跨越學科的“復雜”問題

傳統的科學門類有數學、物理、化學等。在20世紀，人們開創了計算機科學，空間科學等等。而隨著科學的發展，科學家們發現，有很多問題跨越了這些簡單的分類方法，解決這些問題需要多重學科知識的綜合運用，甚至還需要開創新的方法，還會發現新的規律。這就是所謂的“復雜科學”。

所謂復雜科學，其最大的特征就是跨越了傳統的學科。它的研究范圍不限于某個特定的領域，而是拓展到經濟、自然、社會、生物，乃至宇宙學的問題。我們首先來看以下這些問題。

無論是生物神經學方面的專家，還是計算機神經網絡方面的專家，他們雖然專業不同，但是，他們都在研究同一個問題：在人的大腦里面，幾十億個甚至上百億個腦細胞是怎么活動的，它們如何使人產生思想和感情?

上百年以來，物理學家們都在研究液體的流動問題，那些受到簡單規律支配的小分子，會產生令人驚詫的、完全無法預測的活動圖譜。

氣象學家在研究這樣的問題：雪片和颶風要經歷什么樣的過程才能形成?為什么大氣的變化是如此復雜?無論人們用多么高級的計算機，都無法準確預測未來的氣候變化。

宇宙學研究者一直在探索宇宙的起源，“宇宙大爆炸”之初的原子、分子，它們是經過怎么組合和變化，然后形成了太陽和銀河這樣的恒星和星系?

生物學家自從發現了DNA之后，就一直在研究其中的秘密。這小小的遺傳物質是如何控制生命活動，使地球呈現出多姿多彩的生命圖景。生物進化的實質又是怎么樣的呢?

經濟學家們在研究，為什么股市會在毫無預兆的情況下突然崩盤?為什么高科技公司會扎堆一樣聚攏在硅谷?

以上這些問題，看似屬于不同的科學領域，實際上有著相通的地方。那些有著廣闊思路的研究者們發現，這些貌似不同領域的問題，其實都是一些具有自我組織性的系統，無論是微小的DNA分子，宏觀的氣象變化，社會經濟現象，還是演化中的宇宙星系，其實都可以被看作是一個可以自我調節的復雜系統。因此，研究這些復雜系統的共同規律，就是復雜科學要探索的問題。

這些復雜系統都具有自身變化的動力。這種動力使得它們能夠自我組織，自我調整，使系統對各種變化的因素產生反應。動力本身和系統的復雜結構有本質的區別，我們不能說，計算機芯片非常復雜，所以計算機運行就很復雜，恰恰相反，計算機只會嚴格地運行一些人們事先編好的程序而已。復雜系統的運行則具有一些計算機所沒有的特征，如自發性，無秩序性等。雖然如此，這并不妨礙計算機仍然是科學研究最得力的工具。

混沌理論可以說是復雜科學的一個重要的領域。在這方面，利用計算機構造的種種模型，人們已經意識到，在復雜系統中，極其簡單的動力規律能夠導致非常復雜的行為模式。這就好比說，雖然情感體驗只有喜怒哀樂，恐懼和妒忌等少數幾種，但是，對人而言，卻會產生復雜的行為表現。而混沌理論本身卻無法解釋這種復雜系統的自我組織和內聚力。

復雜科學蘊含在簡單當中。一個活細胞，看似簡單，實際上復雜得無法用任何數學形式來表達。復雜科學認為，無論是單個細胞，還是一個生態系統，一個社會，一個氣象風暴，一個銀河系，都是復雜的、混亂的，其運動變化都有同樣的現象：最初的微小變化會導致全然不同的結果，簡單的動力卻會產生數不盡的運動模型。

我們看到，復雜科學的研究范圍是非常廣闊的，其成果可以運用到各個領域。如果我們以一個地區的地球板塊作為研究對象，那么，對其運動狀態的了解，就可以使我們在一定程度上預報這個地區的地震發生。

當然了，復雜科學在科學上的意義可不止這些具體而微的應用。更重要的是，它為科學研究提供了一種宏觀的大視野，使得科學的進步不再局限于某個細節的突破，自然科學不再被各個學科細分為一個個的裂片和獨立領地。在更廣闊的研究領域內，復雜科學把科學家們聯合起來。我們相信，科學家們的這種合作一定是有意義的，在交叉領域的取得的突破性成果，更彰顯科學家們合作的價值。

[責任編輯：李金]