生活有时候很奇妙,将两个毫不相关的事物联系在一起,给人以惊叹。
大家都听说过蝴蝶效应,那么为什么“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。”?大家都去海边度过假,你相信从天空航拍,地球上的海岸线的形状都是相似的吗? 沙丘为什么重重叠,每一岭又都那么相似?人类从受精卵发育成婴儿,中间经历了从基因排序到蛋白质合成的复杂的变化过程,但最终的结果是所有的人都有一对耳朵,一双眼睛,一个鼻子和一张嘴巴,他的长相既像母亲又像父亲。
这些现象让人不禁在想,这真的只是巧合吗?
还有蚂蚁在组成群体时为何会表现出如此的精密性和具有目的性?数以亿计的神经元是如何产生出像意识这样极度复杂的事物?是什么在引导免疫系统、互联网、全球经济和人类基因组等自组织结构?
看了吴今培教授所著的科普著作《复杂性之美》,我才知道这些都是复杂系统科学尝试回答的迷人而令人费解的问题的一部分。
对混沌理论的研究导致了“复杂科学”的兴起。复杂科学是专门用来研究复杂系统的,它可以说是由研究混沌的物理学家发起的。
复杂性系统特征
1. 智能性和自适应性
这意味着系统内的元素或主体的行为遵循一定的规则,根据“环境”和接收信息来调整自身的状态和行为,并且主体通常有能力来根据各种信息调整规则,产生以前从未有过的新规则。通过系统主体的相对低等的智能行为,系统在整体上显现出更高层次、更加复杂、更加协调职能的有序性。
2. 局部信息 没有中央控制
在复杂系统中,没有哪个主体能够知道其他主体的状态和行为,每个主体只可以从个体集合的一个相对较小的集合中获取信息,处理“局部信息”,做出相应的决策。系统的整体行为是通过个体之间的相互竞争、协作等局部相互作用而涌现出来的。最新研究表明,在一个蚂蚁王国中,每一个蚂蚁并不是根据“蚁王”的命令来统一行动,而是根据同伴的行为以及环境调整自身行为,而实现一个有机的群体行为。
另外,复杂性系统还具有突现性、不稳性、非线性、不确定性、不可预测性等等特征。
复杂性系统的特点
1.秩序特点
复杂性系统具有秩序与混沌的双重的特点。 首先它有一定的秩序:我们身体中的血液循环管道系统、肺脏气管分岔过程、大脑皮层、消化道 小肠绒毛……蕴涵了严谨的结构,参天的大树、连绵的山脉、洁白的雪花、奇异的矿石,更是具有近乎完美的秩序。一个复杂性系统不管表现出如何复杂的行为,它总是有着潜在的秩序,尽管有时它们可能不为人知。
2.混沌特点
其次,复杂性系统还具有混沌的特点:一个复杂性系统的复杂行为并非出自复杂的基本结构,而是由许多独立的甚至相当简单的单元的相互作用形成的,它的控制力是相当分散的。在分形理论中,分形图结构相当复杂,层层叠叠,无穷缠绕,有着无穷的嵌套结构和多重自相似性。这足以解释重重叠叠的沙丘,连绵的山脉为什么那么相似。
3.超出混沌
复杂性系统除了具有混沌的部分特性,还有着超出混沌的特点:
1)产生复杂行为的众多的相互作用使每个系统作为一个整体产生了自发性的自织。人类为满足自己的物质交换的需要建立的经济体制,等等。在所有这些情形中,一组组单个的动因在寻求相互满足的同时获得了众多单个动因永远不可能具有的集成的特征。
2)这些复杂的、具有自组织性的系统可以自我调整。人类在与世界的接触中不断学习,人脑随之不断加强或减弱神经元之间的无数的相互关联,经济中的价值规律即价格随价值波动但长期的总的结果使趋于平衡。
3)所有的复杂性系统都可以预示将来。 一个长期的经济的衰退会使人们消费信心下降,这反过来又预示经济会进一步衰退。从微小的细菌到所有的生物体,其基因中都含有预测的密码,以适应某种未曾出现过的新环境。
理解复杂系统需要有全新的方法,需要超越传统的科学还原论,并重新划定学科的疆域。复杂科学的研究方向大概包括了如下几个方面:非线性动力学的研究;与混沌相关的非平衡态统计;自组织现象;生命的产生和形成;计算机网络理论等。
本书在介绍这些内容的同时,还探讨了复杂性与进化、人工智能、计算、遗传、信息处理等领域的关系。
读完本书,我发现用以往线性思维已经不能解决当今纷繁复杂的各种问题,必须重塑自己的思维方式。这本书给我的启示是要想认知世界,靠学习各个学科的知识是不够的,更需要了解复杂系统本身的规律。所谓复杂系统,包括自然科学、社会科学的方方面面,要想对未来更为复杂的世事有所掌控,就要学习书中介绍的复杂性思维模式,掌握复杂系统运行的规律。