[每周一书]《复杂》诞生于秩序与混沌边缘的科学

巴西:亚马逊雨林。几十万只行军蚁(army ant)在行进。没有谁掌控这支军队,不存在指挥官。单个蚂蚁几乎没有什么视力,也没有多少智能,但是这些行进中的蚂蚁聚集在一起组成了扇形的蚁团,一路风卷残云,吃掉遇到的一切猎物。不能马上吃掉的就会被蚁群带走。在行进了一天并摧毁了足球场大小的浓密雨林中的一切食物后,蚂蚁会修筑夜间庇护所——由工蚁连在一起组成的球体,将幼蚁和蚁后围在中间保护起来。天亮后,蚁球又会散成一只只蚂蚁,各就各位进行白天的行军。

专门研究蚂蚁习性的生物学家弗兰克斯(Nigel Franks)写道,“单只行军蚁是已知的行为最简单的生物”,“如果将 100 只行军蚁放在一个平面上,它们会不断往外绕圈直到体力耗尽死去”。然而,如果将上百万只放到一起,群体就会组成一个整体,形成具有所谓“集体智能(collective intelligence)”的“超生物(superorganism)”。

这究竟是怎么回事呢?虽然科学家们已经很熟悉蚁群的习性,但集体智能的产生机制依然是个谜。就像弗兰克斯所说,“我研究了布氏游蚁(E.burchelli,一种常见的行军蚁)很多年,我发现,对它们的社会结构了解得越多,对其社会组织的疑问就会越多”。

行军蚁是许多我们认为“复杂”的自然和社会系统的缩影。蚂蚁、白蚁以及人类这样的社会生物会聚集在一起,共同形成复杂的社会结构,从而增加种群整体的生存机会,目前还没有人确切地知道其背后的机理。类似的还有,免疫系统如何抵抗疾病,细胞如何自组织成眼睛和大脑,经济系统中自利的个体如何形成结构复杂的全球市场。最为神秘的是,所谓的“智能”和“意识”是如何从不具有智能和意识的物质中涌现出来的。

这些正是复杂系统所关注的问题。复杂系统试图解释,在不存在中央控制的情况下,大量简单个体如何自行组织成能够产生模式、处理信息甚至能够进化和学习的整体。这是一个交叉学科研究领域。复杂一词源自拉丁词根 plectere,意为编织、缠绕。在复杂系统中,大量简单成分相互缠绕纠结,而复杂性研究本身也是由许多研究领域交织而成。复杂系统专家认为,自然界中的各种复杂系统——比如昆虫群落、免疫系统、大脑和经济——之间,具有许多共性。下面我们来一一了解。

注:上文节选自本书章节“复杂性是什么”。

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Complexity

原作名:Complexity: A Guided Tour
作者:[英] 梅拉妮·米歇尔
译者:唐璐
评分:8.7

蚂蚁在组成群体时为何会表现出如此的精密性和具有目的性?数以亿计的神经元是如何产生出像意识这样极度复杂的事物?是什么在引导免疫系统、互联网、全球经济和人类基因组等自组织结构?这些都是复杂系统科学尝试回答的迷人而令人费解的问题的一部分。

理解复杂系统需要有全新的方法,需要超越传统的科学还原论,并重新划定学科的疆域。借助于圣塔菲研究所的工作经历和交叉学科方法,复杂系统的前沿科学家米歇尔以清晰的思路介绍了复杂系统的研究,横跨生物、技术和社会学等领域,并探寻复杂系统的普遍规律,与此同时,她还探讨了复杂性与进化、人工智能、计算、遗传、信息处理等领域的关系。

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