2. 作為統一範式的湧現

什麼可以代替還原論者的方式來理解物理學、生物學和社會科學中的湧現行為? 簡短的答案是一個新的起點：認識到理解湧現行為需要關注可以刻畫系統作為一個整體的湧現集體特徵，並尋找它們的起源。它意味着通過實驗或觀察來識別湧現的集體模式和規律，然後設計出體現集體組織概念和原理的模型來解釋它們。這些模式、原理和模型是通向研究的系統中觀察到的湧現行為的路徑。只有通過研究這些中間路徑，我們才有希望在一個大的、統一的尺度上把握湧現行為。

圖3. 納米線，例如圖中在硅晶體上由原子生長產生的納米線，是具有湧現性質的新型人造材料。| 圖片來源：美國國家標準與技術研究院

對於研究量子物質中湧現的電子行為或流體中的湍流現象的物理學家或化學家來說，這一中間路徑可能包括生長和研究新材料，以及研發新的檢測器來測量波動，從中或許可以揭示出普適的標度律，或新的相干態和可能彼此競爭的有序態。伴隨這些中間路徑的候選組織概念通常包括引入有效場來描述湧現的相互作用，並可能包括一種可能性，即存在一種獨立於細節、受更高組織原理支配的受保護的行為。

對於研究活系統的生物學家、生物物理學家或生態學家來說，集體的組分從蛋白質、神經元或物種開始，然後是細胞、大腦和生態失調。候選的組織概念包括自組織、能量景觀、提供能量的化學發動機，以及最重要的演化和複製——因為生物系統往往遠離平衡態。因為演化已經對生物早先的組織原理進行了優化，這使得研究變得更加困難。因此，我們能觀察到的通常是許多相互作用的演化過程的殘餘。

研究人類和動物行為或社會和經濟系統的科學家在人類發展、社會行為以及經濟和城市數據中探索模式。對他們來說，候選的組織概念包括自組織成群體/社區/社會，以及環境（無論是氣候變化、新技術還是社會規則）在促成湧現行為時發揮的作用。研究的工具通常包括聖塔菲研究所首創的基於主體和基於群體（group-based）的建模。因此物理學家、生物學家、生態學家、認知科學家和考古學家所採用的科學策略非常相似:

使用實驗或觀察來確定作為一個整體的系統中湧現的行為模式。

決定什麼可能是物體、個人或群體之間最重要的聯繫或相互作用。

構造並求解一個簡單的模型，該模型將這些聯繫納入或許可以解釋觀察到的湧現行為的組織概念中。（在這樣做的時候，考慮以前被證明可以解釋其他系統湧現行為的模型中使用的組織概念往往是有幫助的。）

將你的結果和預測與實驗或觀察進行比較。

3. 聖塔菲研究所關於湧現的最新進展

最近由聖塔菲研究所的研究者撰寫的書籍和文章，以及研究所新的在線課程和研討會大大增加了我們對湧現現象的理解。《複雜》（Complexity: A Guided Tour）是一個獲得 Phi Beta Kappa 獎的作品，由計算機科學家梅蘭妮·米切爾（Melanie Mitchell）向公眾介紹複雜科學這一領域及其方法論，以及許多湧現行為的例子。開放式在線課程“複雜性入門”（Introduction to Complexity，complexityexplorer.org），解釋了許多用來理解湧現行為的基礎模塊。

在《自旋玻璃和複雜性》（Spin Glasses and Complexity）一書中 ，聖塔菲研究所聯席主席 Dan Stein 和他的合著者、加州大學歐文分校的 Charles Newman 為我們提供了一個通向科學和社會中湧現行為的重要路徑，即自旋玻璃，磁性相互作用粒子隨機分佈的系統。正如 Stein 的博士論文導師菲利普·安德森（Phil Anderson）在1984年聖塔菲研究所創立的研討會上做的演講中指出的那樣：以自旋玻璃概念作為重要組成部分的領域包括統計力學、計算機科學、演化生物學、神經科學，或許還有蛋白質結構和免疫系統。