夸克与美洲豹 作者:[美]盖尔曼-第5节
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的简单性。
如圣菲研究所所开展的那样，关于复杂性与简单性的科学研究自然而然地包括探讨简单与复杂的意义；复杂适应系统之间的相似性和差异；这种复杂适应系统在各种不同过程中所起的作用，比如地球生命的起源、生物进化、生态系统中各种生物的行为，哺乳动物免疫系统的运作，动物（包括人类）的学习与思考，人类社会的演变，金融市场投资者的行为，以及为发展策略或在以往观察的基础上作出预言而设计的计算机软件及（或）硬件的使用，等等。
所有这些过程的共同特征是，每个过程中都由一个复杂适应系统来获取环境及其自身与环境之间相互作用的信息，总结出所获信息的规律性，并把这些规律提炼成一种“图式”（schema）或模型，最后以图式为基础在实际当中采取相应的行动。在每种情形中，都存在着各种不同的互相竞争的图式，而系统在实际当中采取的行动所产生的结果反馈回来，将影响那些图式之间的竞争。
我们人类中的每一个人都在以多种不同的方式发挥着复杂适应系统的作用。（事实上，心理学界早就在使用“图式”一词，以它表示人类通常用来理解资料，并赋予它们以意义的概念框架。）
假定你在一个陌生的城市。在晚上的交通高峰期，你想在一条由市中心向外延伸的大道旁打手势让出租车停下。出租车从你身边驶过，但没有一辆车停下来。因为这些车都已经载有乘客，而且你还注意到这些计程车司机关掉了车的顶灯。啊哈！你必定会找一辆顶灯亮着的出租车。然后你看到一些这样的出租车，里面并没有乘客，但它们还是不停。这时，你需要修改图式。不久之后，你发现，车顶灯有内顶灯和外顶灯两种，其中外顶灯亮着表示“不载客”。你需要的是一辆只有内顶灯亮着的出租车。当两辆出租车在前面一个街区停下，在乘客下车后，司机们拧亮了内顶灯，这时你的新观点得到了证实。不幸的是，那些出租车很快就被别的步行者抢占了。又有几辆计程车在你附近载客完毕，但它们也被别人抢先占上了。为了找到成功的图式，你不得不将网撒得更大。最后，你看到，在街道的另一侧，许多只有内顶灯亮着的出租车都在沿相反的方向徐徐行驶着。你穿过街道，招呼了一辆，上了车。作为更进一步的解释，假定你是一个心理学实验的实验对象。在实验中，实验人员给你看长长的一组常见物体的图片。这些图片代表着各种不同的东西，每个图片都会被展示多次。实验人员会不时地要求你预言下几个图像是什么，你得不断地在心中为这一序列建构图式，在所示图片的基础上建立一个关于该序列结构的理论。任何这种图式，以接下来出现的几张图片的情况为补充，使你能够对下面将要出现的图片作出预言。通常，最初的几次预言会出现错误，但如果该序列具有一个容易掌握的结构，预言与观察结果之间的差异会促使你舍弃不成功的图式，而支持那些能作出好预言的图式。很快，你就能够准确地预言下次将被展示的图片了。下面再假定一个由一位虐待狂心理学家主持的类似的实验，实验中他所展示的序列根本没有什么真正的结构。你可能不停地虚构图式，但这回除了几次偶然的机会之外，它们总是不能使你作出正确的预言。这种情形下，除了暗示“这个序列看来是杂乱无章的”之外，现实世界不能为你提供任何有益于图式选择的指示。但是被实验的人觉得难以接受这样一种结论。
不管是为新的冒险建立一个商业计划，或提出一个适用的食谱，还是学习一门语言，你都是在起着一个复杂适应系统的作用。当你训练一只狗时，你实际上正在面对一个运作中的复杂适应系统，而你自己也同样是在充当着这样一个系统（如果主要是后者在运作，那么就成狗训练你了，这也是通常发生的情形）。当你在金融市场投资的时候，你和所有其他的投资者都是单个的复杂适应系统，大家又组成一个共同的实体，这一实体通过所有这些组成部分为改善他们的地位，或至少谋求经济上的利益，所作出的努力而不断地发生演化。这样一个共同体自身也能够成为一个复杂适应系统。诸如公司或部落这样有组织的共同体，同样可以作为复杂适应系统。从整体看来，人类还没有很好地组织在一起，但在很大程度上，它已经起着复杂适应系统的作用。
并非只有通常意义上的学习才是复杂适应系统的运作。生物进化提供了大量这方面的例子。人类主要靠个人或集体的智慧来获得知识，而其他动物则通过直接的基因遗传来获得它们生存所必需的绝大部分信息。那些经过数百万年进化的信息，是有时候被人们相当模糊地称之为“本能”（instinct）的东西。出产于美国部分地区的王斑蝶，“知道”怎样大规模地迁徙到墨西哥城附近长满松树的火山山坡上去过冬。科普和科幻小说作家、生物化学家，已故的伊萨克·阿西莫夫（Issac Asimov）告诉我，他曾经同一个理论物理学家发生过争吵，那位物理学家否认狗知道牛顿运动定律。伊萨克愤怒地问道：“如果见到狗用嘴捕接飞碟，你还会那么说吗？”显然，那位物理学家和他所用的“知道（knowing）”一词各有不同的意思：那位物理学家所使用的“知道”，主要是指在人类科学活动的文化背景中学习的结果；而伊萨克所使用的“知道”是指贮存在基因中的信息，外加个体经验所得的学识。
不管是草履虫、狗，还是人，他们从经验中学习的能力本身就是生物进化的结果。而且，进化不仅产生了学习，而且还产生了其他的新型复杂适应系统，比如哺乳动物的免疫系统。免疫系统经历了一个与生物进化自身相类似的过程，但是它所需要的时间是以小时或天来度量的，这样使个体能及时地判断出入侵的组织或外来的蛋白质并产生免疫反应，而进化则是以百万年计的。
事实表明，复杂适应系统普遍都会产生出其他的复杂系统。例如，生物进化会促使生物“本能”地解决所碰到的问题，而且它还会使生物体产生足够的智慧，从而通过学习来解决类似的问题。下页的图显示了地球上各种复杂适应系统之间的联系。约40 亿年前，与繁殖及一些可遗传的变异有关的化学反应，导致了首批生命形式的出现，并进而导致组成生态群体中各种各样的生物的产生。然后，生命进一步导致了像免疫系统和学习过程这样的复杂适应系统的产生。对人类来说，符号语言能力的发展使学习扩展成复杂的文化活动，从而在人类文化中又产生了新的复杂适应系统：社团，组织，经济和科学活动。这里列出的仅为其中的几种。既然人类文化中出现了快速而又多功能的计算机，那么我们也可以使它们充当复杂适应系统。
将来，人类可以创造出新型的复杂适应系统。比如有这样一个例子，这一例子曾经在科幻小说中出现过，只是在50 年代早期的一次谈话后，它才引起我的注意。已故的伟大美籍匈裔物理学家列奥·西拉德（ LeoSzilard）曾邀请我和我的一个同事去参加一个关于武器控制的国际会议。我的同事“穆福”·戈德伯格（“Murph”Goldberger，后来他是普林斯顿高级研究院的董事，再后又成为加州理工学院的校长）答复说，他只能参加会议的后半部分。列奥转而问我，我说我只能参加前半部分。列奥想了一下，然后对我们说，“不，那样不好；你们的神经元并不是互相联系的。”将来某一天，不管是好事，还是坏事，这样的相互联系也许会成为可能。可以用金属丝将人和一个先进的计算机连接起来（不通过口语或像控制台那样的连系装置），通过计算机再进一步与另外一个或几个人相连系。以这种方式连系起来的两个人享有共同的思想和情感，而不存在用语言交流时所允许的那种选择性和欺骗性。（伏尔泰应该发表这样的评论：“人们？？使用语言仅仅是为了使他们自己的思想隐藏起来。”）我的朋友歇尔莱·霍夫斯特德勒（Shirley Hufstedler）说，她不会向一对即将结婚的男女推荐这样一种方式，即用金属丝将他们两人连在一起。我想我也不一定会建议这样一种方式（尽管假定这一切都可能，而且会帮助我们解决一些极难解决的人类问题）。但它肯定会导致一种新型的复杂适应系统，一个由许多人组成的真正的混合体。研究复杂适应系统的学者们不但逐渐地通晓了这些系统的差别，而且还熟谙它们的普遍性质。虽然它们的物理属性有广泛的不同，但它们处理信息的方式是相似的。这一共同的特征也许是研究它们如何运作的一个最好的起点。
第三章 信息和原始复杂性研究复杂适应系统时，我们通常关注系统对信息的处理。我们研究信息怎样以数据流的形式到达系统。（例如，将一组图像展示给一个心理学实验对象，那么这组图像就构成了数据流。）我们关注复杂适应系统怎样寻找数据流中的规律性，如何从一些偶然的或者说随意的特征中把它们抽取出来，并将其压缩成一个随时都可能发生变化的图式。（在上例中，被实验者建构一个用来描述那组图像的推测性规律，并不断地对它进行修改。）我们观察得出的每个图式接着又怎样与附加信息相结合，从而得出一个适用于现实世界的结果：一个对被观察系统的描述，对待未发生事件的预言，或对复杂适应系统自身行为的规定。这里所说的附加信息，与从数据流中提炼规律性的同时被搁置到一边的偶然信息属于同种性质。（在心理学实验中，实验对象可能将建立在过去出现的图像之基础上的试探性图式，与接下来出现的图像所提供的信息联系起来，从而对下一步将要出现的图像作出预言。在这种情况下，附加的特殊信息，往往来源于从其中提炼出图式的同一个数据流的后续部分。）最后，我们看这些描述、预言或行为怎样对现实世界产生影响，这些影响又怎样反馈回来，给各种不同图式之间的竞争施加“选择压力”（selection pressure）；一些图式被降级或淘汰，而其中的一个或更多的图式则得以被保留下来，并可能升级。（在前面所举的例子中，如果一个图式所作出的预言与后续图像相抵触，那么接受实验的人多半要抛弃它，而能作出正确预言的图式则被保留下来，并被高度重视。这里，图式的检验是通过使用同一个数据流的后续部分来进行的，这些信息流首先产生了图式，并进而为作出预言提供特殊的附加信息。）复杂适应系统的操作可用图3—1 来表示，该图强调了信息的流动。
像所有其他事物一样，复杂适应系统服从以物质和宇宙的基本物理规律为基础的自然定律。而且，在那些定律所允许的所有情形中，只有某些特殊的情况才允许复杂适应系统存在。
研究宇宙及物质的结构时，我们可以采用研究复杂适应系统时所沿用的方法：集中研究信息。那么，规律性的东西是什么呢？偶然事件与随意性从哪里进入规律之中呢？量子力学与混沌中的不确定性
根据一个世纪以前的经典物理学，由运动规律和宇宙在任意时刻的状态，理论上就能预言宇宙的整个历史。现在我们知道，那是完全错误的。宇宙具有量子力学性质，这就是说，即使知道初始状态和物质的基本规律，我们也只能计算出一组宇宙各种可能历史存在的概率。而且，这种量子力学“不确定性”（indeterminacy）的程度远远超出了我们通常所讨论的范围。许多人熟知海森堡的不确定性原理，该原理否定了同时准确地测量粒子的位置和动量的可能性。虽然几十年来这一原理引起了广泛的注意（有时人们甚至用了一些易于引起误解的措辞），而量子力学所要求的附加不确定性却很少被人们提起。我们将进一步详细地讨论它。即便经典近似被证明是合理的，且量子力学不确定性被相应地忽略不计，也仍然存在普遍的混沌现象，这里力学过程的结果受初始条件如此大的影响，以至于初始状态的微小变化会导致最后结果显著的不同。
在下面摘自享利·彭加勒（Henri Poincaré）1903 年所著的《科学与方法 （ ScienceandMethod）中的一段话（艾华耳斯·彼德逊（ IvarsPeterson）在《牛顿的钟》（Newton’s Clock）一书中曾引用过）里，作者预先考虑了一些关于经典决定论和经典混沌的现代评论：
如果我们准确地知道自然规律和宇宙在初始时刻的状态，我们就能精确地预言该宇�
