2009-5-3什么是复杂性科学理论，这个本来就很难解释。大概的意思是，这个世界本来的面貌就是雾里看花，水中望月，无法真正被解释的。但是，知道这样又有什么意义呢，难道不是真实世界是复杂的，我们才夜以继日努力在做科学研究工作，试图认清这个世界的真面目吗。
但这不是全部。请看如下事实：
“为什么苏联对东欧四十年的统治会在1989年的几个月之内轰然坍塌？为什么苏联自身也在其后不到两年的时间内分崩离析？这些当然与名叫戈尔巴乔夫和叶利钦的两个人有一定的关系。但即使是这两个人自己，也像是被他们完全无法控制的事件席卷裹挟而不能自已。
为什么股票市场会在1987年10月的一个星期一这一天之中猛跌五百多个百分点？很多评论将之归咎于股票生意的计算机化。但计算机的应用已有多年，有没有任何答案可以解释为什么股票偏偏在那个特殊的星期一狂跌不已？
根据化石标本的记载，古代物种和生态系统常常稳定地保持了几百万年，而后却在地质期的某一瞬间灭种或演变为新的物种，这是为什么呢？也许恐龙是因为小行星的影响而遭到灭绝，但那时并没有那么多的小行星，还有其它因素在起作用吗？
原始的液态氨基酸和其它简单的分子是如何在四十亿年前转化为最初的活细胞的？分子是不可能随机地组合在一起的，但生命起源学家们却又津津乐道地说，不发生这样的情形是荒谬的。难道生命的起源竟是一个奇迹？
为什么单个细胞在六亿年前开始组合，从而形成像海藻、水母、昆虫，最后到人类这样的多细胞生物体？几百万种物种没有人脑这么大的大脑也生存自如。为什么地球上的物种如此不相同呢？而人类又为什么要耗费这么多的时间和这么大的力气来把自己组成家庭、部落、社团、民族及各种类型的社会？如果进化（或资本主义自由市场）真是完全由适者生存法则决定的，那么为什么又会发生一些与人际之间残酷竞争毫不相关的事情（信任与合作）呢？
达尔文的自然选择论如何解释像眼睛和肾脏这样精妙复杂的结构？难道我们在生命体上所发现的这些精妙得令人无法相信的组织，真的仅仅是随机进化的偶然结果吗？
生命究竟是什么？难道生命无非是一种特殊而复杂的碳水化合物？还是某种更微妙的东西？
脑子是什么？大脑这个普普通通的
也许最根本的是，为什么总是有而不是无？宇宙始于大爆炸后一片潮湿的混沌，然而至此开始，就像热力学的第二定律所形容的那样，宇宙就受制于某种不屈不挠地趋于混乱、解体和衰败的倾向力。但它同时又无处不产生着结构：银河、恒星、行星、细菌、植物、动物和大脑。这又是怎么回事呢？是因为永恒趋于混乱的强制力与同样强大的趋于秩序、结构和组织的强制力之间有某种抗衡的力量？如果是这样的话，这两种力量是如何同时发生作用的呢？”（引自米歇尔•沃尔德罗普的《复杂——诞生于秩序与混沌边缘的科学》）
如果你的答案是，偶然事件或者随机事件，或者其它什么，反正就是在正常理论之外的东西，那么说明你对这个世界复杂性的把握，没有足够的准备。这正是复杂性科学理论在关注的问题，它还进一步宣称，这些不是偶然，相反恰恰就是世界的本来面目，由此要导致科学研究思维方法和处理各类自然社会问题的方法的深刻改变，这就是这个理论的伟大之处。
我们要记住桑塔费研究所（也有翻译为圣菲研究所的）。记住桑塔费研究所创始人乔治·考温（George Cowan）、诺贝尔奖物理学获得者马瑞·盖尔曼（Murray GellMann）、菲利普·安德森（Philip Anderson）和诺贝尔经济学奖获者肯尼思·阿罗（Kenneth Arrow）。他们的研究突破了牛顿时代以来一直统治着科学的线性的、还原论的思维方式。
他们的研究，举一些例子来说。
1．涌现
组成水的分子一点儿都不复杂，只是一个大的氧原子和两个小的氢原子粘在一起，水分子的行为受众所周知的原子物理方程式的支配。但当你把大量的水分子放在一个热锅里，水就会突然沸腾起来，水分子会上下翻滚、溅泼，大量的水分子会形成一个集体的特征：液态。将这些液态水稍加冷却，冷却到摄氏0度，突然水就不再随机地滚做一团了。相反，水分子会进入“相变”（phase transition），将自己凝固成我们所说的冰的晶体排列状。或者也可以反过来做这个实验。把水不断加热，正在沸腾的水分子会突然蒸发，进入相变，变成水蒸气。这两种相变对单个水分子来说都是没有任何意义的，每一个单个的水分子不具有这样的特征。水的状态是“涌现” （emergence）的。
这样的例子层出不穷。生命也是一个涌现的特征，是DNA分子、蛋白分子和无数其它的分子都遵循化学法则而产生的结果。心智又是一个涌现的特征，是几十亿神经元遵循活细胞的生物法则产生的结果。（安德森）
2．秩序一
人从一个受精卵开始，然后逐渐发育，变成了一个有秩序的新生命，然后又变成一个成熟的生命。不知为什么，单个的受精卵能够分裂，变成不同的神经细胞，肌肉细胞和肝脏细胞，以及上百种不同的细胞，这个过程精确到万无一失。奇怪的不是生而缺憾的悲剧常有发生，而是大多数新生命一出生就完美无缺。大多数研究人员都并不过于为这个问题操心，他们谈论着细胞的“发育程式”，仿佛DNA计算机真的像IBM主机执行用FORTRAN语言编写的程序一样执行遗传指令：一步一步地逐条执行。更有甚者，他们好像相信这些遗传指令是精确无误的组织，就像任何人编写的计算机代码一样被自然选择法完全排除了误差。
怎么可能不是这样的呢？遗传程序中的最微小的错误都会导致一个发育中的细胞的癌变，或可以将之完全置于死地。这就是为什么成百的分子基因学家早就开始在实验室里努力译解精确无误的生化机制，研究在这个生化机制中基因A是如何打开基因B的，基因C、D、E的活动又是如何影响整个开关过程的。他们认为，一切都在这些细节之中。
考夫曼思考认为：基因组电脑不像人类制造的计算机那样逐步执行指令，而是同步地、平行地执行大多数，或所有的遗传指令。他推理，如果情况真是这样的话，那么，重要的不在于是否这个调节基因精确地按照界定好的顺序激活了那个调节基因。而是这个基因组作为一个整体，是否能够安顿下来，将活性基因组合成一个稳定的、自我连贯的形态。调节基因最多也许能经历两个、三个或四个不同构型的循环，总之数目不多。
他开始了基因网络的研究，很快发现，如果每一个基因都被许多其它基因所控制，那么整个系统就会猛烈动荡，陷于混乱局面。而如果每个基因最多只被另外一个基因控制，基因网络非常稀松地连接，那么，网络的行为模式就过于简单了。另外，他知道非常稀松地连接的网络是不现实的：雅各布和莫纳德已经证明了，真正的基因通常都受控于好几个别的基因（今天，我们知道典型的数额是两个到十个）。所以考夫曼就取其中间数。这样的网格连接既不十分稠密，也不十分稀疏。他取每个基因只有两条输入的网络。在只有两个输入的网络中，考夫曼发现，开关一个基因并不会引起连续扩散的变化波动。在大多数情况下，被触及的基因会恢复到原来的状态。事实上，只要基因活动的两种形态相差不是很大，它们就会趋于会聚。
他开始模拟包含一百个基因的网络：单个的一个基因只能有两种状态：开或关。但包含两个基因的网络就可以有2×2，或者说，四种状态：开——开、开——关、关——开、关——关。一个包含三个基因的网络就可以有2×2×2，或8种状态，依此类推。这样，在一个包含100条基因的网络里可能出现的状态就是2的100次方，也就是相当于100 万兆兆，也就是1的后面跟着30个零。考夫曼说，这就产生了无穷无尽的可能性。更重要的是，从原则上说，没有理由说明为什么他模拟的网络不能够随机漫游于这个空间之内。他是故意让他们随机连接的，而这将意味，他的关于细胞循环的想法根本没有希望得到证实：计算机必须经过100万兆兆的状态转变后才会出现重复的情况。这将把是各种状态都持过一遍的细胞循环，这个过程无边无际到了超过想象力。考夫曼说：“如果计算机从一种状态过渡到另一种状态需要万分之一秒，则让计算机运转100万兆兆微秒，就要花比宇宙历史漫长几十亿倍的时间。
但幸运的是，考夫曼当时并没有做这个运算。在一位对他帮助颇大的计算机中心编程员的帮助下，他的包含100个基因的两条输入的模拟网络编码后，就轻松地将一堆打了孔的卡片交给了前台。十分钟以后，结果就出来了，打在了宽幅报表纸上。这结果正像他所期待的那样，表明网络很快就稳定地安顿在有秩序的状态之中，大多数基因只固定在开或关的状态，其它基因在几种不同的形态间循环。如果这个包含了一百个基因的网络是一个有一百个电灯泡的拉斯维加斯广告牌的话，则这些有秩序的状态看上去就像振动不停的斑驳图案。但它们确实存在，而且非常稳定。
“这简直太令人激动了！”考夫曼说。“无论是那时还是现在我都觉得我的这个发现具有很深远的意义。它不是任何人能够凭直觉臆想出来的。”两条输入的网络并不是在100万兆兆种状态中漫游，而是很快就移入这个空间的一个极小的角落滞留了下来。“它安顿了下来，在五个、六个、七个，或更多的状态中，典型的是在大约十种状态中倘佯、循环，形成惊人的高度秩序！我简直就被这个结果震惊了。”（考夫曼）
3．秩序二
基因算法，荷兰德说，首先，让计算机产生一群数量约为100个数字的染色体，其中包含大量的随机变量。假设每一个染色体都相对应一群斑马中的一匹（这是为使事情简化之故。因为荷兰德试图把握进化的最基本的本质，所以在基因算法中舍弃了诸如马蹄、胃和脑这样的细节，而把个体当作单个的纯DNA来模拟。而且，为了使之更便于操作，他把二进制的染色体限制在长度不超过几十个二进制数字之内，所以这些染色体实际上并不是完整的程序，而只是程序的片断。事实上，在他最初的实验中，这些染色体只代表单一的变量。但这并不能改编这个算法的基本原则）。
第二，把现有的问题当作每一单个的染色体，把问题当作计算机程序来运作，用这种方法来进行测试。然后，评价它的运行好坏，给它打个分。从生物学的角度来看，这个分数将评判出个体的“强健”程度，也就是它繁殖成功的概率。个体的强健程度越高，被基因算法选择出来，得以将自己的基因遗传给下一代的机会就越大。
第三，将你所选择的个体当作具有足够繁殖能力的染色体，使它们相互交配，从而繁衍新的一代。让剩余的染色体自行消亡。当然，在实际操作时，基因算法舍弃了两性的差异、求偶礼仪、性爱动作、精子和卵子的结合，以及两性繁衍的所有复杂细节，而只是通过赤裸裸的基因材料的交换繁衍下一代。如果用图解来表示的话，基因算法选择了有ABCDEFG的染色体和有abcdefg染色体的一对个体，随意在中间切断它们的染色体序列，然后将双方染色体相互交换，形成对它们的一对后代的染色体： ABCDefg和abCdEFG（真正的染色体经常会发生这种交换，或交叉，荷兰德从中得到启发）。
最后，通过这种基因交换繁衍出来的下一代之间又会继续相互竞争，同时在新一代的循环中，与它们的父母也发生竞争。这无论是对基因算法来说，还是对达尔文的自然选择法来说，都是最关键的一环。没有两性之间的基因交换，新的一代就会完全像他们的父母一样，物种的发展就会进入停滞状态。低劣的物种会自然消亡，但优良的物种也决不会发生任何改良。但有了两性之间的基因交换，新一代就会相似于它们的父母，但又有所不同，有时会比它们的父母强些。当发生这种情形的时候，被改良的物种就会获得普及的大好机会，从而显著地改良自己所属的整个物种群。自然选择法提供了一种向上进取的机制。
当然，在真正的生物体中，相当大一部分的变量是由于突变、遗传密码的排版错误所致。事实上，基因算法确实也允许通过故意将1改变为0，或把0改为1而产生一些偶然的突变。但对荷兰德来说，基因算法的核心是两性交换。不仅仅是因为两性的基因交换给物种提供了变量，而且这同时也是一个极好的机制，通过这个机制可以寻索到能够相互密切配合，产生高于一般水平的强健的基因群，也就是建设砖块。
比如，你将基因算法用于解其中一个最佳化的问题。这是个为某种复杂功能寻找最大价值的方式的问题。假设当基因算法的内在数群中的数字染色体达到二进制基因的某种模型时，比如像11＃＃＃＃11＃10＃＃＃10，或＃＃1001＃＃＃11101＃＃，获得了很高的分数（荷兰德用＃来表示“没有关系”。数字处于这个位置可以是0，也可以是1）。他说，这种模型就具有建设砖块的功能。也许它们凑巧表示的是变量的范围，在这些范围中，其功能确实具有超常的高价值。但不管是什么原因，含有这种建设砖块的染色体都会繁荣发展，并普及于整个物种，从而取代那些不含有这类建设砖块的染色体。
另外，既然两性繁衍使数字染色体能够在每一代都重组它们的基因材料，那么物种就会经常产生新的建设砖块和现有建设砖块的新组合，这样基因算法就会很快产生具有双倍和三倍优势的建设砖块。而如果这些建设砖块的组合又产生出更大的优势，那么具有这些优秀建设砖块的个体特色就会比以往更快地普及于整个物种。结果就是，这个基因算法会很快指向现有问题的答案，即使事先并不知道从哪儿寻找答案。（荷兰德）
4．秩序三
分类者系统，荷兰德设计了一个生态系统，在这个高度简化的生物社区中，数字化的生物体在数字化的环境中游荡，寻找着赖以维生和繁衍的资源，这些资源就是数字化的水、草、壳物、草莓等。当这些生物碰到一起时，它们当然会试图将彼此作为资源。更具体一些说，生态系统代表的环境是一片广袤的平原，其中遍布着“泉眼”，从泉眼里喷出以a、b、c、d为象征的各类资源。单独的生物体随意地漫游在这个环境中，像平静而温和地在四野吃草的羊一样一路吞食资源，并储存到自己的内部资源库中。但只要当两个生物体相遇，它们马上就会从羊的状态转入狼的状态，相互进攻。在接下来的战斗中，战斗的结果取决于每个生物体的那对“染色体”，这染色体只是一组资源象征符号串成的两个序列，比如aabc和bbcd。“如果你是其中的一个生物体，那么你就用你的每一序列的‘攻击性’染色体与对方的第二序列‘防御性’染色体相匹配，如果它们俩能够相互匹配，那你就得到高分。这种情形非常类似于免疫系统：如果你的攻击能对应对方的防守，那你就打开了缺口。而对方也对你报之以交互的行动，即，他的攻击与你的防守相匹配。这种相互作用极其简单。主要看你的攻击与防守能力能否强过对手。
事实上，竞赛的第一个回合后交上来的十四个程序中包含了各种复杂的策略。但使爱克斯罗德和其他人深为吃惊的是，桂冠属于最简单的策略：针锋相对（TIT FORTAT）。这是多伦多大学心理学家阿纳托·拉帕波特（Anatol Rapoport）提交上来的策略。针锋相对的策略以合作开局，但从此以后就采取以其人之道，还治其人之身的策略。那就是，针锋相对的策略实行了胡萝卜加大棒子的原则。它永远不先背叛对方，从这个意义上来说它是“善意的”。它会在下一轮中对对手的前一次合作给予回报，从这个意义上来说他是“宽容的”。但它会采取背叛的行动来惩罚对手前一次的背叛，从这个意义上来说它又是“强硬的”。而且，它的策略极为简单，对手程序一望便知其用意何在，从这个意义来说它又是“简单明了的”。
当然，因为只有为数不多的程序参与了竞赛，针锋相对策略的胜利也可能只是一种侥幸，但也许不是。在上交的十四个程序中，有八个是“善意的”，它们永远不会首先背叛。而且这些善意的程序都轻易就赢了六个非善意的程序。为了决出一个结果来，爱克斯罗德又举行了第二轮竞赛，特别邀请人们从针锋相对策略那里将桂冠夺过来。这次有六十二个程序参加了竞赛，针锋相对策略又一次夺魁。结论是无可争议的。好人，或更准确地说，善意的、宽容的、强硬的、简单明了的人，确实总是赢家。
爱克斯罗德在1984年发表的《合作进化》一书中指出，针锋相对策略能导致社会各个领域的合作，包括在最无指望的环境中的合作。他最喜欢举的例子就是第一次世界大战中自发产生的“自己活，也让他人活”的原则。当时在前线战壕里的军队约束自己不开枪杀伤人，只要对方也这么做。处于无人区的军队根本无法与地方军队取得联系，而且他们当然不会是朋友。但使这个原则能够实行的原因是，双方军队都已陷入困境数月，这给了他们相互适应的机会。（荷兰德）
5．动态的平衡
巴克和他的合作者唐超（Chao Tang的译音）、科特·威森费尔德（Kurt Wiesenfeld）1986年在研究被所谓“电荷密度波”的深奥的凝聚态观象时发现了自我组织的临界性。他们很快就认识到其更加广泛和深远的意义。他说，为了做出最好、最生动的比喻，就让我们想象桌子上有一堆沙子，有涓涓细沙均匀地从上流泻而下。（顺便说一下，确实有人同时用计算机模拟和用真的沙子做过这个实验。）这堆沙子越积越高，直到不能再高了为止。随着新的沙子不断流泻下来，原有的沙子如瀑布般顺坡流泻，不断从桌边泻落到地上。反过来，你也可以从一大堆沙子开始，达到同样的状况：沙堆会坍落下来，直到所有多余的沙子都从沙堆上流泻下来。
无论用哪一种方法，由此而形成的沙堆都是自我组织的，也就是说，沙难自己达到了一个稳定的状态，不需要任何人为的干预。沙堆处于一种临界的状态，即表面的沙粒只是刚好能呆住。细微的表层和沙粒的棱角以各种能够想象得出来的方式锁定在一起，差一点儿就会溃散。所以只要有一粒沙滚落，都无法预料会出现什么样的结果，也许什么都不会发生，也许只有很少沙粒会滑落，或也许一个很小面积的沙粒滑落正好导致一场连锁反应。巴克说，事实上，所有这些情况都有可能发生。大面积的沙崩很鲜见，但小的沙崩却屡见不鲜。均匀流泻的细沙导致了大小不等的沙崩，这便是可以用数学公式来表示的沙崩“幂律”行为：一定规模的沙崩频率与其规模的某些幂次成反比。
巴克说，所有这些问题的关键在于，在大自然中幂律行为屡见不鲜。无论是从太阳的活动，从银河之光、还是从通过电阻的电流和河水的流动中，都能看到这种现象。巨大的冲动极为鲜见，小的冲动却随处可见。但所有规模的冲动频率都符合幂律。这种行为表现如此普遍，以致于对其普遍存在性的解释都变成了恼人的物理学谜团：为什么？
他说，沙堆的比喻泄漏了一个答案。就像均匀流泻的沙子能够使沙堆通过自组织达到临界的状态一样，均匀输入的能量、或流水、或电力，能够使自然界许许多多系统通过自组织达到同样的临界状态，使它们变成一群微妙地相互锁定的子系统，刚好能呆在临界的边缘——各种规模的崩落不断出现，事物重组的频率恰好能使它们平衡在临界的状态。
不知为什么，中医学一开始就是承认这个复杂性理论，从整体观、平衡观、运动观、藏象理论，辨证论治理论，无不闪耀着复杂性理论的光华，这让我五味杂陈，甜美的是中医学终于有了能被科学解释，与科学接轨的曙光，苦涩的是，为什么这个理论来得那么晚，而中医之前却捧着金饭碗要饭呢。
假设关于生命起源的模型是正确的，那么生命的出现就并不是因为某个温暖的小池塘偶然能够复制DNA或RNA这样的分子样板。生命就应该是复杂物质的自然表现。这是化学和催化媒合的深层特征，这种特征远离均衡状态。这意味着，宇宙就是我们人类的家园，我们是必然之物。不光人类是，所有的生物物质都是，自宇宙开始起，他们与我们携手走到了今天。这不是整体观最好的解释吗。“你所见到的就是那些创造了这个共生共长的世界的事物。这使我想到，我们所生存的世界就是我们创造出来的相互依存的世界。我们是这个不断发展的故事中的角色，我们就是宇宙的一部分，你、我，还有金鱼，我们共同创造了这个共处的世界。”（考夫曼）
“我们生活在一种我们共同自我维持、具有永恒变化的特点的状态。在这个状态中，旧的物种经常遭到灭绝，新的物种不断涌现。如果我们真的把这想象成是经济体系，那就是新的技术不断出现，不断取代旧的技术。我们注定为自己创造的这个永远开放、永恒变化的世界。” （考夫曼）这种动态平衡的思想，深深地根植在中医理论体系中，形成了中医辨证论治思想体系和三因制宜的学说等光辉思想。
因为这个世界是永远停留一种动态的平衡中，世界的含义在于模型和变化，世上万事万物虽有重复之处，但却永远不可能一模一样地重复，世事永远新颖、永远不同。所以，实际上，科学不是演绎出来的，而主要是通过比喻而来的。（经济学家阿瑟）中医学的藏象理论，取类比象思想也取得了某种意义上的肯定。
“我们和这个世界的关系是怎样的呢？我们是由和宇宙同样的元素所组成的。所以我们是这个既永不变化、又永恒变化的宇宙的一部分。如果你把自己想象成是一只逆流而上的船，那你就是在和自己开玩笑。其实你只是一只顺流而下的纸船的船长。如果你要逆流而行，那只会原地不动。另一方面，如果你很善于识辨流向，认识到你是其中的一部分，而水流总是永恒变化、永远趋于新的复杂性，那你很容易就能用你的篙，撑过一个又一个旋涡。”
“但这和经济与政治政策又有什么关系呢？从政策这个方面来说，这意味着观察、观察、再观察，偶尔把船篙放入河水中，做一些改进。这意味着，你力图看清现实的本来面貌，认识到，你置身的游戏始终在变化，因此你要弄清楚眼下的游戏规则。这意味着，你像一只鹰一样观察日本人，不再天真、不再向他们要求公正、不再坚持基于过时的游戏规则的正统理论，不再说：‘只要能够达到均衡，我们就能生活在富裕之都。’你只是在不断观察。当你发现能够采取有效行动时，就采取行动。”
“我所说的，对东方哲学来说基本上不是什么新鲜的东西。东方哲学一向把世界看作是一个复杂的整体。这个世界观无论在科学界、在文化界，还是在西方，都变得越来越重要了。人们的观念正在非常缓慢地从对自然的剥削，即，人类与自然的对立，转变为人与自然的共存。我们看世界的眼光开始摒弃幼稚，变得成熟起来。当我们了解了复杂系统，就是开始懂得我们是这个永恒变化、互相制约、非线性运动的万花筒般的世界的一部分。”
“在真正的复杂系统中，不会存在一模一样的模式，但其中有些共同的主题却是可以辨认出来的。比如，你可以笼统地谈及历史上的‘革命’，虽然这个革命与那个革命也许全然不同。所以我们才要用比喻。其实，许多政策的制定不得不依赖于恰当的比喻。反过来说，糟糕的政策制定总是与不恰当的比喻有关。比如说，把反毒比喻成‘战争’，让人想象到枪炮和军事进攻，也许不太恰当。”
阿瑟说。
23:23, #, By zc
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