复杂性研究—由来、现状、应用(上)

 

 

 

复杂性研究作为一个研究方法，作为一种方法论的学科，它是人类对于近代科学的那种绝对化的、过分简单化的思维方式的反思的结果。对于世界的复杂性无限性的认识。我们究竟是从量的方面看世界，还是从质的方面看世界？

 

 

今天我们来讲一个很新鲜的话题，介绍一下复杂性研究这样一个新的学术领域。复杂性研究英文叫做Complexity Study，说起来有点奇怪，很多人都会问，复杂这件事还用专门一个学科吗？事情是复杂的谁不会说啊。

 

这确实需要解释一下。其实我们对系统科学、系统工程都比较熟悉了，复杂性研究正是我们比较熟悉的系统科学、系统工程的延续和发展。这个词是在上世纪的90年代以后，越来越为人们所熟知。大家越来越感到，我只说一个系统是复杂的，我们要按系统工程办事恐怕不够。因为简单的事情也是一个系统。

 

所以从钱学森教授开始，国内的学者们就越来越强调，我们研究的是复杂系统。这点实际上在国外也是一样。大家知道著名的美国的圣塔菲研究所，Santa Fe Institute，它在1984年成立的时候，就明确的把对于复杂性的研究作为自己的宗旨。

 

有很多朋友就会问我，说复杂性研究到底是一个什么样的学科，它是怎么来的？我想我们今天这一讲就集中回答一个问题，复杂性研究的由来。

 

对于这个问题如果要简单地说的话，我就说一句话，复杂性研究是人们对于近代科学的过分简单化的、绝对化的思维方式进行反思的结果。当然这句话可能太笼统了，对这个就会有很多朋友说谁不承认复杂。但是近代科学不承认吗？难道传统的物理学、经济学不也都要研究复杂问题吗？你凭什么说我们近代科学。

 

我指的是从牛顿开始到大约100年前的这个学科。你凭什么说这一段的科学中间，就是只强调简单化，甚至忽视了复杂性呢？好，那这样呢，我就想从我们所熟知的系统科学和复杂性研究的最早的提出者亚里斯多德说起。

 

大家都知道亚里斯多德有一句名言，“整体大于它的各部分的和”。所有搞系统工程、系统科学、复杂性研究的学者都会从这句话讲起。其实这句话确实包含了世界的一个根本的道理。用我们的话讲就是对于世界的复杂性无限性的认识。对这句话的一个通俗的解释，就是一加一大于二。

 

我们也经常讲这个话，但是我想对亚里斯多德的话做一点小小的补充。因为我曾经在一个地方讲课的时候，讲到一加一大于二，当时下面就有人就反驳说不对。一加一不一定大于二，也可能还小于二呢对吧。

 

两个人合作得不好，加起来一加一会小于二。所以这样就迫使我来思考整体大于它的各部分的和。一加一大于二这个话，原则是非常正确的。但是是不是还有点儿事情没说清楚使得人们会产生这种误解。

 

经过思考我有这么个想法，这里边的问题出在我们究竟是从量的方面看世界，还是从质的方面看世界？一加一大于二给人的感觉就是个量的比较，整体大于各部分的和。大于也是一个。也可以从量的角度比较。

 

但是实际上更重要的是什么呢，更重要的是质的变化。也就是说有没有新的质产生。如果从质的角度考虑的话，一加一大于二，一加一小于二都是新的质的产生。整体大于各部分的和，也不是各部分的某个指标的定量地相加，而是它们的一种新的现象、新的规律甚至新的主体的出现。

 

所以正因为这样，我们回顾一下从牛顿到十九世纪末的科学，人们有意无意地都把世界想的只是量的无限，而没有质的无限。大概这方面最典型的一个说法就是众所周知的拉普拉斯的一个说法。据说拉普拉斯曾经讲过这么一句话，“牛顿是幸运的，因为他发现了宇宙运动的规律，而宇宙只有一个”。

 

大家想想这句话反映了一个什么想法呀。也就是他拉普拉斯这样的想法是认为世界确实是无限的。但这个无限是什么呢，只是一种量的无限。长宽高三个轴上无限延伸，时间无限延伸，这都是对的。但是说到这儿，只是量的无限性。

 

我们现在要问你，能不能像他说的世界只有一个？牛顿发现了这个规律以后的人就没事干了。以后的人只能在量的意义下无限延伸，而在质的实质上的新的这种规律现象就没有了。所以我们今天回过头来看拉普拉斯的想法，或者他所描述的正是我们所说的近代科学对于世界的无限性的一种片面的理解。

 

说得再明确一点儿，只承认量的无限性，不承认质的无限性。所以熟悉科学史的朋友都知道，在十九世纪末的时候，曾经有一段时间，科学界就弥漫着一种思路，就说科学大厦基本上已经建立了。甚至有人说世界的基本的规律都已经发现得差不多了。今后的人呢，只是到小数点以后的第六位以后，去修改某些参数。这是一种说法。

 

还有一种说法呢，在美国据说有人建议专利局取消。为什么呢？该发明的东西都发明完了，没有东西可发明了。甚至在学者中都有这种看法，包括希尔伯特的23个著名的问题。大家认为这23个问题都解决以后，数学的基本大厦就完成了。

 

还有的著名的物理学家说，现在牛顿解释这世界，解释得非常完美。整个天空是晴空万里，只有两朵乌云。这个大家都知道，是不是？换句话说一直到十九世纪末，科学家们所理解的世界，它的复杂性只是量的复杂性。而世界是由有限的，或者说是若干条定律所规定。除此以外在质的方面是没有无限性的，是不承认无限性的。

 

当然了，我们今天回过头来看大家都知道，正是这种局限使得科学的发展停止下来了。谁打破了这点呢？随着二十世纪的到来，爱因斯坦、普朗克这两位伟大的科学家，首先对这种观点打开了缺口。爱因斯坦的相对论告诉我们，当物体的运动速度接近光速的时候，牛顿的定律就只是一个不精确的近似，而需要用相对论来代替。

 

而普朗克的发现告诉我们，当我们观察到微观世界小到10个负23次方以下的时候，我们所观看到的世界就已经是离散的，而不是连续的。

 

大家都知道牛顿力学，它所依据的微积分，它的基础就是连续性。所以当普朗克指出在微观世界里头粒子不是无限可分的，分到一定时候就分不下去了。如果你不承认这一点的话，那绝对黑体辐射的问题就解决不了，发散问题就解决不了。

 

但是只要你承认这个粒子分割到一定程度就不能再分割下去了，有个界限的话，所有的问题迎刃而解，而且和实验事实非常符合。所以1954年维纳写的一本书叫做《人有人的用处》。大家可以看看。

 

一开始维纳的原话就这样讲，说二十世纪新世纪的到来，不只是一个新世纪的开始，而出现了很多新的东西。他说到1954年，说这50年来，我们对于客观世界的看法已经发生了根本性的变化。这是维纳在1954年的这本书里写的。

 

而这种根本性的变化是什么呢？咱们再看看从认识论的角度讲，爱因斯坦和普朗克的发现，正是打破了那种牛顿力学已经解决了所有问题的这种错误的观念，告诉我们在不同的层次上，不管是往上还是往下，它会有不同的规律。

 

并不是说像拉普拉斯讲的，说世界只有一个。大家如果要去看看霍金的书，霍金就明确地讲过这点。所以从二十世纪一开始，1905年爱因斯坦的狭义相对论推出，1900年量子论推出，到1915年广义相对论推出，紧接着以后一段一段的事情，越来越多的事情，就使得我们认识到至少牛顿力学并没有穷尽。

 

物理学的真理在不同层次上，它要有不同的理论。而这个不同理论到今天为止，也还没有完全说是再用一个大的理论把它统一起来。而这种情况，我觉得在自然科学界，咱们就说物理，我想大家对物理谁都不怀疑。

 

我们今天享受的这么多技术都是在物理学基础上建立起来的。我们并没有说物理学不对，但是我们要认识到物理学，它不是说一套理论就能解决所有问题的。它不同层次上有不同的道理、不同的理论。

 

对这点科学家们是不断地在认识。我在这儿只举三个例子，大家来看一下这些物理学家是怎么认识这问题的。先说在30年代，有一位非常有名的英国的物理学家，他曾经讲到过这点。他重复了一加一大于二这个话。他说我们经常以为只要我弄清楚了一，我自然的一加一大于二，二我就清楚了。

 

但是事实上，关键在这中间我们还需要研究加。大家注意这个话不是在哲学杂志上讲的，是在物理学的杂志上讲的。这应该是30年代时候的事。

 

到了70年代，有一位物理学诺贝尔奖的获得者，他研究的什么呢？研究凝聚态物理学。什么叫凝聚态物理学？就是由大量粒子组成的这种现象。比如湍流，比如激光。安德森就在一篇文章里讲到这段话。他说有大量粒子组成的整体的运动规律是不能简单地归结到几个粒子的行为上。

 

所以呢，大家注意这句话，讲得真的就是哲学家讲的话，在复杂性的任何一个层次上，都会有新的规律涌现。对于这些新的规律的研究决不亚于任何基础理论研究。这是1972年大概是安德森讲的话。

 

再举一个最近的例子，还是说霍金。前不久我在网上看见一篇文章，叫做《哥德尔：物理学的终结》。他这里讲了这么几段话，他说我们大多数人都有一个隐含的假设。总觉得会有一种终极理论解释我们周围的整个世界。

 

霍金说我自己从前也这样认为，我以前也这么认为，而且我还曾经说过，看来这样的理论很快就会发现了，再过些年就会发现了。他说，但是最近这个M理论使我对这点产生了怀疑。

 

最后和哥德尔发现的比较，他讲了这么一句话，“哥德尔的发现，让数学家永远有事可做，因为哥德尔证明了任何公理体系都不可能是完全，既是完全的又是无矛盾的”。换句话说数学家永远有事做。

 

他说M理论的出现使得物理学家永远有事可做。所以大家想一想，我刚才举的这三个例子，可都是物理学家，都是大物理学家。他们对世界的看法在转变，包括我们自己在内。大家想一想，我们受教育是不是多多少少地、有意无意地都形成了一个潜在的意识，会有一个终极的理论解释所有的现象？

 

所以霍金最后说，如果你坚持认为有限的几条原理就可以解释世界上一切事物的话，那你就会不可避免地遇见那种物理学的危机，数学的危机了的这种问题。而这种危机我借一句哲学家的话讲，是自己给自己造成的矛盾。

 

所以这样回过头来呢，我们回顾这100多年的自然科学的发现，我们就会看到，过分简化的、绝对化的思维方式是阻碍科学发展的。我们要让科学能不断地往前走。我们必须老老实实承认世界或者说宇宙在质的方面是无限的。

 

所以当我们说，我们想提出一个解决办法叫做摒弃绝对化、重视复杂性，这就是我们科学，甚至整个人类的出路。说到这儿呢，大家可以回过头来看我一开始讲的这句话，复杂性研究作为一个研究方法，作为一种方法论的学科，它是什么呢？是人类对于近代科学的那种绝对化的、过分简单化的思维方式的反思的结果。

 

所以这样一看呢，大家就可以看到了，我们所说的复杂性研究最后可以归纳这么几条。第一，它是一种方法论的学科。它是告诉我们人应该怎么样思考，怎么样防止思想陷入绝对化；第二，我们认为世界的真正的复杂性，更主要的是在质的多样性、质的无限性，而不只是量的无限性。

 

这句话说起来简单，实际上是我们的复杂性研究的一个最基本的思路。所以这样大家可以看到这个反思过程，从上世纪初开始到现在已经100多年了。在这100多年里边，我们先是认识到我们的工程系统是复杂系统，所以才有系统工程。

 

于是在30年代以后，就兴起了以控制论为代表的第一个高潮。这叫系统科学和系统工程。到70年代，人们研究的粒子的范围越来越大，兴起了以普列高津和哈克为代表的以热力学研究方法为特征的第二个复杂性研究的高潮。

 

到了90年代开始，以霍兰为代表的复杂适应系统理论的兴起进入了研究生物、经济、社会这样的第三个高潮。这三个高潮不是我说的，是赫伯特·西蒙说的。大家可以看赫伯特·西蒙的原著。这本书中文翻译名叫《人工科学》。

 

在这本书的第七章里边，西蒙归纳了这三个高潮中间，人们对世界认识的进步，对科学认识的进步。这个归纳是非常高度的一个概括。值得大家仔细去读。我们想说的呢，就是各行各业大家都应该关注这个学科的发展，这个研究方向发展。这个方法、这个方向，给我们思考想问题提供了非常丰富的启发，是非常有意义的。

 

所以呢，今天我就讲的就是复杂性研究这一个学科是怎么来的，即由来。第二讲呢，我会讲讲，这100多年来，到底有了哪些成果啊。有哪些新的理念和思路啊。介绍一些基本的理念。第三讲呢，我再讲一讲怎么样应用这个到各个学科里头去。

 

当然我的重点是要讲怎么应用到社会科学里。