複雜

by M. Mitchell Waldrop

這是一門跨越物理、數學、醫學、生物、生態、經濟學的整合性新科學；由經濟學家柯文創辦的「聖塔菲研究院」，集合了各路英雄，從諾貝爾物理大師、反叛傳統的經濟學家到電腦奇才……，作者生動地寫下他們過人的熱情、超凡的才智、敏銳的思維，讓讀者清楚看見一門嶄新、整合性的新思潮正帶領人類走向無限奧妙的新世界。
作者簡介　沃德羅普 　美國威斯康辛基本粒子物理博士，曾擔任《科學》雜誌編輯撰述十年，現為該雜誌特約撰述。另著有《人造的心靈》，是一本關於人工智慧的書。目前與妻子艾美住在華盛頓特區。

510 pages, Paperback

Published November 30, 1994

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整體大於部分之和
聖塔菲研究院創辦人柯文說，他們正在開創“二十一世紀的新科學”。這門科學便叫做“複雜科學”。在序言裡，周成功說：“在物理世界中有三類不同的系統存在，第一種……像是穩定狀態或周期循環的的系統。這是許多古典物理研究的對象，牛頓的天體力學就是個例子。第二種是許多分子完全雜亂的集合，例如氣體分子這樣的系統。這類系統吸引了其餘的古典物理學者。第三類系統則是徘徊於秩序與混沌之間，有結構但難以預期，它流動著無窮的花式。生態系、經濟、政治，甚而心理，也都呈現著這類系統的特色。如何去捕捉這些遊走於混沌邊緣的系統所表現出來的‘生命圖像’，正是複雜科學要面對的挑戰。”
複雜科學要問的是：為什麼世間會有秩序？為什麼整體會與部分不同？熱力學第二定律告訴我們，系統總是由有序邁向無序，邁向死寂。如枯木會腐爛，熱水會冷卻，鐵會生鏽等。但各種不同層次的有序結構畢竟自混沌中組織起來了：銀河系、細菌、動植物、人類之腦，甚至環環相扣的生態系等。這其中的神秘是：“遵循簡單定律的簡單粒子，有時卻會出現最令人震驚、無法預測的行為！為什麼簡單的粒子會自行組織成像星星、銀河、雪花和颶風這樣的複雜結構？好像它們對組織和秩序自有一種隱藏的熱望？”。
但奧妙不止如此，正如本書副標題：The Emerging Science at the Edge of Order and Chaos所示，複雜科學不僅誕生於“混沌”和“秩序”邊緣，而且它具有“突現”的性質。每個複雜體系意味著組成份子眾多又相互耦合、互動，使結果變得難料。研究貝多芬的身體或腦的物理狀態，就能寫出他所有的交響曲嗎？為什麼在徹底明瞭了水的分子結構後，我們仍然很難想像，千百兆個水分子聚在一起的時候，那種陰濕流動的感覺呢？這當中值得玩味的是，“許多小的組成分子彼此相互作用後，會讓整體‘突現’出一個新的、獨特的性質。”宇宙、生命、智慧的創生概是如此。法默說：“如果你讓‘適應性複雜系統’向前邁進，它們就會自然地由混沌、無組織、未分化的獨立狀態，發展成具有組織、高度分化並相依賴的狀態。只要讓系統向前，有組織的結構就會自發地突現。”以往我們用來描繪這個歷程的詞彙叫“演化”。
演化和學習相似，它們都試圖贏得繼續往下發展所需要的一切。演化的報酬是生存，學習的報酬則是愉悅或情緒的滿足。報酬為“作用體”(有機體或心智)提供了適當的回饋，讓它們能改進自我表現。如果作用體想要具備適應能力，就必須提高能得到好報酬策略的比例，而降低無效策略的比例。這是一個“軍備競賽”的演化，作用體依競爭原則不斷“進化”，複雜化、多層化。“所以，所有的作用體一開始的時候都魯鈍不堪，會隨意而盲目的亂作決定。但是當它們開始彼此互動之後，會變得愈來愈聰明”。
基本上，本書不是理論解說的書，而是記述聖塔菲研究院的成立，以及其中成員如何在各自領域中獲致正回饋、自組織、自我催化等複雜科學概念的發展故事。說實在的，我並不喜歡“突現”或“自組織”這種概念，因為它是模糊而神秘性的語彙。法默就說：“人們再三討論如何定義‘複雜’和‘突現計算的傾向’，但是如果不能以數學術語作清楚的定義，單單用這些字眼，只能在你的腦中激起模糊的影像。”“我們還無法以清晰量化的形式來說明自我組織的核心概念。我們需要像氫原子這樣的東西，讓我們能夠把它分解開來，清楚描述它發生作用的關鍵是什麼。”當然，勇敢探索科學前沿是令人佩服的。但正如柯文說的，現在問題在於：突現的法則是什麼？而當突現的法則釐清後，突現就有跡可循，它就再也不是突現了。這才是真正的科學吧！