2022年04月02日 聽報道

從鳥群聚集、螢火蟲同步、螞蟻群落到宇宙起源、生命演化，我們生活在一個湧現的世界中。聖塔菲研究所聯合創始人 David Pines 在2014年曾撰文指出，複雜科學研究的夢想是創造一個統一的複雜科學理論，使得複雜性可以被定義和量化，而湧現研究將是實現這一夢想的統一範式。他回顧了聖塔菲研究所關於湧現研究所作的貢獻，並呼籲為研究和推廣湧現承擔更多責任。

撰文 | David Pines；翻譯 | 郭瑞東；審校 | 劉志航、梁金；

當電子、原子、個人或社會與彼此或與所在環境發生相互作用時，整體的集體行為不同於其部分行為，我們將這種結果稱為湧現。因此，湧現指的是複雜適應系統中的集體現象或行為，這種現象或行為不存在於它們的單個部分。

湧現的例子在我們周圍隨處可見，從鳥群聚集、螢火蟲同步、螞蟻群落、魚群聚集到個體自組織在城市中形成社區。所有這些現象都沒有領導者或中央控制。湧現現象還包括宇宙大爆炸、星系和恆星及行星的形成、地球生命從起源到現在的演變、蛋白質摺疊、細胞的構成、液體中原子的結晶、某些金屬中電子的超導性、全球氣候變化以及嬰兒意識的發展等。

事實上，我們生活在一個湧現的宇宙中。在這個宇宙中，鑒別現存的非湧現產生的有趣科學問題或者社會經濟現象，即使不是不可能，也是困難的。

圖1. 物質和能量的複雜相互作用產生了我們宇宙的湧現特性，包括恆星的形成，例如這個帶有中子星的宇宙星云。| 圖片來源：Dreamstime.com

1. 從湧現到複雜再到湧現

聖塔菲研究所在其1984年創始研討會“科學中湧現的綜合”（Emerging Syntheses in Science）上開始探索科學和社會中的湧現行為。在此期間，每位演講者都會處理湧現行為的一個方面，同時尋找導致這種行為的組織原理[1]。在聖塔菲研究所的早期，成員們經常致力於定義和理解這些系統的複雜性，而不是聚焦於這些系統所展示的可以組織湧現行為的原理。事實上，一些聖塔菲研究所成員夢想着創造一種統一的複雜科學理論，使得複雜性可以被定義和量化，從而以某種宏大的層次化方式對複雜系統進行分類。

1993年，聖塔菲研究所舉辦了一次大型研討會，以界定複雜適應系統和評估其最初探索複雜科學的狀況。正如由此產生的論文合集《複雜性：隱喻、模型和現實》（Complexity: Metaphors, Models, and Reality）所暗示的，提出複雜性統一理論的夢想被拋棄了[2]。

事實證明，我們可能已經注意到了我們的朋友、偉大的數學家 Stanislaw Ulam，在他1984年去世之前，也就是在聖塔菲研究所剛剛成立時說的話。他已經摒棄了複雜科學的前身，非線性科學，稱其為“非大象的研究”——他的意思是非線性不是一個有用的描述，因為一切都是非線性的（也是複雜的）。在研討會結束時，與會者一致認為，雖然複雜性很難定義，而且或許沒有統一的複雜科學，但他們還達成共識，做如下的努力是有用的：設計各種各樣的系統模型，並探索一個描述複雜行為的模型背後的想法在多大程度上適用於理解另一個系統。