上篇 复杂性科学的兴起及方法论启示

第一章 探索复杂性运动

第一节 事物的第三种特性

20世纪初，在相对论和量子力学基本完成后，理论物理学的进展步伐缓慢，一些新的学科相继发展起来。在这些新的研究领域中，传统的分析和还原方法，在跨越两个物质层次以上的事物中遇到了不可克服的困难。这些对象一旦被人为的分解、简化、还原，其原有的性质就无法再把握了。科学工作者在许多不同的领域里都被类似的事物难住，诸如：宇宙的起源和演化、生命和思维活动、气象预报、经济和社会管理等。于是，不得不丢弃原来的信念和方法，“憋”出新的方法，同时实现观念革新。相对于传统科学的简单性原则，“复杂性”作为新视野、新领域和新方法的核心概念被明确提出来了。科学自身发展到了以一切领域的复杂性为对象的新阶段。层次、复杂系统、演化等，这些通常由哲学讨论的东西竟然也直接成为新科学的对象和任务了。

我们首先从“复杂性”这个核心概念开始。它是目前被使用的最多的术语之一。

复杂性一词原本用来表示问题纷乱繁杂，无从下手，无法下手，或对问题处于无知的状态及无能为力的尴尬的境地。因此，长久以来，复杂性概念并无实质性的含义。随着复杂性科学的兴起和探索复杂性运动的发展，复杂性谜团逐渐清晰。

来自各个不同学科的研究结果表明，“复杂性”是事物的某一种特性。它是事物内的各组分、成分以及这些组分、成分的变化所形成的事物的整体特性，20世纪60年代之前，我们对它的来龙去脉和性质知之甚少。这种特性是：

非机械的，即不是从组分、成分依据函数关系（如同力学）决定的；同时又是非统计的，即不是从组分、成分依据概率关系（如同热学）统计决定的。

例如：

力学、电学——依据函数关系决定；

热学——依据概率关系决定；

量子力学——依据函数关系和概率关系决定。

但是，上述这三种“决定”均与复杂性无缘。

所以，事物的“复杂性”其实就是它的“非机械决定性”和“非统计性”，是机械性和统计性以外的一种特性。它是事物的众多的特性之一。20世纪后从不同的学科研究中发现了这种性质。“复杂性”——以传统的认识方式难以搞清的性质。

回顾科学的历程，我们获知：科学探索经历了三个阶段，事物显露出了三种特性。

首先，是对机械决定的世界的探索：一切事物均由必然的因果链条锁住。必然现象通常由确定性的数学模型刻画。拉普拉斯曾宣称：只要有足够的数学计算工具和能力，就可以准确地知道过去及未来所发生的事。一切事物的运动变化都有可预知的轨道。

然后，是对统计决定的世界的探索：单个事物的性质不确定，但由许多单个事物组成的整体的性质可由概率统计决定。或然现象通常由随机性数学模型刻画。

最后，是近半个多世纪以来，科学探索进入了“既非机械决定又非统计决定”的世界。在这个世界里一切似乎都是，突现的、不确定的、非周期的、混沌的、编码的。这是一个既熟悉又陌生、欲知又无奈的世界，对它的探索，需要新的数学工具。依据人们认识的先后次序，我们把复杂性称为事物的第三特性。

为什么说复杂性的世界是我们既熟悉又陌生、欲知又无奈的世界呢？且看下面这些问题：

天气预报、地震预报；

三体问题；

股市、金融危机；

社会文明方式的兴衰；

宇宙起源、万物创生；

生命起源、物种多样性的产生、灭绝和进化；

细胞繁殖；

大脑神经运动的机制和意识的产生；

医学上不明原因的病变。

我们还可以列举出更多类似的问题，这样的问题似乎到处可见，我们熟悉它们，知道它们的存在，但是，我们解决不了它们。如果我们去责难那些在这些领域对社会负有一定责任的科学家或研究者（如地震专家）的无能，很可能是错怪他们了。除非他们之中有的人坚持要用传统的机械决定和统计决定的方法去解决这些难题。