推薦序三　走向新的綜合

吳家睿

中國科學院系統生物學重點實驗室主任

中國科學院分子細胞科學卓越創新中心研究員

1984年5月，在美國新墨西哥州一個名叫“圣塔菲”的小鎮誕生了一個私立研究所——圣塔菲研究所。這個小小研究所的出現成為現代科學史上的一個里程碑，值得大書特書。美國科學作家M.米切爾·沃爾德羅普用《復雜》這本書很好地完成了這個任務。作者在書中用清晰生動的文字，刻畫了圣塔菲研究所的眾多核心人物和相關研究活動，為廣大讀者展現了一場波瀾壯闊的科學思想革命運動。

作者在書中開宗明義地指出，自牛頓時代以來，線性還原論思維一直主導著科學界，但如今在解決現代世界的問題上已經力不從心，而圣塔菲研究所的愿景就是要打造替代線性還原論思維的科學新方法。對研究所創始所長喬治·考溫而言，“圣塔菲研究所不僅代表著一項使命，更代表著整個科學界實現救贖和重生的機會”。

這個研究所匯聚了來自經濟學、物理學、計算機科學和生物學等不同學科的研究者，他們擁有一個共同的目標，即探索復雜系統的方方面面——任何內部存在大量密切相互作用的系統，從凝聚態物理到生物體，從經濟學到整個社會。在研究所創始人、諾貝爾物理學獎得主默里·蓋爾曼看來，“我們必須給自己設定一項非常大的任務，那就是應對偉大的、正在涌現的科學大綜合——它涵蓋眾多學科”。考溫所長也持有同樣的看法：“它將是一種認識世界的新方式，生物科學和物理科學之間、自然科學與歷史或哲學之間，都幾乎不再加以區分。”他們把這門新的“大統一”科學命名為“復雜科學”。在考溫所長看來，“這個名字比之前使用的任何其他詞語，包括‘涌現的綜合’，都更能全面地涵蓋我們所做的一切”。

化簡單為復雜

在《復雜》一書中，作者描述了經典科學的特點，即認為世界處于一個均衡的、確定的狀態，偶爾出現的微小擾動也會在“負反饋”機制的控制下被消除；這是一個讓研究者可以進行準確預測的簡單世界，“正如物理學家能預測一個粒子在任何給定力的作用下如何反應，經濟學家也能預測經濟人在任何給定的經濟情形下如何反應”。

那么真實世界是這樣一個簡單化的圖景嗎？“宇宙中的無序之力，和宇宙中同樣強大的秩序、結構和組織之力，是否勢均力敵？如果是這樣，這兩個過程如何能同時進行？”帶著這樣的困惑，圣塔菲研究所的研究者們開始了他們的探索之旅。作者在書中詳細介紹了那些試圖從簡單圖景中研究復雜問題的研究者，再現了其心路歷程和研究成果。

例如，該書的第一章就可以被看作經濟學家布萊恩·阿瑟的學術小傳。作者不僅描寫了阿瑟的個人經歷和學習過程，而且刻畫了他提出基于“正反饋”調控機制的“報酬遞增”理論之思考路徑。這個理論一反那種追求市場穩定性以及供需平衡的經典經濟學理論，強調市場里的微小擾動或者偶然事件也能夠對市場的未來產生重大影響。顯然，阿瑟的報酬遞增理論受到了正統經濟學家的抵制；在他們看來，科學必須具有確定性從而可以預測未來——“真正讓他的批評者感到憤怒的是這樣一種概念，即經濟將自己鎖定在一個不可預測的結果之中。他們問道：如果世界可以自組織成許許多多可能的模式，而且如果它最終選擇的模式是出于歷史偶然性，那么你如何能預測任何事情呢？如果你無法預測任何事情，那么你正在做的事情怎么能被稱為科學呢？”

更重要的是，阿瑟發現，這種復雜性不僅存在于經濟學領域，而且存在于物理學和生物學等差別很大的學科領域，“物理學家通常研究的原子和分子比蛋白質和DNA（脫氧核糖核酸）要簡單得多。然而，當你觀察這些簡單的原子和分子大量地相互作用時，你會看到相同的現象：微小的初始差異會導致迥然相異的結果。簡單的動力學產生了驚人的復雜行為”。這也是研究所另一位研究者克里斯托弗·蘭頓的看法，“在計算機上模擬復雜的物理系統，我們從中學到的最令人意外的經驗是，復雜的行為不必然有復雜的根源。……極其有趣、吸引人的復雜行為可以從極其簡單的合成砌塊的集合中涌現”。

可以這樣說，作者在書中通過描繪阿瑟和圣塔菲研究所其他研究者的“學術畫像”，傳遞出了這個研究所的核心研究目標和主要研究任務，即把曾經科學家認為的簡單系統——無論是物理的還是生物的，無論是經濟的還是社會的——從復雜系統的視角去進行研究，去探尋貫穿于這些不同類型的復雜系統之一般性理論和基本規則。

從復雜找簡單

一方面，人類的天性是盡可能回避復雜的事物和復雜的場景；另一方面，當人們遇到難以處理的事情或者難以回答的問題時，又往往會用“復雜”作為一個掩蓋能力欠缺或知識匱乏的借口。在經典科學時期，真正直面復雜并能夠對其進行深入分析的研究者并不多見。可以說，一個研究所把“復雜”確定為基本研究目標這件事情本身，就足以在科學史上大書一筆。圣塔菲研究所的研究者不僅跳出了他們曾經熟悉的、針對簡單系統的“研究舒適區”，而且對各種復雜系統進行了一系列卓有成效的研究，并取得了眾多具有普適性的創新成果。作者在書中對這些研究工作和成果用許多筆墨進行了詳細介紹。

復雜系統的一個典型特征是“涌現”，即系統內各種組分相互作用通常會導致某種全新性質的出現，如生物大分子之間相互作用產生的生命活動；這是“一種植入自然本質的深層的、內在的創造力”。作者在書中詳細描寫了斯圖爾特·考夫曼博士對生命起源的探索過程，再現了研究者是如何找到“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，我們何以成為有生命、有思想的生物”的解釋。在考夫曼看來，生命就是一個關于“秩序”的故事：“自然產生于物理和化學定律的秩序，自發地從分子混沌中涌現的秩序，表現為一個不斷增長的系統”。

復雜系統之所以“復雜”，不僅在于其內部元件之間的相互作用，而且在于系統本身與其環境之間的相互作用，如生物體與其生存的環境，經濟體與其社會或自然環境，等等。后者正是約翰·霍蘭的主要研究內容。霍蘭提出了“復雜適應系統”這一概念來描述這種“內”與“外”之間的相互作用：“這些系統都是由許多‘主體’并行運作的網絡……每個主體都處于一個由它與系統中其他主體的互動所構成的環境中。主體不斷地采取行動，并對其他主體的行為做出反應。”霍蘭認為，“討論復雜適應系統如何處于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。……設想系統中的主體可以‘最優化’其適應度或效能等，都是沒有意義的。可能性空間太大，它們無法實際找到最優解”。

可以說，作者在這本500多頁的書里，借助圣塔菲研究所眾多研究者的學術畫像，詳盡地展示了他們是如何認識“復雜”，如何研究“復雜”。正如書中的主人公之一阿瑟對其博士生導師的回憶：“他教會我不要去解決復雜的方程式，而是去不斷簡化問題，直到找到可以解決的問題。要尋找問題的根源，尋找關鍵因素、關鍵成分、關鍵解決方案。”