文档介绍：复杂性的刻画与“复杂性科学”
郝柏林
近些年来,关于“复杂性”、“复杂系统”乃至“复杂性科学”的议论在国内外颇为流行。出现了大批讨论“复杂性科学”的专著和文集,召开了许多以“复杂性”为论题的会议。中国的“复杂性热”固然有偏好“新”提法的科学管理人士起了推波助澜的作用,但这也确实反映出科学发展的一种趋势。
自然科学在宇观、宏观和微观三个前沿发展着。探索宇宙演化奥秘和微观世界结构的两个尖端,涉及愈益庞大的投资和设备,往往成为单个国家难以独立支持的项目。美国前几年下马的超级超导对撞机和现仍在巡天的哈勃望远镜是两个实例。当今世界上,有幸直接从事这类研究的科学家数目逐年减少,多数人只能从旁欣赏他们的成果与发现。这两方面的研究结果,有重大的认识论意义,在历史尺度上而不是计日程功地改变着人类的生产方式。与此形成尖锐对比,宏观层次的自然科学,包括广义的物理科学、生命科学、地球与环境科学等等,集中了众多的人力与物力,也同人类的生产和生活更加息息相关。这里的研究对象斑驳陆离、五花八门,有没有共同的理论线索呢?复杂性的刻画看来是一个贯穿了不少领域的课题。然而,这又是一个容易使人望文生义,引发种种伪科学议论的概念。本文试图分析复杂性研究的现状,并陈述笔者的观点。
什么是复杂性
首先,复杂性并不是新问题。在美国国会图书馆1975年至1999年2月15日的入藏书目中,plexity)一词的就有489种。其中涉及算法复杂性、计算复杂性、生物复杂性、生态复杂性、演化复杂性、发育复杂性、语法复杂性,乃至经济复杂性、社会复杂性,凡此种种,不一而足。其实,现代电子计算机之父冯·诺伊曼早就说过,“阐明复杂性和复杂化概念应当是20世纪科学的任务,就像19世纪的熵和能量概念一样。”看来,20世纪的科学没有完成这个任务,要把它传递到新的千年。
普里高津(1977年诺贝尔化学奖获得者)等[1]曾建议,把1811年作为“复杂性科学”的起点。这一年,傅里叶因发现热传导定律而获法国科学院的大奖。诚然,作为最早的普适定律之一,傅里叶的贡献具有重大历史意义;然而,它只是一个线性律,而现代复杂性研究要面对的是非线性现象。在普里高津与人合著的《探索复杂性》一书[2]中,首章首节开宗明义地以“什么是复杂性”为标题,后文又罗列了许多自然界中的复杂现象和复杂过程,然而却没有回答这个问题,只是说“提复杂行为比复杂系统更自然些”。
安德森(1977年诺贝尔物理奖获得者)写过几篇短文[3],介绍以研究复杂性为宗旨的圣菲(Santa Fe,亦有人译作圣达菲)研究所。他把诸如对称破缺、局域化、分形和奇怪吸引子等“各种新性质怎样冒出来”的种种思想贯穿起来,作为复杂性科学的研究对象。安德森指出,复杂性研究不应像一般语义学或一般系统论那样,“早熟和轻率地”企图建立包罗万象的构架;而应当注重特定的、可以检验的机制和概念。
几本90年代初出版的标题类似的通俗读物[4-6],都把复杂性研究作为介于有序和混沌边缘的科学。书中宣传的基本上是圣菲研究所那批人的观点,虽然该所创始人之一、诺贝尔物理奖获得者盖尔曼曾把湍流和混沌列为该所不予研究的“经典”问题。
圣菲研究所地处美国新墨西哥州首府圣菲, 1984年由盖尔曼、安德森,以及阿罗(K. Arrow,1972年诺贝尔经济学奖获得者)等人倡议建立。它是一个专门研究复杂性的机构,只