如何作出還“無人知曉”的答案

［美］米歇爾·沃爾德羅普

《復雜——誕生于秩序與混沌邊緣的科學》一書，敘述一群美國科學家如何開創“21世紀的科學”的故事，對正在形成的科學的復雜體系做了深入淺出的描述。介紹了“一場新的啟蒙運動”。故事是：美國的一些不同領域的科學家們越來越無法忍受自牛頓以來一直主導科學的線性和還原的思想束縛。他們在各自領域發現，這個世界是一個相互關聯和相互進化的世界，并非線性發展的，并非現有科學可以解釋清楚的。他們認為這個世界上不僅存在著混沌，也存在著結構和秩序，他們逐漸將自己的新發現和新觀點聚集起來，共同努力形成對整個自然界，對人類社會的一個全新的認識。

下面是此書的緒論，標題為本刊編者所加。

這是一本關于復雜性科學的書——這門學科還如此之新，其范圍又如此之廣，以至于還無人完全知曉如何確切地定義它，甚至還不知道它的邊界何在。然而，這正是它的全部意義之所在。如果說，復雜性科學的研究領域目前尚顯得模糊不清，那便是因為這項研究正在試圖解答的是一切常規學科范疇無法解答的問題。比如：

為什么蘇聯對東歐四十年的統治會在1989年的幾個月之內轟然坍塌?為什么蘇聯自身也在其后不到兩年的時間內分崩離析?這些當然與名叫戈爾巴喬夫和葉利欽的兩個人有一定的關系。但即使是這兩個人自己，也像是被他們完全無法控制的事件席卷裹挾而不能自已。這是否是因為有某種全球性的、超越個人能量的原因在起作用?

為什么股票市場會在1987年10月的一個星期一這一天之中猛跌五百多個百分點?很多評論將之歸咎于股票生意的計算機化。但計算機的應用已有多年，有沒有任何答案可以解釋為什么股票偏偏在那個特殊的星期一狂跌不已?

根據化石標本的記載，古代物種和生態系統常常穩定地保持了幾百萬年，而后卻在地質期的某一瞬間滅種或演變為新的物種，這是為什么呢?也許恐龍是因為小行星的影響而遭到滅絕，但那時并沒有那么多的小行星，還有其它因素在起作用嗎?

為什么在孟加拉這樣的國家，即使在實行免費節育措施之后，農村家庭仍然平均要生七個孩子?甚至村民們似乎完全清楚，由于他們的國家人口過多和發展停滯，他們正蒙受著怎樣的苦難。為什么他們仍明知故犯地要沿襲這種行為方式，使自己陷入災難深重的境況呢?

原始的液態氨基酸和其它簡單的分子是如何在四十億年前轉化為最初的活細胞的?分子是不可能隨機地組合在一起的，但生命起源學家們卻又津津樂道地說，不發生這樣的情形是荒謬的。難道生命的起源竟是一個奇跡?抑或是液態氨基酸中有我們至今尚不知曉的致因?

為什么單個細胞在六億年前開始組合，從而形成像海藻、水母、昆蟲，最后到人類這樣的多細胞生物體?而人類又為什么要耗費這么多的時間和這么大的力氣來把自己組成家庭、部落、社團、民族及各種類型的社會?如果進化(或資本主義自由市場)真是完全由適者生存法則決定的，那么為什么又會發生一些與人際之間殘酷競爭毫不相關的事情呢?在這個好人經常無法堅持到底的世界上，為什么又有像信任與合作這樣的事?為什么盡管有各種各樣的情況，但信任與合作卻不但存在，而且還會發揚、昌盛?

達爾文的自然選擇論如何解釋像眼睛和腎臟這樣精妙復雜的結構?難道我們在生命體上所發現的這些精妙得令人無法相信的組織，真的僅僅是隨機進化的偶然結果嗎?抑或在四十億年前還有什么別的、達爾文所不了解的因素在發生作用?

生命究竟是什么?難道生命無非是一種特殊而復雜的碳水化合物?還是某種更微妙的東西?我們制造出來的像計算機病毒這樣的東西究竟是什么?它們僅僅是惱人的生命的仿造品嗎?或者，從最根本的意義上來說，它們真是活物嗎?

腦子是什么?大腦這個普普通通的三磅重的團塊，是如何產生像感情、思想、目的和意識這樣不可言喻的特征的?

也許最根本的是，為什么總是有而不是無?宇宙始于大爆炸后一片潮濕的混沌，然而自此開始，就像熱力學的第二定律所形容的那樣，宇宙就受制于某種不屈不撓地趨于混亂、解體和衰敗的傾向力。但它同時又無處不產生著結構：銀河、恒星、行星、細菌、植物、動物和大腦。這又是怎么回事呢?是因為永恒趨于混亂的強制力與同樣強大的趨于秩序、結構和組織的強制力之間有某種抗衡的力量? 如果是這樣的話，這兩種力量是如何同時發生作用的呢?

乍一看，這些問題只有唯一一個共同點，那就是，它們都有一個共同的答案：“無人知曉”。有些問題看上去甚至根本就不是科學問題。但當你進一步研究它們時，你就會發現，這些問題其實有許多共同之處。比如，它們都屬于一個系統，即復雜系統。也就是說，許許多多獨立的因素在許許多多方面進行著相互作用。比如千百萬個蛋白、脂肪和細胞核酸相互產生化學作用，從而組成了活細胞；又比如由幾十億萬個相互關聯的神經細胞組成的大腦，以及由成千上萬個相互依存的個人組成的人類社會。

而且，在每種情況中，這些無窮無盡的相互作用使每個系統作為一個整體產生了自發性的自組織。人們在力圖滿足自己的物質需要的過程中，通過無數個人的買賣行為，無意識地將自己組成了某種經濟體制，就屬于這種情況。這并非是在有人負責或有意識地計劃下發生的情形。又比如，基因在一個不斷發展的胚胎中以一種方式將自己組合成肝臟細胞，又以另一種方式將自己組合成肌肉細胞；飛鳥順應鄰居的行為而無意識地將自己聚集成群；生物體經常相互適應而得以進化，從而將自己組合成為精巧協調的平衡系統；原子通過相互化合得以找到最小的能量狀態，從而使自己形成被稱之為分子的結構。在所有這些情形中，一組組單個的動因在尋求相互適應與自我延續中或這樣、或那樣地超越了自己，從而獲得了生命、思想、目的這些作為單個的動因永遠不可能具有的集成的特征。

更進一步的是，這些復雜的、具有自組織性的系統是可以自我調整的。在這種自我調整中，它們并不像地震中的滾石那樣僅僅只是被動地對所發生的事件作出反應。它們積極試圖將所發生的一切都轉化為對自己有利。因而人類的大腦經常在組織和重組它的幾十億個神經聯系，以吸取經驗(總之有時是這樣的)；物種為在不斷變化的環境中更好地生存而進化——在企業和工業領域的情形也是如此。市場對消費口味和生活方式的變化，對移民、技術發展、原材料價格的變化和其它一系列因素的變化不斷地作出反應。

最后一點，每一個這樣自組織的、自我調整的復雜系統都具有某種動力。這種動力使它們與計算機集成電路塊和雪花這類僅僅只是復雜的物體有著本質上的區別。復雜系統比它們更具自發性，更無秩序，也更活躍。然而與此同時，這種特殊的動力對離奇古怪的、無法預測的螺旋運轉，即被稱之為混沌的狀態，卻還相距遙遠。在近二十年中，混沌理論已經動搖了科學的根基，它使人們認識到，極其簡單的動力規律能夠導致極其復雜的行為表現，譬如無數細小的碎片所產生的整體美感，或無數翻沫所形成的洶涌的河流。然而混沌理論本身仍然無法解釋結構和內聚力、以及復雜性系統自我組織的內聚性。

但復雜性系統卻具有將秩序和混沌融入某種特殊的平衡的能力。它的平衡點——即常被稱為混沌的邊緣——便是一個系統中的各種因素從無真正靜止在某一個狀態中，但也沒有動蕩至解體的那個地方。混沌的邊緣就是生命有足夠的穩定性來支撐自己的存在，又有足夠的創造性使自己名副其實為生命的那個地方；混沌的邊緣是新思想和發明性遺傳基因始終一點一點地蠶食著現狀的邊緣的地方。在這個地方，即使是最頑固的保守派也會最終被推翻。混沌的邊緣是幾個世紀的奴隸制和農奴制突然被50年代和60年代的人權運動所取代的時刻；是長達七十年的蘇維埃突然被政治動亂所取代的時刻；是進化過程中萬古不變的穩定性突然被整個物種的演變所取代的時刻。混沌的邊緣是一個經常變換在停滯與無政府兩種狀態之間的戰區，這便是復雜性系統能夠自發地調整和存活的地帶。

在混沌邊緣發生的復雜、調整和劇變——這些共同的特征是如此顯著，以至于越來越多的科學家相信，在一系列僅僅是順理成章的科學類推之外肯定還有更多的東西存在。這場科學運動的神經中樞便是被稱之為桑塔費研究所的智囊機構。這個研究所創建于80年代中期，最初坐落在坎楊路桑塔費藝術區中一個租來的女修道院里(舉辦學術討論會的地方過去是一個小教堂)。聚集在這里的研究人員雖然來自不同的階層和背景，包括從梳著馬尾巴發型的研究生到像物理學家馬瑞·蓋爾曼(Murray Gell－Mann)、菲利普·安德森(Philip Anderson)和經濟學家肯尼思·阿羅(Kenneth Arrow)這樣的諾貝爾桂冠得主，但他們都達到了一個基本的共識，那就是，他們都堅信一個將普照自然和人類的新科學——復雜性理論。他們相信，近二十年來的知識熱潮在神經網絡、生態平衡、人工智能和混沌理論這樣一些領域所取得的成果已經助使他們掌握了建立這個復雜性理論框架的數學工具。他們相信，對這些新思想的運用使他們得以從過去無人知曉的角度和深度來認識這個自發、自組的動力世界。這一認識將對經濟和商業行為，甚至政治行為發生潛在的巨大影響。他們相信，他們正在凌厲地沖破自牛頓時代以來一直統治著科學的線性的、還原論的思維方式。他們的突破已經能夠使他們面對當今世界的最重大的問題。他們相信，他們正在開創的是，套句桑塔費研究所創始人喬治·考溫(George Cowan)的話，“二十一世紀的科學”。

這本書就是關于他們的故事。

(《復雜——誕生于秩序與混沌邊緣的科學》，[美]米歇爾·沃爾德羅普著，生活·讀書·新知三聯書店出版，定價：26.00元。)