周期和准周期运动。……到了彭加勒时代（19世纪末20世纪初）已经清楚，力学系统一般说来是不可积的……事实上，可积的系统如此稀少，以致不可能用它们来逼近不可积的系统”。

 

她之诞生于混沌是表明她同时也具有非线性物理与混沌科学密切相连的三个规则或特征：一是对初值的敏感依赖性，也即著名的蝴蝶效应——北京的一只蝴蝶扇动了一下她美丽的翅膀，也许会引起几个月后纽约的一场风暴。我们古人早就说过：“差之毫厘，谬以千里”。的确，非线性系统具有内在的随机性，这种随机性是不可积系统的内秉性质，并不来自随机外力、环境涨落、噪声干扰等外界因素。甚至在1978年，Voss和Clark据此发明了“随机音乐”制作法。二是自相似性：一种打开盒子之后还是盒子的埃及法老陵墓般的神秘的宇宙图画。无论是云彩的边界、地表的形状、漫长的海岸线，还是晶莹的雪花、美妙的音乐、辉煌的宫殿，等等都具有曼德布罗特的分形几何的自相似性。描述自相似性尺度的1/f噪音被认为是宇宙间最美的音乐。当然它也是存在于中国先人心中有关“天人合一”思想的天籁！与混沌学密切相连的第三个特征是：无序之中有序、有序之中无序的“太极”图式。在纯粹数学物理的KAM定理中，它揭示出无穷嵌套着的规则的岛屿结构和混沌的海洋；在现代宇宙图画中是有规律的宇宙时空中镶嵌着大大小小的黑洞之海；在人类社会活动的模式空间里，和平、秩序、建设与战争、混乱、破坏也总是相互纠缠在一起，推动或阻碍着社会的发展。正如英国诗人Swift所述：“于是，博物学家发现/小跳蚤们折磨大跳蚤/更小的跳蚤们又来折磨它们/生生不息，无休无止”。

 

一句话：诞生于秩序与混沌边缘的复杂科学就是有点类似于我们古老的“易”学——阴阳互相交融又互相转化——一个相互关联和相互进化着的世界。继二十世纪微观领域的科学变革《量子力学》和宏观领域的科学变革《相对论》之后，随着计算机科学，信息科学，系统科学，认知科学，心理科学等众多学科的综合、交叉与发展，人们有理由相信：复杂科学必将带来二十一世纪从科学思想到科学方法，从科学思维到科学范式，从科学对象到科学结构等一系列的新变革。它不仅对科学本身产生巨大作用，而且对人文、自然和社会产生深远的影响，

 

研究人工智能的朗顿如是说：“生命浮现于海洋之中，而你生存在其边缘，欣然于海洋流动中无穷的养分。这就是为什么‘混沌的边缘’这个说法带给了我非常相似的感觉：因为我相信生命同样也起源于混沌的边缘。我们就生存在这个边缘，欣然于物质所提供的养分……”。当你读到这样诗意的文字，会有何感想呢？也许你想起了伟大的古代中国哲人老子的话：“道生一，一生二，二生三，三生万物”和他的“人法地，地法天，天法道，道法自然”。是的，无论是世间复杂的万物，还是复杂的生命——万物之灵、万灵之长的人，它们都有着“道可道，非常道”的“道”，都有着与复杂科学的千丝万缕的联系。

 

《复杂》这本书便是叙述一群美国科学家如何开创“21世纪的科学——复杂科学”的故事。读完这本书不仅体验和欣赏到他们卓越的智慧和开拓的勇气，而且不知不觉间会形成对整个自然界和人类社会的一个全新的认识。这也正是我们东方哲学中“负阴而抱阳”的精神境界。

 

于简单中见复杂，于复杂中见简单，东西方文化之互补，古代哲理与现代科学之关联，也正显示出“诞生于秩序与混沌边缘的科学”——复杂——她的源远流长、历史演化和勃勃生机。

 

当你认识和理解了那般的“复杂”，世界就会变得这般的“简单”！

 

（复杂：诞生于秩序与混沌边缘的科学/【美】米歇尔?沃尔德罗普著；陈玲译。—北京：生活?读书?新知三联书店，1997.4）