摘自《復(fù)雜》序言

還原論是對(duì)這個(gè)世界最自然的理解方式。它是說(shuō)如果你理解了整體的各個(gè)部分，以及把這些部分整合起來(lái)的機(jī)制，你就能夠理解這個(gè)整體。只要是精神正常的人就不會(huì)反對(duì)還原論。

侯世達(dá)（Douglas Hofstadter）,《哥德?tīng)�、艾舍爾、巴赫集異壁之大成�?/p>

從17世紀(jì)以來(lái)，還原論就一直在科學(xué)中占據(jù)著主導(dǎo)地位。還原論最早的倡議者之一笛卡兒這樣描述他的科學(xué)方法：將面臨的所有問(wèn)題盡可能地細(xì)分，細(xì)至能用最佳的方式將其解決為止，并且以特定的順序引導(dǎo)我的思維，從最簡(jiǎn)單和最容易理解的對(duì)象開(kāi)始，一步一步逐漸上升，直至最復(fù)雜的知識(shí)。

從笛卡兒、牛頓等現(xiàn)代科學(xué)奠基者的時(shí)代，直到20世紀(jì)初，科學(xué)的主要目標(biāo)都是用基礎(chǔ)物理學(xué)來(lái)對(duì)一切現(xiàn)象進(jìn)行還原論式的解釋。19世紀(jì)末許多科學(xué)家都贊同物理學(xué)家邁克耳孫1894年說(shuō)的一句名言：大部分大的基本原理似乎巳經(jīng)被明確建立起來(lái)了，今后的進(jìn)展主要是將這些原理嚴(yán)格應(yīng)用到值得我們注意的一些現(xiàn)象中去。

此后的30年里，物理學(xué)又有了相對(duì)論和量子力學(xué)這樣革命性發(fā)現(xiàn)。但20世紀(jì)的科學(xué)也見(jiàn)證了還原論夢(mèng)想的破滅。雖然基礎(chǔ)物理學(xué)和還原論對(duì)于解釋極大和極小的事物取得了偉大的成就，但在對(duì)于接近人類尺度的復(fù)雜現(xiàn)象的解釋上，它們卻保持驚人的沉默。

還原論的計(jì)劃在許多現(xiàn)象面前都止步不前：天氣和氣候似乎無(wú)法還原的不可預(yù)測(cè)性；生物以及威脅它們的疾病的復(fù)雜性和適應(yīng)性；社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、政治和文化行為；現(xiàn)代技術(shù)與通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和影響；智能的本質(zhì)以及用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能的可能前景。對(duì)復(fù)雜行為如何從簡(jiǎn)單個(gè)體的大規(guī)模組合中出現(xiàn)進(jìn)行解釋時(shí)，混沌、系統(tǒng)生物學(xué)、進(jìn)化經(jīng)濟(jì)學(xué)和網(wǎng)絡(luò)理論等新學(xué)科勝過(guò)了還原論，反還原論者的口號(hào)整體大于部分之和也隨之變得越來(lái)越有影響力。

20世紀(jì)中葉，許多科學(xué)家意識(shí)到，這類現(xiàn)象無(wú)法被歸入單個(gè)學(xué)科，而需要在新的科學(xué)基礎(chǔ)之上從交叉學(xué)科的角度進(jìn)行理解。一些人開(kāi)始嘗試建立新的基礎(chǔ)，這其中包括控制論、協(xié)同學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)，以及最近才出現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)。

1984年，來(lái)自不同學(xué)科的24位科學(xué)家和數(shù)學(xué)家在新墨西哥州圣塔菲的高原沙漠會(huì)聚一堂，討論科學(xué)中涌現(xiàn)的綜合。他們的目標(biāo)是籌劃建立一家新的研究機(jī)構(gòu)，致力于研究各種高度復(fù)雜和相互作用的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)只有在交叉學(xué)科的背景下才能研究清楚并推動(dòng)知識(shí)的統(tǒng)一和共擔(dān)責(zé)任的意識(shí)，與目前盛行的知識(shí)界的各自為政作斗爭(zhēng)。就這樣，圣塔菲研究所作為復(fù)雜系統(tǒng)的研究中心被建立起來(lái)了。

1984年我還沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)復(fù)雜系統(tǒng)一詞，雖然頭腦中巳經(jīng)有了類似的想法。我當(dāng)時(shí)是密歇根大學(xué)計(jì)算機(jī)系的一年級(jí)研究生，研究方向是人工智能，也就是讓計(jì)算機(jī)像人一樣思維。事實(shí)上，我的一個(gè)目標(biāo)就是理解人類如何思維萬(wàn)億個(gè)微小的腦細(xì)胞以及它們的電和化學(xué)通訊如何涌現(xiàn)出抽象思維、情感、創(chuàng)造性，甚至意識(shí)。我曾深深迷戀于物理學(xué)和還原論的目標(biāo)，后來(lái)才領(lǐng)悟到，目前的物理學(xué)對(duì)于智能可以做的很少，即便是專門(mén)研究大腦細(xì)胞的神經(jīng)科學(xué)，也無(wú)法理解思維如何從大腦活動(dòng)中涌現(xiàn)出來(lái)。很顯然還原論者對(duì)認(rèn)知的研究是誤入歧途我們根本無(wú)法在單個(gè)神經(jīng)元和突觸的層面上理解認(rèn)知。

因此，雖然我以前沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)復(fù)雜系統(tǒng)研究，它卻很快引起了我的強(qiáng)烈共鳴。同時(shí)我也感到，我自己的研究領(lǐng)域計(jì)算機(jī)科學(xué)在這里可以大有作為。受研究計(jì)算的先驅(qū)們影響，我覺(jué)得計(jì)算的思想要比操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)之類的東西深刻得多，計(jì)算的本質(zhì)與生命和智能的內(nèi)在本質(zhì)有密切的關(guān)聯(lián)。我很幸運(yùn)，在密歇根大學(xué)，自然系統(tǒng)中的計(jì)算是系里的核心課程，與軟件工程和編譯器設(shè)計(jì)一樣。

1989年，我攻讀研究生的最后一年，我的博士導(dǎo)師侯世達(dá)受邀參加在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯舉行的主題為涌現(xiàn)計(jì)算的研討會(huì)。他太忙了抽不出時(shí)間，因此就讓我替他去。在這樣高水平的會(huì)議上報(bào)告自己的工作讓我既興奮又害怕。就是在這次會(huì)議上，我第一次遇見(jiàn)了一大群和我抱有同樣想法的人。我發(fā)現(xiàn)他們不僅為這樣的想法取了一個(gè)名字復(fù)雜系統(tǒng)而且他們?cè)谑ニ�菲附近的研究所正是我想去的地方。我決定在這里爭(zhēng)取一個(gè)職位。

不斷堅(jiān)持，再加上運(yùn)氣，我終于獲得了圣塔菲研究所（Santa Fe Institute）的邀請(qǐng)，在那里訪問(wèn)一個(gè)夏天。一個(gè)夏天又延長(zhǎng)為一年，后來(lái)又延長(zhǎng)了一年。最終我成為研究所的常駐研究人員。來(lái)自不同國(guó)家和學(xué)科的人們聚集在這里，一起從不同的角度來(lái)探索同樣的問(wèn)題。我們?nèi)绾纬�越還原論的傳統(tǒng)范式，對(duì)似乎無(wú)法還原的復(fù)雜系統(tǒng)形成新的理解？

這本書(shū)源自我為圣塔菲的烏拉姆紀(jì)念講座（Ulam Memorial Lecture）作的演講這個(gè)講座為普通聽(tīng)眾舉辦，是關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的年度系列講座，以紀(jì)念偉大的數(shù)學(xué)家烏拉姆。我的系列演講的題目是復(fù)雜性科學(xué)的過(guò)去和未來(lái)。要為非專業(yè)聽(tīng)眾講清楚領(lǐng)域廣泛的復(fù)雜性研究，讓他們理解研究的現(xiàn)狀和廣闊的前景，這極具挑戰(zhàn)性。我的角色很像是在一個(gè)幅員遼闊、文化多樣的異國(guó)的導(dǎo)游。我們只有很短的時(shí)間來(lái)了解歷史背景，參觀著名景點(diǎn)，并感受這里的風(fēng)土人情，必要時(shí)還要進(jìn)行翻譯以便于理解。

這本書(shū)就是由這些講座擴(kuò)充而成就像觀光指南。書(shū)中講述的是讓我也讓研究復(fù)雜系統(tǒng)的其他人曾經(jīng)或正在著迷的問(wèn)題：自然界中我們認(rèn)為復(fù)雜和具有適應(yīng)性的系統(tǒng)大腦、昆蟲(chóng)群落、免疫系統(tǒng)、細(xì)胞、全球經(jīng)濟(jì)、生物進(jìn)化如何通過(guò)簡(jiǎn)單規(guī)則產(chǎn)生出復(fù)雜和適應(yīng)性的行為？相互依賴而又自私的生物是如何一起協(xié)作，以解決影響它們整體生存的問(wèn)題？這些現(xiàn)象存在普遍規(guī)律嗎？生命、智能和適應(yīng)性能用機(jī)械和計(jì)算實(shí)現(xiàn)嗎？如果能，我們又能不能建造出真正具有生命和智能的機(jī)器？如果能做到，我們又應(yīng)不應(yīng)該這樣做呢？

我聽(tīng)說(shuō)隨著學(xué)科間的界線變得模糊，科學(xué)術(shù)語(yǔ)的意義也會(huì)變得模糊。研究復(fù)雜系統(tǒng)的人們談?wù)摳鞣N模糊的概念，例如自發(fā)秩序、自組織、涌現(xiàn)（包括復(fù)雜性本身）。這本書(shū)的一個(gè)主要目的就是為這些人所談?wù)摰奶峁┮环�清晰的圖景，并探討這些交叉學(xué)科概念和方法是否能產(chǎn)生出實(shí)用的科學(xué)和新的思想，以解決人類面臨的各種難題，例如疾病的傳播、世界自然和經(jīng)濟(jì)資源分配的不公平、武器擴(kuò)散和沖突的增多，以及人類社會(huì)對(duì)環(huán)境和氣候的影響。

這本書(shū)就像一本復(fù)雜性科學(xué)的核心思想的觀光指南它們從何而來(lái)，又將到哪里去再加上我自己的一些見(jiàn)解。對(duì)于正在發(fā)展中的科學(xué)領(lǐng)域，其核心思想、意義以及可能導(dǎo)致的后果，人們的認(rèn)識(shí)會(huì)（略）有不同。因此我的觀點(diǎn)與其他專家也許會(huì)不一樣。本書(shū)中一個(gè)重要的部分就是闡釋這些差別，另外我也將盡我所能介紹一下那些未知的或剛剛開(kāi)始被理解的領(lǐng)域。正是這些使得科學(xué)引人入勝，值得去探索和了解。我希望能讓讀者也感受到這些思想的迷人魅力和探索它們的過(guò)程中那種無(wú)可比擬的興奮感覺(jué)。

本書(shū)分為五部分。在第一部分我將介紹四個(gè)主題的歷史和內(nèi)容，這四個(gè)主題是復(fù)雜系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)：信息、計(jì)算、動(dòng)力學(xué)和混沌、進(jìn)化。在第二到第四部分我將闡述這四個(gè)主題如何在復(fù)雜性科學(xué)中被組織到一起。我將描述如何在計(jì)算機(jī)中模擬生命和進(jìn)化，以及計(jì)算的概念反過(guò)來(lái)又如何被用來(lái)解釋自然系統(tǒng)的行為。我還會(huì)介紹網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的發(fā)展，以及網(wǎng)絡(luò)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的社會(huì)群體、互聯(lián)網(wǎng)、傳染病和生物代謝等各種系統(tǒng)中存在的深刻共性。另外我還會(huì)用各種例子說(shuō)明如何測(cè)量自然界中的復(fù)雜性，它又如何改變我們對(duì)生命系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，以及這些新的認(rèn)識(shí)能不能引導(dǎo)智能機(jī)器的設(shè)計(jì)。我會(huì)介紹復(fù)雜系統(tǒng)的各種計(jì)算機(jī)模型，以及這些模型所面臨的風(fēng)險(xiǎn)。最后，書(shū)的末尾還將討論尋找復(fù)雜性科學(xué)一般性原則的問(wèn)題。

要理解書(shū)中內(nèi)容無(wú)需數(shù)學(xué)或科學(xué)的背景知識(shí)，在涉及的時(shí)候我會(huì)小心地循序漸進(jìn)。我希望這本書(shū)對(duì)專家和非專業(yè)讀者都會(huì)有價(jià)值。雖然討論不是技術(shù)性的，我還是會(huì)盡力做到言而有物。注釋中給出了引文的出處和討論的附加內(nèi)容，以及為想深入學(xué)習(xí)的讀者準(zhǔn)備的科學(xué)文獻(xiàn)索引。

你對(duì)復(fù)雜性科學(xué)感到好奇嗎？想不想探索一番呢？讓我們出發(fā)吧。