复杂性科学思想

对于随机问题只有一点概念的人，相信动物必定对所生存的环境达到了最大的适应性。但进化论的意思并非如此。平均而言，动物是有适应力，但不是每一只动物都能适应，而且不是时时都能适应。一只动物有可能因为它的样本路径很幸运地生存下来，同理，一个行业中“最好的”人才也有可能来自一群人才，他们能够生存，是因为过度适应某一样本路径——那条样本路径并未出现与进化有关的稀有事件。这里有一个不良的属性，就是这些动物不曾遭遇稀有事件的时间越久，则它们对该稀有事件的承受力越显脆弱。如果我们把时间无限延长，那么依照遍历性原则，那个事件肯定会发生——那些物种必会遭毁灭！进化论只适应某一时间序列，而不是所有可能环境的平均值。

——纳西姆·塔勒布

我们在讨论人工生命学科时，提到了“复杂系统”与“涌现”等话题，实际上这些思想和理论都来自一个细分学科，被称为“复杂性理论”。复杂性理论是一个思想谱系，20世纪初系统论诞生，随后产生了信息论、控制论等新的学科理论和理念，在这个过程中学者们提出了一系列人工智能和计算机相关的理论，如系统、组织、信息、反馈、控制、信息熵等。这些思想理论对当时基于还原论和分析思维的方法论提出了巨大的挑战，为科学家们研究复杂系统或者混沌系统提出了新的思想方法。到了20世纪70年代，出现了耗散结构理论、协同论及突变论等新的复杂性思维，这些理论构成了自组织理论，主要研究的是复杂的自组织系统，如生命系统、社会系统、金融系统等。新的复杂性理论引起了全世界的重视，开展了规模空前的跨学科的复杂性科学思想运动。本节就来讨论复杂性科学的思想内涵和演变过程，并通过对复杂性科学研究的理解来梳理复杂性学科的哲学境界。正如伟大的物理学家霍金所说，“21世纪是复杂科学的世纪”，作为面向未来的现代人，应该理解复杂性思考的逻辑和方法论。

复杂性科学演变

复杂性学科是研究复杂系统行为与性质的科学，与以往还原论科学最大的不同在于，其采用的是整体论的思维方式，核心是研究宏观领域的复杂性及其演化过程。这里我们主要来梳理复杂性科学的发展历史和路径，弄清楚它与我们讨论的人工智能、人工生命等学科的不同特点，并探讨其学科的局限性所在。这里将复杂性科学的发展历史分为3个阶段。

第一阶段，以贝塔朗菲的《一般系统论：基础、发展和应用》及控制论为代表，主要涉及的是系统论、控制论和信息论。贝塔朗菲是美籍奥地利理论生物学家和哲学家，他创立了一般系统论，强调必须把有机体当作一个整体或者系统进行研究才能发现不同层次上的组织原理。1937年，贝塔朗菲在芝加哥大学的一次哲学研讨会上提出了一般系统论的观点，但是迫于当时生物学界的压力，直到1968年才发表了《一般系统论：基础、发展和应用》一书，总结了一般系统论的概念、方法和应用。

与一般系统论同时兴起的复杂性学科是控制论，代表成果是由诺伯特·维纳发表的《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书。时至今日，控制论的思想和方法已经渗透了所有自然和社会科学领域，后续我们会详细讨论。这里只提及，维纳的《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》的核心就是研究有目的行为、组织性和整体性，认为系统通过反馈调节的方式可以维持某个特定状态或者趋向于某个特定目标。

这里不得不提到的是人工智能学科，由于人工智能和控制论的关系非常密切，早期人工智能的奠基人如麦卡洛克、匹茨等人与控制论创始人维纳曾经多次合作，并构建了世界上第一个神经网络模型。时至今日，系统论停滞不前，控制论转向了技术工程理论，只有人工智能还在不断发展壮大，这里我们推荐大家看《机器崛起：遗失的控制论历史》这本书，其中会涉及关于控制论和人工智能的历史，我们也能通过它理解二者的联系。

第二阶段，以冯·诺依曼的元胞自动机模型及人工生命学科为代表，主要涉及的是耗散结构论、协同论、突变论、元胞自动机理论等，主要研究的就是系统演化的行为。由于篇幅限制，我们在下一节中会详细探讨这其中的理论，在这里只提及元胞自动机理论。这个理论在20世纪由冯·诺依曼创立，也是后来人工生命学科的创始人朗顿研究人工生命的基础。这里我们可以看到复杂理论从原来的研究系统的存在转变为研究系统如何演化，而人工生命学科则代替人工智能学科成为这个阶段很重要的成果。

第三阶段，复杂性理论开始大量进行跨学科的研究，以美国的圣塔菲研究所为代表，复杂性学科的理念核心为促进知识统一和消除科学与人文之间的对立。美国的圣塔菲研究所是1984年5月成立的，被认为是世界复杂性问题研究的中枢。该研究所认为复杂性学科研究的内容几乎涉及所有现存的学科和领域，主要研究课题包括复杂适应系统、复杂性的度量、复杂性网络等。这个阶段的研究特点是通过计算机工具，以隐喻和类比的方式对生命演化、人的思想、物种的灭绝及文明的发展等课题进行研究，社会科学在其中起到了非常重要的作用。因此，经济学、文化学和人类学等得到了大量的应用，如著名经济学家阿瑟在圣塔菲研究所创立了新经济学，研究报酬递增率、锁定和不可预测等。

对比一下这个阶段和前两个阶段的复杂性科学的研究的差异，前两个阶段的复杂性研究基本上是在其他传统学科之上进行研究，如物理学、化学和生物学等，而到了这个阶段则出现了专门研究复杂性科学的组织和团体，复杂性研究的学科范畴扩大到了所有学科领域。值得一提的是，我国的复杂性研究是在20世纪80年代是由钱学森教授所领导的，他研究的课题是“开放的复杂巨系统理论”，被称为钱学森学派。主张的是通过“人—机”结合，把人心智的高度灵活性和计算机在计算与处理信息的高性能有机结合起来，形成大型智慧工程。

总结一下，我们梳理了复杂系统的3个阶段的历史发展过程，关注到了复杂性科学研究的重点，从最初研究系统的存在，到后来研究系统的演化路径，到最后研究所有学科的复杂性思想内涵，经历了从依附其他学科到成为独立学科的过程。然而，我们要关注的是，时至今日复杂性学科的具体研究除了哲学领域的研究，大多数时候还是分门别类进行的，原因在于虽然复杂性学科观察到了外部世界的复杂性，但是复杂性理论并不能很好地通过自身理论的统一来解决这个问题，这也是目前复杂性科学运动陷入低潮的根本原因。当然，我们并不能因此忽视了它的贡献，因为复杂性学科所包含的思想对我们认知世界的本质有着非常重要的意义和价值，接下来就会讨论这个课题。

复杂性学科思想

我们来补充介绍一下第二阶段的复杂性科学研究的主题，即研究演化的理论。之所以把这个部分单独拿出来介绍，原因不仅在于这个阶段产生了复杂理论当中最核心的关于演化的系统的一系列学科，包括耗散结构理论、协同理论、超循环理论、突变理论、混沌理论、分形理论和之前提到的元胞自动机理论。而且我们要理解复杂性学科的最重要的本质就在于提供了一种生成演化的思想，正因为这样的思想的提出，才使得复杂成为几乎所有学科的基本方法论的一部分，复杂理论是一门关于涌现的科学，而涌现就是演化论思想的本质。这个部分我们从两个角度来梳理：第一，涉及具体经验性学科的复杂性思想的构建，即介绍耗散结构理论、协同理论和超循环理论。第二，涉及形式科学的复杂性思想的构建，即介绍突变理论、分形理论和混沌理论。通过对这些学科的学习，我们能够理解复杂性学科的核心思想，以及如何通过演变和涌现的观念理解世界。

首先，我们讨论涉及经验性学科的复杂性思维，这里介绍3个学科：耗散结构理论、协同论和超循环理论。20世纪70年代，比利时物理学家普利高津提出了耗散结构理论，这也是一种系统论的学说，耗散结构理论的概念是相对平衡结构的系统提出来的。因为在那之前的系统论，主要研究的是平衡系统的有序结构，而普利高津等人提出：一个远离平衡的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可能引起质变，系统通过不断与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态，这种远离平衡态的、稳定的、有序的结构被称为耗散结构。这个理论的核心思想是，开放系统可以以耗散结构的方式从无序走向有序，耗散结构理论就是研究耗散结构的形成、稳定、演化等性质的学说。后来，这个理论也被用于解释和研究经济、社会、文化等领域的问题，这里推荐普利高津的著作《确定性的终结：时间混沌与新自然法则》，这本书体现了普利高津对耗散结构的复杂系统的研究思想，并对自组织与自我调节的观念进行深入的阐述。

接下来我们简单介绍一下协同理论和超循环理论，这也是两个重要的复杂性科学的学说。协同论的创始人是德国物理学家哈肯，他在1971年提出了协同的概念，接下来的几年发表了《协同导论》《高等协同论》等学说。协同论主要研究的范畴是在远离平衡态的开放系统与外界有物质或能量交换的情况下，如何通过内部协同作用形成自发性的有序结构。协同论以系统论、信息论、控制论、突变论为基础，吸收了结构耗散理论的思想，建立了一整套数学模型来描述不同类型的系统从无序到有序的转变规律。由于用到了大量的数学模型，因此，这门学科的抽象度和普适程度要高于耗散结构理论，被推广到舆论研究、人口动力学、经济系统分析及投资模型研究等领域。

超循环理论由德国科学家M．艾根于20世纪70年代在生物领域的研究中提出，是直接建立与生命系统演化行为基础上的自组织理论。我们知道，生命的发展过程分为化学进化和生物学进化两个阶段。在化学进化阶段中，无机分子逐渐形成简单的有机分子。在生物学进化阶段中，原核生物逐渐发展为真核生物，单细胞生物逐渐发展为多细胞生物，简单低级的生物逐渐发展为高级复杂的生物。生物的进化依赖遗传和变异，遗传和变异过程中最重要的两类生物大分子是核酸和蛋白质。生物的核酸和蛋白质的代谢有许多共同点，所有生物都使用统一的遗传密码和基本上一致的译码方法，而译码过程的实现又需要几百种分子的配合。在生命起源过程中，这几百种分子不可能一起形成并严密地组织起来。因此，在化学进化阶段和生物学进化阶段之间有一个生物大分子的自组织阶段，这种分子自组织的形式是超循环。简单来说，超循环理论研究的就是化学阶段的物质是如何演变成生物进化阶段的生命的，即这个分子自组织的进化现象是如何发生的。

以上讨论的都是具体经验科学的复杂性科学，我们看到这些学科的特质就是将复杂性理论应用在解决传统学科中难以解释的部分，通过整体的方法论来研究这些无法用还原论的思想来解决的命题（具体什么是复杂性方法论我们一会儿再讨论）。接下来我们要讨论形式科学，即通过数学对复杂性系统的演化过程进行描述的科学，包括混沌理论、分形理论和突变理论。

混沌理论是对不规则而又无法预测的现象及其过程的分析，一个混沌过程是一个具有确定性的过程，但是看起来却是无序和随机的，如天气现象、股票市场及金融汇率都有这样的特征。我们常说的“蝴蝶效应”描述的就是一个典型的混沌理论的模型，即系统内部的微小运动通过复杂事件链的作用会被成倍放大，最终产生巨大的影响。在这里推荐大家阅读著名作家塔勒布的两本书——《随机漫步的傻瓜》《黑天鹅》，这样有利于大家对随机事件的影响，尤其是混沌理论的思想有更深刻的认知。

分形理论是目前应用极为广泛的理论，分形的概念是美籍数学家曼德布罗特首先提出的。1967年他在美国权威的《科学》杂志上发表了题为《英国的海岸线有多长？》的著名论文。海岸线作为曲线，其特征是极不规则、极不光滑，呈现复杂的变化。我们不能从形状和结构上区分这部分海岸与那部分海岸有什么本质的不同，这种几乎同样程度的不规则性和复杂性，说明海岸线在形貌上是自相似的，也就是局部形态和整体形态的相似。分形理论的意义在于打破了整体与部分、混乱与规则、有序与无序、有限与无限的界限，找到了这些看似矛盾的概念之间的媒介，即实现了无界。人们可以从混沌与无序中认识规律，从部分中认识整体，从有限规则中认识无限。因此，分形理论及分形方法论使得人们在企业管理、社会演变等多个领域有了重大的方法论层面的突破。

最后我们介绍突变理论的思想，这门学科是以法国数学家托姆于1973年发表的《结构稳定性和形态发生学》为标志产生的。突变理论以数学模型描述连续性行动突然中断导致质变的过程，核心思想是理解系统变化和系统中断。这个理论目前被认为是混沌理论的一部分，可以用来认识和预测复杂的系统行为，包括生物变化、证券交易、生态灾难等。

总结一下，我们系统介绍了复杂性学科在第二阶段里涉及的几乎所有学科，通过对这些学科的分析来让大家大致了解其中的基本逻辑和研究对象。更重要的是，只有看到复杂性理论在不同学科中的广泛应用，才能理解为什么复杂性是我们面对这个世界的过程中不可避免的思维模式。虽然说很多人都鼓吹大道至简，但实际上面对复杂世界，我们要学习的是提高自身的复杂程度，尤其是对世界理解的复杂程度，而不是用简单化思维去思考，接下来我们就要抽离具体的学科，来讨论复杂性的方法及背后的哲学思想，算是对复杂性学科的一个总结，希望对各位有所助益。

复杂性哲学思考

理解了复杂性学科的研究范畴以后，我们来深刻研究一下复杂性科学思想的内涵，即整体论或者非还原论的思想。这里我们主要从3个角度进行研究：第一，我们要探讨原有的科学研究方法论，即还原论的思想方法是什么特质。第二，我们要探讨还原论和整体论思想的差异，从复杂系统的方法论角度对复杂性科学思想进行研究。第三，我们要总结一下复杂性科学的学科特征，以及这种特征代表的思想本质。

首先，我们讨论还原论思想的来源及其本质。1951年，美国哲学家和逻辑学家奎因在《经验论的两个教条》中指出，“相信每一个有意义的陈述都等值于某种以指称直接经验的名词为基础的逻辑构造”，这样的思想就是还原论。实际上，还原论思想最早可以追溯到古希腊时期的自然哲学家德谟克利特提出的原子论，后来著名哲学家笛卡儿确定四条分析原则，强调自上而下地演绎分析，即通过将高层次复杂问题分解为低层次可处理的简单问题，再用自下而上的各层次简单问题的解决替代高层次复杂问题的解决。这样的方法论帮助人们在科学进展过程中获取了很多成就，如原子能应用、基因遗传密码的破译等，还原论认为通过分解和还原就能理解复杂事物的本质。

这里我们简单总结一下还原论思想：从本体论角度理解，还原论认为事物是有组成结构和层次的。在认识论层面，还原论思想认为可以从部分概念和定律推导出整体概念和理论。在方法论层面，还原论思想认为可以通过将整体分解的方法弄清楚事物的本质。这种思想方法在面对简单线性关系的对象时是有效的，但是面对生物系统、人体系统或者社会系统等对象时，则没办法解决问题。还原论主张将研究对象分解到某个逻辑基点，然后分析其系统的构成要素、组织结构和内在机制，以此把握系统的行为特征和功能表现，这种方法论传统帮助以牛顿物理学为代表的近代科学观一路高歌猛进，成为近现代科学的基础，直到遇到了复杂系统的问题，才使得整体论和系统论成为新的研究范式。

然后，我们讨论整体论思想的内涵。整体论思想最早可以追溯到古希腊的柏拉图与亚里士多德对整体和部分的讨论。1912年，格式塔心理学将整体的概念纳入心理学的研究范式，1945年贝塔朗菲提出的一般系统论可以理解为整体论的第一个完善的研究范式纲领。这里我们可以看到贝塔朗菲建立有机体理论和系统论观点是非常典型的整体论纲领，其核心观点包括整体性原则、有序性原则、因素相互作用原则及动态原则等。他认为系统科学的本质就是研究复杂性科学，而其中蕴含的就是整体论思想。这里我们用生物学家罗斯曼关于生物学中肌肉收缩现象的案例进行说明，罗斯曼通过实验案例证明了在对系统整体缺乏全面认识的情况下，即使是由最充分的分子细节所支持的理论，也无法确证的观点。简单来说，整体论习惯把研究对象当作一个黑箱来看待，在不影响系统完整性的情况下，通过外界物质能量和信息的输入、输出来判断和推测系统内部的结构和机制。例如，中医的问诊常常就是将人体当作完整系统看待，而西医则倾向于用解剖和定位的方式去解决问题。

最后，我们讨论一下复杂性学科的特质和思想。我们看到复杂性科学作为科学演化的历史形态，其产生有着历史的必然性。一方面，复杂性科学是科学系统发展到当时的必然产物；另一方面，又是范式转换的必然结果。正如钱学森所说，“凡现在不能用还原论处理的，或者不宜用还原论处理的问题，而要用或宜用新科学方法处理的问题，都是复杂性问题”。而复杂性科学的发展，就是简单性科学发展到复杂性科学的科学形态的历史转变过程。这种转变带来的就是复杂性思想，而这种思想的影响分为三个方面：第一，由于复杂性研究所涉及的领域都是传统科学无能为力的问题，因此，为新兴学科的出现指导了方向，我们从人工智能和人工生命等学科的产生就能看出来。第二，复杂性研究采用了传统科学不认可的新思想和新方法，所以，才能孕育出新的学科，为人们在跨学科思想下解决问题提供了路径。第三，复杂性研究的新理论逐渐超越了还原论和整体论思想，而形成了新的系统思考的逻辑方法，对科学研究有巨大的意义和价值。

复杂性科学思想的内涵，即复杂性范式的影响，可以理解为三个方面：第一，复杂性科学动摇了原有科学的认知论，提供了一种复杂的、非线性的认知论，世界并不是简单事物的几何体，而是一个在创造进化过程中形成的存在内部复杂联系的共同体；第二，复杂性科学的本质是方法论的范式变革，我们可以看到复杂性学科的发展与其说是单一学科的发展，不如说是基于方法论对所有学科的渗透，因此，复杂性范式将分割和关联、有序和无序、理性和非理性等思想融通起来，推动着所有现代学科的发展；第三，复杂性学科带动了哲学意义上本体论的变化，原有的本体论哲学是关于存在的哲学理论，即世界是“自我存在的实体”的集合，而复杂论则提供了“关于存在和演化的哲学理论”，认为存在和演化的内在关系创造了现实世界的复杂性，正如约翰·霍兰教授所说，复杂理论的基本思想是“适应性造就复杂性”，现实世界的本质是“由小生大，由繁入简”。