1.2　复杂性科学

1.2.1　什么是复杂性

人类面临着政治、经济、社会、环境等各种各样复杂性问题的挑战时，纵观物理学、化学、生物学、医学、政治学、社会学、计算机科学等领域，研究者们都会思索这样一个问题：是否存在一个普遍理论能够帮助我们理解种类繁多的复杂现象？著名科学家钱学森在20世纪80年代曾经提出：“凡是在不能用还原论方法处理的，或不宜用还原论方法处理的问题，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题”。复杂性（complexity）科学是一门极度概括的综合性学科，是近十几年发展起来的新兴交叉学科，在近年的国际学术研究中，被称为“21世纪的科学”^［7～10］。复杂性科学专门用于研究复杂现象和复杂系统，以寻找一般性规律。

一般而言，复杂性包括两个方面的内容：发展演化意义上的复杂性和存在意义上的复杂性。在演化意义上，复杂性是指当一个开放系统远离平衡态时，不可逆过程的非线性动力学机制所演化出的多样化“自组织”现象和混沌状态。既然远离平衡条件下的非线性动力学机制是导致事物复杂性的根本原因，认识复杂性的基本方法是阐明复杂性系统的动力学机制。存在意义上的复杂性是指事物具有层次结构，其中就包括时间尺度上、空间尺度上、功能上、组织形式上和相互作用上的层次结构。

复杂性科学的相关研究早在第一次世界大战开始就出现了，到20世纪80年代，国外的一些学术团体如圣菲研究所和乔治·梅森大学开始了复杂性的研究，并提倡新的思维方法，“复杂性科学”这门新的学科随之而发展。目前，关于“复杂性科学”的专著和文集也开始慢慢涌现，“复杂系统”“复杂性科学”等名词也逐渐流行起来，这反映出科学发展的一种趋势。近年来，随着复杂系统和复杂性的研究已上升到了一个新的台阶，许多不同领域的科学家开始广泛关注这门学科。关于复杂性问题，早在19世纪70年代在美国国会图书馆的入藏书目中，标题中就含有复杂性一词，其中包括：生物复杂性、生态复杂性、演化复杂性等。关于复杂性的研究已经囊括了各个领域，然而，什么是复杂性？关于复杂系统的定义也是各种各样，至今仍然没有一个精确的定义，其中有代表性的有：①复杂系统是动态非线性系统；②复杂系统是包含反馈环的系统；③复杂系统是包含多个行为主体具有层次结构的系统；④复杂系统是混沌系统；⑤复杂系统是任何人不能用传统理论和方法解释其行为的系统；⑥复杂系统是具有自适应能力的演化系统。

复杂性科学主要包括：分形学、混沌学、耗散结构理论、超循环理论、突变论、协同论等内容。复杂性科学认为，世界从本质上讲是复杂的、非线性的、开放的系统，是事物的一种普遍的存在方式。普利高津指出，复杂性存在于一切层次，不同层次的复杂性既有差别，又有统一性，物理层次已经具备“最低限度的复杂性”，远离平衡态、非线性、不可逆过程是产生复杂性的根源。复杂性是一个开放的复杂系统，由于组分的数量和种类多，层级结构多，不确定因素多，导致系统在演化过程中和环境交互作用，呈现出复杂的动态行为特性和突现的整体特性。

目前，这一新兴学科吸引了来自不同领域的杰出科学家对其理论框架和研究方法的探索，并形成了各种各样的复杂系统的新概念和新理论。