■北京師範大學系統科學學院教授 陳清華

瑞典皇家科學院将2021年諾貝爾物理學獎授予三位物理學家，以表彰他們“對我們理解複雜物理系統的開創性貢獻”。世界是複雜的，一些學者正緻力于去揭示複雜現象背後的簡單機制。比如美國波士頓的新英格蘭複雜系統所所長巴爾-揚教授，這位複雜系統領域的卓越科學家，近期出版了《解困之道：在複雜世界中解決複雜問題》（以下簡稱《解困之道》）。

《解困之道》關注兩個問題：困難來自什麼？如何解決？回答是：困難來自複雜，要利用複雜系統科學來解決複雜問題。巴爾-揚的複雜系統科學思想框架，圍繞如下5個基本點展開：尺度、複雜度、複雜度曲線、為什麼要複雜、如何複雜。核心是“複雜度曲線”。

尺度。我們觀察事物、分析關系、解決問題都是在一定尺度上進行的。想了解病毒的緻病機理，要依靠顯微鏡，而要了解宇宙，就必須使用天文望遠鏡。有時，我們研究事物不需要窮盡所有尺度，可以隻在我們感興趣的尺度上去研究。但更多時候，我們需要跨尺度觀察和思考，特别是當系統各單元存在一定關聯時。因此要有系統觀、大局觀，要了解整個系統的特征。

複雜度。複雜度是對複雜程度的量度。這裡說的“複雜”，強調的是可能的狀态。一團毛線，曲裡拐彎，但如果其狀态每次都一樣，完全不變，觀察一次就可以預知任意的将來，那麼它一點也不複雜；而抛起來的硬币，我們無法确切地知道落下後哪一面朝上，這就要比雜亂但确定的毛線更複雜。事物的狀态越多，可能性越平均，其複雜程度就越高。一個等概率出現6種可能的骰子，複雜度要比一個等概率出現正反兩面硬币的複雜度要高；灌上水銀、密度不均勻的骰子，要比沒有灌水銀、密度均勻的骰子複雜度低。一個人，若在狀态和行為上存在很大的不确定性，就會讓人感覺複雜而難以捉摸。

複雜度曲線。複雜度依賴于尺度。同一事物，我們觀察得越仔細，就會深入越微觀的結構，得到的信息越多，複雜程度就越大。極目遠眺一個人，隻能看到一個輪廓，這是大尺度的觀察。離得近一些，做中等尺度的觀察，可以知道其性别以及一些動作，有更多的信息，複雜度高一些。再近一些，可以獲得小尺度的信息，例如五官的樣子、喜怒哀樂等，複雜度就更高。對同一系統進行觀察及描述，複雜度和尺度是此消彼長的關系。以尺度為橫坐标、複雜度為縱坐标描繪出來，就是單調遞減的複雜度曲線。有三種典型的系統對應着形态迥異的複雜度曲線。第一種是随機系統，把雜亂無章的氣體分子放在一起，它們的行為完全獨立，這個系統在微觀上很複雜，但尺度高一些，複雜度就迅速下降到很小，複雜度曲線非常陡峭；第二種是相幹系統，如一發炮彈，所有單元的行為完全一樣，這個時候複雜度不會随着尺度發生變化，有水平的複雜度曲線；第三種是相關系統，如一個企業，系統的單元（個人）不完全一緻也不完全獨立，在越來越大的尺度上（個體員工、員工組合、項目組、部門、整個企業）能呈現出豐富的行為模式，複雜度曲線緩慢而降。第三種系統在中觀尺度上會比前兩種有更高的複雜度，我們周邊大部分都是這樣的複雜系統。

為什麼要複雜。艾斯比提出了必要多樣性法則———為了保證有效性，系統必須足夠“複雜”得和環境一樣，這樣系統才能對于環境的交互進行合适的應答。若環境需要系統有100種不同的應答，而這個系統隻有10種可能行為，那麼它對于環境而言是無效的。巴爾-揚教授将其擴展到多尺度上，認為需要在每個交互尺度上有足夠的複雜度進行應答。以當前新冠肺炎疫情的防控為例，它就是一個多尺度的任務，蔓延到全國，就需要全國尺度的應對；蔓延到全世界，就需要國家間的合作以進行世界尺度的應對。

如何複雜。這就是如何創建有效的複雜系統。适當地搭配單元可以獲得具有不同複雜度曲線的系統，以達到某種多尺度上的功能要求。優秀的組織者善于将不同的人搭配在一起，而公司的組織結構也是為了解決如何滿足社會對産品和服務的需求而設計。但一個人為精确設計的系統，其複雜度終究會受限于設計者本身的複雜度。随着世界更加複雜，所需要解決的問題也越來越複雜，終将超出任何設計者的能力。解決這個複雜度的需求與供給之間矛盾的方法“開明進化工程”，其主旨是設定基本規則、減少制約，基于系統内部不斷的合作和競争，通過“進化”而逐步演化出有效的（達到需要複雜程度的）系統。充分利用市場競争與合作，就可以演化出極其複雜的物流系統，以滿足一個城市的生活保障。

自古而今，中國有很多運用系統科學知識應對複雜性難題的成功經驗，巴爾-揚教授對此極為贊歎，他說自己的很多思想來自中國古代樸素的系統觀，希望《解困之道》能給大家帶來一些靈感。

《解困之道：在複雜世界中解決複雜問題》[美]亞内爾·巴爾-揚 著沈忱 譯上海科技教育出版社

欄目主編：顧學文 文字編輯：肖雅文 題圖來源：視覺中國 圖片編輯：邵競

來源：作者：陳清華

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