前言

现在是2050年，你正在观看综艺节目《谁想成为亿万富翁？》。再答对一个问题，选手就可以获得头奖。问题来了：“21世纪初，科学家开始创建一种理论，以解决全球性的交通拥堵、金融市场崩溃、恐怖袭击、病毒流行和癌症问题。这个理论是什么？”参赛者简直不敢相信自己的好运。多简单的问题啊！但他太紧张了，脑子里顿时一片空白。他开始考虑选项A：“它们都是尚未解决的问题”，但很快意识到这是一个愚蠢的答案。他开启了自己的终极求助，向观众提问。观众立即异口同声地喊出选项B：“复杂性理论”。他毫不犹豫地选择了B选项。节目主持人递给他一张支票，世界上又诞生了一位亿万富翁。

这纯属白日梦？或许不是。

本书将带我们踏上了解复杂性本质的探索之旅。复杂性是一门新兴科学，它将激发所有学科——从医学、生物学到经济学和社会学的新一轮发展浪潮。复杂性科学为我们带来解决一系列重要问题的希望，这些问题关乎个体，也关乎整个社会。因此，它将渗透到我们生活的方方面面。

然而，现在我们面临着一个问题：人们尚未建立一套成熟的复杂性“理论”。为此，我将在本书中搭建一个通用框架，汇集该理论所有可能的要素，然后在这个框架内分析它在现实世界的各种应用。最终的整合需要后起之辈来完成——也许此人正是本书的某位年轻读者。

复杂性科学极有可能是一把双刃剑。它是真正的“大科学”，因为它包含学术界一些最棘手、最基本、最具挑战性的未解之谜。然而，它也涵盖我们每天面对的重要的现实问题，从个人生活和身心健康，到全球安全。做比萨饼很烦琐，但并不复杂。填写纳税申报单，或修补自行车车胎也是一样。只要按照说明一步一步地做，总能完成，不会遇到什么大麻烦。但想象一下，试着同时做这三件事会怎样。此外，假设你在一项任务中遵循的步骤取决于另外两项的进展情况，又会怎样？有难度吗？你看到的正是复杂性的例子。记住这个场景，现在将这三个相互关联的任务换成三个相互关联的人，这三个人都按照自己的直觉和策略对另外两人的行为做出反应。替换后的场景让我们看到，复杂性是如何从日常生活中涌现出来的。

写这本书时，我的头脑里有一份有关写作目标的“愿望清单”：

1. 本书面向广大热爱阅读、享受阅读的读者，不受年龄、背景或科学知识水平的限制。

2. 向读者介绍一些激动人心的现实场景，在这些场景中，复杂性科学可以证明自身的价值。

3. 为读者提供一本“从未拥有，一直想读”的关于复杂性的书。换句话说，为这场重要的科学革命献上一本易读且全面的指南。

4. 写一本孩子可以阅读的书——更确切地说，完全由他们自主选择阅读的书。这个目标非常重要，因为复杂性很可能成为后代感兴趣的科学。

5. 写一本人们在飞机上或者公共汽车上也能轻松阅读的书，就像在图书馆里阅读一样。因此，即使是简短的内容也应该有意义。

6. 为内行的科学家、经济学家和决策者提供看待其专业领域中开放问题的新视角，激发新的基于复杂性的跨学科研究项目。

然而，当我写完这本书，将它呈现给潜在读者时，我意识到上述愿望清单大致可简化为一个：我希望你在阅读中获得快乐，它可能会为你提供新想法和新见解，以应对我们身处的复杂世界，以及子孙后代将要继承的复杂世界。

我想简要介绍一下本书的内容和布局。本书的重点是解释何为复杂性科学，以及它为何对每个人都至关重要。书中的语言、例子和类比力求简洁。为此，在正文中我不会过多地着墨于细节。作为本书讨论基础的学术论文被我放在了附录里，附录里还有一份全球复杂性研究网站清单。话虽如此，但只要是我认为相关的话题，我都会知无不言，言无不尽。本书的第1部分介绍了复杂性的理论基础，第2部分深入探讨了复杂性在现实世界中的应用。有些新兴领域的问题基本上没有答案。纵观历史上的其他科学革命，这种现象似乎不足为奇。然而，本书并非在探讨历史——恰恰相反，我们研究的是一门新学科的前沿领域。因而，我们将聚焦于它的发展方向，而不是历史沿革。

但是你凭什么要相信我笔下的复杂性？这个问题很重要。毕竟，复杂性科学仍处于发展中，其潜在应用也在探索之中。遗憾的是，大众媒体关于复杂性的描述都是二手的，也就是说，过往的作者对复杂性的研究非常有限（如果有的话），他们的写作内容主要是对他人作品的解读。复杂性研究仍处于相对不成熟的阶段，我认为这种间接解释具有潜在的危害。出于这个原因，我将以自己的研究团队在复杂性方面的经验为基础编写此书。这样做有很多优势：（1）它反映了我对复杂性领域的理解；（2）讨论的是我认为最相关、最重要的话题；（3）有望让读者体验到在这个具有挑战性的研究领域中发现宝藏的感受；（4）确保所有读者都可以直接质疑我提出的任何观点，并有权要求得到有价值的回复。为方便公众审查，附录的后半部分提供了相关科研报告的完整清单。欢迎读者通过电子邮件向我提问。邮箱地址：n.johnson@physics.ox.ac.uk。

最后，我要向以下几位才华横溢的科学家表示最真挚的感谢。我很荣幸，能够与他们一起探讨复杂性问题。他们是许伯铭、路易斯·基罗加、费尼·罗德里格斯、迈克·斯帕加特、豪尔赫·雷斯特雷波、埃尔维拉·玛丽亚·雷斯特雷波、罗伯托·扎拉玛、德里克·阿伯特、邱凡·李、蒂姆·贾勒特、亚历山大·奥拉亚·卡斯特罗、戴维·史密斯、肖恩·古利、塞约·查理·蔡、道格·阿什顿、马克·麦克唐纳、奥马尔·苏莱曼、纳基·古普塔、尼克·琼斯、本·伯内特、亚历克斯·迪克森、汤姆·考克斯、胡安·帕布洛·卡尔德隆、胡安·卡米洛·博霍克斯、丹·雷斯坦、马克·朗多、保罗·萨默斯、斯泰西·威廉姆斯、丹·芬、理查德·伊卡伯、阿德里安·弗利特尼、马克·弗里克、菲利普·麦尼、山姆·豪森、蒂姆·哈尔平-希利、戴维·沃尔伯特和卡根·图默。特别感谢菲利克斯·里德-佐查斯和珍妮特·埃夫斯塔蒂奥，他们也是我在牛津大学跨部门复杂系统研究小组的联合负责人。上面提到的许多科学家在本书的研究探讨中发挥了重要作用——我已在适当的地方明确指出他们的贡献。非常感谢寰宇出版公司的玛莎·菲利恩，她对本书的写作提出了建设性意见。感谢我的父母，他们温柔地鼓励我一路向前，完成终稿。

我要向埃尔维拉·玛丽亚、丹妮拉、尼古拉斯和迪伦表示最深切的谢意。感谢你们在我写作本书时，忍受了一个非常复杂的丈夫或父亲，也感谢你们为此推迟了去年的圣诞节假期。

英国牛津
2007年