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这是一本关于复杂性科学的书——这门学科还如此之新

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　　如果没有别的例子可以说明的话，那么，考温参加的白宫科学顾问委员的会议让考温生动地回忆起为什么1949年那些研究人员们会如此渴望逃回到自己的实验室里去。他和他的同僚们正襟危坐于会议室：一群威严的科学家围坐在华盛顿新行政办公大楼的会议桌前，由总统科学顾问乔治（杰伊）·凯华兹［George（Jay）Keyworth II」提出一系列的问题，征求各位的评述。乔治是前一年被提升到总统科学顾问这个位置上的。在这之前，他是罗沙拉莫斯的年轻的部门主持人，在考温手下工作。考温不得不对自己承认，他对所提出的问题无从评述。
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　　考温说：“那时对艾滋病的议论还不多，但大家已经感觉到一种突然而至的警觉。艾滋病是每次会议的一个议题。便坦白地说，对如何面对这个问题我感到非常困惑。”艾滋病是关于公众健康的问题？还是一个关于道德的问题？它究竟是个什么性质的问题？当时对此的解释还不是很明确。
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　　“另一个议题是关于有人操纵的太空飞行与无人操纵的太空探险的争论。他们听说议会不打算投票通过无人操纵太空探险的方案。但我不知道这是否是真的。这与其说是个科学问题，还不如说更是个政治问题。”
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　　然后就是里根总统的“星球大战”战略防务提案。这是一个用基于太空的盾，来保护美国免受大规模核导弹袭击的设想。但这在技术上可行吗？实施起来会不会导致美国经济走向崩溃呢？即使星球大战计划能够被实施，但这样做明智吗？这样做难道不会动摇权力均衡的现状，而导致世界进入新的一轮毁灭性的军备竞赛？
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　　还有核电的问题，又该如何解释呢？在核反应堆熔化的危险和处理核垃圾的困难，与确凿无疑是由燃烧化石燃料而造成的温室效应之间，你又该如何平衡呢？
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　　诸如此类的问题没完没了。考温发现这段时间的经历令人非常沮丧。他说：“这些在科学、政策、经济、环境，甚至宗教和道德方面有着相互关联的问题，给了我们很具挑战意味的教训。”然而他发现自己无能提出具有参考价值的建议来。美国科学顾问委员会的其他学者型顾问好像也提不出太好的意见来。他们又怎么能提得出来呢？这些问题只有具有很广泛知识的专家才能回答。而他们中间的大多数人，作为科学家和行政官员，都是以毕生精力成为某一个方面的专家的人。科学工作需要合作，这是科学的文化，这一文化要求他们成为某一个方面的专家。
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　　考温说：“通往诺贝尔奖的辉煌殿堂通常是由还原论的思维取道的。”也就是把世界分解得尽可能小、尽可能简单。你为一系列或多或少理想化了的问题寻找解题的方案，但却因此背离了真实世界，把问题限制到你能发现解决办法的地步。“这就造成了科学上越来越多的碎裂片。而真实的世界却要求我们——虽然我讨厌这个词——用更加整体的眼光去看问题。任何事情都会影响到其它事情，你必须了解事情的整个关联网。”
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　　更令他沮丧的是，他感觉到，到了年轻一代科学家那里，事情变得越发糟糕了。就往来于罗沙拉莫斯的年轻科学家来说，他们既聪明绝顶又生机勃勃，但他们在延续科学的文化，这种文化一直在强行把科学智慧分割成越来越多的互不相干的碎片。
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　　从科研机构来看（与政治正好相对立），大学保守得令人无法相信。年轻的博士们不敢打破传统。他们不得不把他们最好的时光耗费在拼命追求在系里谋到一个终身教职。这意味着，他们最好从事那些会得到终身教授委员会认可的研究。否则，他们将会听到这样的话：“你与生化系的学者们干得很努力，但你怎么表明你是物理学这儿的学术带头人呢？”而年岁大一些的研究人员不得不一睁开眼睛就拼命去争取研究经费。这意味着，他们不得不把自己的研究计划归整到让基金会可以认同的范畴。否则，他们就会听到这样的话：“乔，你的主意非常好，但糟糕的是，你的研究计划不属于我们这个部门管。”每个人都必须争取使自己的论文被权威的学术刊物接受和发表，而这些权威的学术刊物几乎只登载属于被认可的领域的论文。
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　　考温说，就这样几年折腾下来，强制性的狭隘视野变成了一种不再被人们所意识的本能。他的经验告诉他，罗沙拉莫斯的研究人员越是沉湎于学术世界，就越是难以让他们参与团队工作。“我已经与这种状况抗争了三十年了。”他叹道。
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　　然而，当他开始认真思考这个问题时，他感到，最令人沮丧的是这种碎裂的过程对科学整体的侵害。传统学科已经顽固和相互孤立得好像要自己窒息自己。你视野所及，到处都有太多的科学良机，但太多的科学工作者似乎对这些漠然无视。
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　　考温想，如果需要例子的话，只需要看看现在正敞开着的机会——晤，他现在还真无法给这件事想出一个好的名称来。但如果他在罗沙拉莫斯的所见所闻有任何启示的话，那么，有某件大事正在酝酿之中。在过去的十年中，他越来越感到，传统的还原论的思维已经走进了死胡同，甚至就连一些核心物理学家也开始对忽视现实世界复杂性的数学式的抽象感到厌烦。他们好像正在有意无意地探索某种新的方法。在这个过程中，他们正在以他们过去这些年，甚至这几个世纪都从未有过的方式跨越传统的界线。
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　　但具有讽刺意味的是，他们的灵感似乎是来自于分子生物学。这是大多数人都不会认为一个武器实验室会感兴趣的领域。但考温说，物理学家从一开始就深深地卷入了分子生物学。分子生物学领域中的许多开拓者其实刚开始都是物理学家。他们转入分子生物学的一个很大的驱动力来自于一本薄薄的书，这本书的名字叫《生命是什么？》（What Is Life）。该书出版于1944年，在这本集子中，奥地利物理学家、量子力学的发明人之一欧文·薛定谔（ErwinSchrodinger）对生命的物理和化学基础提出了一系列富有挑战意味的思索。（薛定谔逃出希特勒的魔掌以后，二次大战期间一直安全地隐藏在都柏林。）深受这本书的影响的人之一是弗朗克斯·克拉克（Francis Crick）。他在1953年与詹姆斯·华生（James Watson）一起，利用从X光结晶中提取出来的数据推演出DNA分子结构。X光结晶是早在几十年前物理学家发展出来的一种亚微观的想象技术。事实上，克拉克起初是学实验物理学出身的。五十年代初，匈牙利理论物理学家、宇宙起源大爆炸理论的最初提出者之一乔治·加莫（George Gamow）也开始被基因密码结构所深深吸引了，他鼓动了更多的物理学家投入了这个领域的研究。考温说：“我听到的第一堂关于生物化学的真正有见解的课就是加莫上的。”
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　　他说，从此分子生物学一直深深吸引着他。特别是七十年代初，DNA重组技术的发现使生物学几乎能够一个分子一个分子地分析和操纵生命的形式。所以1978年当考温成为实验室研究中心主持人以后，他就立即开始支持在生化领域的一个重要研究计划。这项计划在形式上是研究放射线对细胞的伤害，但其实是使罗沙拉莫斯的物理学家在更广阔的范围内介入分子生物学的研究。他回忆说，那是一个极好的机会。在七十年代，罗沙拉莫斯在哈罗德·阿基纽（Harold Agnew）的主持下扩大了一倍，而且向更多的非传统的和应用领域开放。考温对分子生物学的强调正好适宜于当时的情况。结果，他支持的那个项目对那儿的人们的思想，特别是对他的思想产生了极为重大的影响。
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　　考温说：“从定义上我们差不多可以这样说，物理科学是一门以概念的优雅和分析的简单为特点的学科。所以你就会以此为优点而看不到其它方面。”确实，物理学家对社会学和心理学这些致力于探索真实世界的复杂性的“软科学”的轻蔑是众所周知的。但分子生物学出现了，它是对复杂到不可思议的活系统的描述。这些有生命的系统受着深层规律的支配。考温说：“一旦你和生物学交上了手，你就放弃了优雅，放弃了简单，你被搅得乱七八糟。但从这开始，渗入经济学和社会问题就变得容易得多了。一旦你已经沉入了一半，你也许就此开始游泳。”
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　　与此同时，科学家也开始越来越多地对复杂系统进行思考，因为他们现在已经能够做这种思考了。当你用笔和纸来解答数学方程式时，你能够对付多少变量，同时又不至于陷进去出不来？三个？或四个？但当你具有了足够的计算机能力，你可以爱对付多少变量就对付多少变量。到八十年代初，计算机已经非常普及了。个人电脑大量出现，科学家们纷纷安装上了台式高效绘图工作站，大企业的实验室和国家实验室如雨后春笋般地冒了出来。突然间，含有无数变量的无数个方程式看起来没有那么繁杂了。比如，从救火皮带般长的数据中提取信息不显得那么不可能了，数行数行的数字和几英里长的数据带可以被转化成以颜色来表示的农作物收成图、或埋在数英里深的石头下的蕴藏石油的底层带。“计算机是非常好的记帐机器。”考温用很轻描淡写的低调说。
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　　但计算机能做的远远不止记帐。也许经过编程以后，计算机可以变成完全独立的世界。科学家们可以在计算机上做各种方式的探索，从而大大开阔他们对真实世界的理解。事实上，到了八十年代，计算机的模拟功能就已经变得非常强大了，有些人甚至已经开始谈论计算机是介于理论与实验之间的“第三种形式的科学”。比如，计算机模拟的雷暴雨可以像是一种理论，因为除了描述闪电、风声和水蒸汽声的方程式以外，计算机里不存在任何别的东西。但这种模拟同时也像是一种实验，因为这些方程式太复杂了，根本不可能靠人力来解，所以科学家们在自己的计算机上观察模拟雷暴雨时，可以看见他们的方程式以他们也许根本不可能预测到的方式展开。有时，甚至最简单的方程式也能产生令人吃惊的行为效果。雷暴雨的数学实际上描述了一阵阵空气如何相互推挤、每一滴水蒸汽如何凝结、又如何蒸发，以及其他类似的小规模发生的事。这里没有清晰明确的论述，诸如“一柱上升的气流和雨水冻结成冰雹”，或“一股寒冷而潮湿的下降气流突然穿透了云层底部，降落到地面。”但当计算机用几英里长的空间和数小时的时间整合了这些方程式，便产生了计算机所想得到的效果。更有甚者，正是这一事实使科学家能够用他们的计算机模式来进行实验，而这种实验在真实世界里是无法进行的。究竟是什么导致气流上升或下降？当气温和湿度改变时，它们又会发生什么样的变化？什么是真正影响雷暴雨的动力的因素？什么不是？在另外的雷暴雨中，相同的因素会同样重要吗？
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　　考温说，到了八十年代初，这种数据化的实验已经变得非常普遍了。从新机型的飞行效果测试、汹涌流入黑洞的星际气流、到大爆炸后银河系的形成——至少在物理科学家中，计算机模拟的整个概念已经完全被接受了。“所以你可以开始琢磨对付非常复杂的系统的事儿了。”
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　　但是，复杂的魅力比这还要来得深刻。部分是因为复杂系统可以被计算机模拟，部分是因为新的数学认识。到八十年代初，科学家开始认识到，许多混乱而复杂的系统可以被一种强大的理论描述成“非线性动力学”（nonlineardynamics）。在这个过程中，科学家们被迫面对一个令他们窘困的事实：整体真的可以大于部分相加的总和。
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　　对现在的大多数人来说，这一事实已是显而易见了，但对当时的物理学家们来说却是非常令他们窘困的，因为物理学家们花费了三百年时间来热爱线性系统。在这个系统中，整体正好等于所有部分的相加。公平地说，他们有很多理由这么认为。如果在一个系统中，整体正好等于所有部分的相加，则每一个部分都可以自由地做自己的事，而不用去管别处发生了什么。这样相对比较容易做数学分析。（“线性”这个词指的是，如果你把方程式在图表纸上画出来，绘制出来的会是一条直线。）另外，大自然中的许多事情都是线性运作的。声音是一个线性系统，这就是为什么双簧管和弦乐器合奏，你却可以将它们单独地分辨出来。因为音波相互混合，但仍然能保持各自的特点。光线也是一个线性系统，这就是为什么你在大太阳天也可以看到马路对面通行／禁止通行的指示灯，因为从指示灯射出来的光线进入你的眼帘不会被从高处照射下来的阳光粉碎于地面。各种光线独立运作、相互穿越，仿佛什么也不存在似的。在某些方面，甚至连经济也是一个线性系统，比方小经济单位可以独立运作。又比如，某人在街头杂货店买了一张报纸，这对你去超级市场买一管牙膏的决定不会有什么影响。
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　　然而，大自然中的许多事情确实不是线性的，这包括使这个世界充满趣味的大多数事情。我们的大脑肯定不是线性的系统：虽然双簧管的声音和弦乐的声音独立地进入你的耳朵，但这两种乐器的和声在你情感上产生的影响却远远大于这两种乐器的单独作用。（这就是为什么我们有交响乐团的原因。）经济也并非真是线性系统。数百万的个人做出的买或不买的决定可以相互影响，从而导致经济繁荣或萧条。而经济气候反过来又会影响到导致这种气候的购买力。确实，除了非常简单的物理系统外，世界上几乎所有的事情、所有的人都被裹罩在一张充满刺激、限制和相互关系的巨大的非线性大网之中。一个地方小小的变化会导致其它所有地方的震荡，就像T．S.艾略特所说的那样，我们无法不扰乱宇宙。整体几乎永远是远远大于部分的总和。用数学来表示这个特征——假如这样的系统可以用数学来表示的话——则这就是个非线性的方程式：画出来的图线是弯曲的。
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　　非线性方程式为人工所难以解开是出了名的。这就是为什么科学家们这么久以来一直在回避这个问题的原因。但这恰恰是计算机能够介入之处。在五十年代和六十年代，科学家们一开始玩上计算机就意识到，计算机不是很介意线性与非线性相对的问题。计算机只管努力运算，给出答案。当科学家利用计算机的这一优势，用计算机功能来解越来越多的非线性方程式时，他们发现了他们在对付线性系统时从未想象到的奇怪而绝妙的情形。比如，在量子场理论中，通过一条浅狭沟渠的水波会对某种微妙的动力产生深刻的关联：它们都是一种叫做“孤粒子”的孤立而独立动作的能量脉冲。木星上的大红斑（The Great Red Spoton Jupiter）也许是另一个这样的孤粒子。它是一个比地球还要大的旋转飓风，已经独立存在了至少四百年。
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　　物理学家伊尔亚·普里戈金声大张旗鼓地宣扬的自组系统也是被非线性动力支配的系统。确实，致使一锅汤沸腾的自组运动的动力被证实与其它非线性形态非常相似，比如像斑马身上的斑条，或蝴蝶翅膀上的斑点。但最令人吃惊的是被称为混沌的非线性现象。在人类的日常活动中，没有人会因为听说这儿发生的一件小事会对那儿发生巨大影响而吃惊。但是，当物理学家开始在他们的学科领域对非线性系统给予高度重视时，他们才开始认识到，支配非线性系统的规律有多么深奥。产生风流和潮气的方程式看上去极其简单。比如，研究人员现在才认识到，德克萨斯州一只蝴蝶翅膀的扇动，一个星期以后会影响到海地的一场雷暴雨的走向。或者，蝴蝶翅膀扇动朝左一毫米也许会整个改变雷暴雨的方向。这一个又一个的例子都表明了一个相同的意思：即一切都是相互关联的，这样的关联敏感到令人不可思议的地步。微小的不可测性不会总是很微小。在适当的条件下，最小的不确定性可以发展到令整个系统的前景完全不可预测——或用另一个词来形容：混沌。
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