David Pines·湧現:21世紀科學的統一主題 2

在實現這一目標的過程中,我們支持將湧現作為聖塔菲研究所追求科學之路上的共同主題,但卻沒有使用湧現的語言。用莫里哀《貴人迷》中的話來形容: “天哪!四十多年來我一直在不知不覺中說著散文。”我們在這些年研究複雜適應系統中的湧現行為,但卻沒有明確說明這樣做。

圖2. 鳥類的集群行為,即鳥類在飛行過程中的集體運動,是鳥類個體在沒有協調和領導時,遵循簡單規則湧現出的行為。

但是我們的詞彙在幾年之內開始發生變化。在也許是第一本面向大眾的關注湧現行為的書籍《湧現:從混沌到有序》(Emergence: From Chaos to Order)中,聖塔菲研究所的早期知識領袖之一約翰·霍蘭德(John Holland)寫到:一些系統(比如遊戲、簡單的分子等等)中促成湧現行為出現的是一組相對簡單的規則。

在之後出版的 《萬物湧現:世界是如何變得複雜的》(The Emergence of Everything: How the World Became Complex)中,另一個聖塔菲研究所早期知識領袖哈羅德·莫洛維茨(Harold Morowitz)從理論生物學家的角度闡述了湧現行為。他描述那些規則未知系統中的湧現行為,從宇宙大爆炸到地球上人類的出現和農業的發展。

關於湧現 ,聖塔菲研究所貢獻的另一個觀點來自理論物理學家,可以在兩篇面向普通科學讀者的論文中找到。一篇非常有先見之明的論文 More is different 寫在聖塔菲研究所成立十多年之前,在文中,菲利普·安德森(Philip Anderson,他在聖塔菲研究所1984年成立時發表了演講,後來與諾貝爾獎獲得者肯·阿羅(Ken Arrow)共同主持了研究所對經濟學的初步探索)對許多科學家描述基礎研究的方式提出了質疑,他還討論了複雜系統的層級關係和對稱性的作用。

28年後,我和斯坦福大學的物理學家家 R.B. Laughlin 寫了另一篇相關文章 The Theory of everything。兩篇論文都強調了用還原論方法研究複雜系統的局限性,即人們試圖通過更細致地研究它們的組成部分來解釋複雜系統。

Laughlin 和我指出,20世紀一些還原論者的夢想是發現一個“萬物理論”,其方程式可以讓人們推導出物質的所有性質。但這樣的夢想是徒勞的,取而代之的應該是對湧現行為的關注。

理查德·費曼(Richard Feynman)有句名言:“生命只不過是原子的擺動和晃動。”我們認為這樣的視角並不能告訴我們,原子是如何產生生命物質的最後一個普遍的共同祖先 LUCA 的,更不用說隨後35億年的演化了。雖然我們知道支配當前世界的簡單方程式,但是卻發現這些公式幾乎無法告訴我們關於湧現方面的知識,無論我們是正在研究一個科學前沿問題,或尋求理解和改變家庭或社會行為。我們在文章的結尾寫道:

“在我們這個時代,理論物理學的中心任務不再是寫下終極方程,而是以多種方式分類和理解湧現行為,包括潛在的生命本身。我們認為這種下一個世紀(21世紀)的物理學是屬於複雜適應性的研究。無論是好是壞,我們現在見證了從過去科學(從本質上是還原論)到複雜適應系統研究的轉變,這種轉變堅實地建立在實驗的基礎上。我們希望其能為新的發現、概念以及智慧提供起點。”

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