一本看得懂，并大受震撼的小书

有这样一个科学规律，能够普遍适用于宇宙形成、地震火山、物种灭绝、生物进化、交通堵塞、股票市场……不仅如此，自它提出后已被成千上万的论文援引……

这就是帕·巴克和汤超教授共同提出的自组织临界理论，它解释了复杂系统如何通过内部动力自然进化到一个临界状态的理论，这个状态既稳定又处于连续变化的边缘。

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丹麦物理学家帕·巴克（左）和中国物理学家汤超（右）开创了自组织临界性理论。

这一理论提供了一种全新的视角来理解复杂性和动态平衡，展示了即使是非常简单的系统，也能自发地产生高度复杂的行为。而这本小书正是帕·巴克的代表作《大自然如何运作》。

它的写法也十分与众不同，不是纯粹围绕着公式原理等谈理论，而是生动讲述了一群科学家如何创立一座宏伟科学大厦，以及它如何解释了纷繁复杂的自然现象，乃至扑朔迷离的社会现象和人类思维现象。

自组织临界理论被广泛援引

霍金曾说，21世纪是“复杂性”的世纪，自组织临界理论为我们理解复杂性提供了一个框架，读完这本书你将获得一把打开宇宙万物之门的万能钥匙。

什么是复杂性理论？

大爆炸时只有几种基本粒子的宇宙，是如何演变出生命、历史、经济和文学的?

为什么大爆炸不形成一个简单的粒子气体或凝聚成一个巨大的晶体呢?我们对周围的复杂现象习以为常，因而想当然地没有寻求更深层次的解释。实际上，到目前为止，科学很少致力于了解自然为什么是复杂的。

我们来看一个生活中的常见例子，就会明白为什么需要复杂性理论。海滩上的孩子让沙粒缓缓落下而形成一堆沙，开始的时候，沙堆是平的，沙粒停留在落下位置的附近。它们的运动能够用它们的物理性质来理解。堆沙的过程在继续，沙堆变得越来越陡，此时很少有沙粒沿着沙堆滑动。

随着时间的推移，沙粒的滑动距离越来越大。最终，一些沙粒的滑动甚至跨越了整个沙堆或沙堆的大部分。在这种情况下，系统远离了平衡，它的行为不再能用单个沙粒的行为来描述。“崩塌自身成为了一种动力系统”，而这一点只有从对整个沙堆的性质的总体描述而不是从对单个沙粒的简化描述才能理解：沙堆是一个复杂的系统。

自然界的复杂行为反映了有许多组分的大系统有着向一种亦是临界态的稳态演化的趋势，这种稳态对扰动非常敏感，微小的扰动即有可能产生各种不同尺度的响应，又称为“崩塌”。

大多数的改变是通过灾难性的事件，而不是通过遵循一种平和渐变的路线来实现的，朝着这种非常微妙的态的演化并没有受到任何来自外部因素的影响。

这种态之所以建立起来，仅仅是因为系统中的各个元素之间的动力学相互作用:这种临界态是自组织的，自组织临界性是目前所知道的产生复杂性的唯一的普遍机制。

为什么需要复杂性理论？

物理学家通过实验和观察成功发现了自然界遵循的物理定律，并揭示了物质结构，从原子到基本粒子如夸克和胶子。

尽管物理定律简洁，并能解释从苹果落地到行星运动的现象，但当涉及多体系统时，问题变得复杂，难以仅用基础物理定律直接解释。

譬如，牛顿第二定律F=ma，它仅仅告诉我们，如果一个物体受到一个外力的作用必定要相应产生一个加速运动。这个简单的定律足够用来描述一个苹果是如何落到地上的，行星如何围绕太阳转动，以及星系是如何互相被引力吸引的。

物理定律是相当简单的，物理的哲学思想从一开始就是“还原论”：我们周围的世界能够用简单的砖块方式来理解。甚至希腊人认为这个世界只是由几种元素组成的。

物理和数学是对世界的简化

但我们生活的世界远比这些简单规律所能描述的更为复杂。例如，地球表面的复杂地形和生物多样性的演化等现象，表明存在着更高层次的复杂性。我们还不能直接弄清某个层次上呈现的复杂现象是如何来自更深层次的物理机制的，科学家们有时便撒手不管，把这些现象称为“涌现”。

地球物理从天体物理中涌现出来，化学从物理中涌现出来，生物从化学和地球物理中涌现出来，等等。每一门科学都发展它自己的专门术语，并且随着它自己的目标和概念而发展运作。

尽管物理定律对于理解自然界的基础层面至关重要，但对于理解更高层次的复杂性，如生命、社会和地球物理现象，我们需要更多地考虑系统整体的行为和相互作用。

物理定律能够解释苹果是如何下落的，但不能解释为什么牛顿，作为复杂世界的一部分，正在观察那个苹果。物理定律也解释不了苹果的来源。

如果所有现象都能直接从更基础的物理过程中推导出来，那么只需要粒子物理学就足够了，但实际上，自然界的多样性和复杂性要求我们需要不同领域的科学家来理解它。

这反映了质的涌现是从数量中产生的，意味着复杂性是由基础物理过程的累积和相互作用形成的。

复杂性理论可以给我们什么启发？

复杂性理论不仅可以解释天体物理、生物和大脑，还可以用来解释人类社会的各种现象，帕·巴克以经济和交通作为例子，在看似不相关的领域中找到了共通的行为模式和组织原则，从而为我们提供了一个更加统一的视角来理解本质。

经济学的传统均衡理论被比作水流，其中货物和服务的转移是平稳和线性的，直到进一步的交易不再增加任何贸易伙伴的收益。然而，这种理论未能描述现实中的经济现象，如股市的大起大落。

现实的经济更像沙，而不是水，其中决策是离散的，存在阻力，阻止了平衡的达成。尽管经济学家没有理解经济中的大波动，但是这些波动是确实存在的。

马克思把雇佣、价格以及产品中的波动视为腐朽资本主义社会的一个象征。在他看来，一个大崩塌也就是一场革命，是产生质变的唯一方式。艾伦·格林斯潘，前美国联邦储备局主席，通过操控利率来避免通货膨胀——即使考虑到有经济放慢的可能性。

艾伦·格林斯潘（Alan Greenspan，1926—），前美国联邦储备局主席，在该职位上工作近18年。

帕·巴克指出，格林斯潘和马克思的共同观点就是，波动是不好的，在一个健康的经济中应当予以避免。而在复杂性理论看来，如果经济的确自组织运行到了临界状态，那么它甚至原则上都不可能抑制波动。

当然，如果一切事情都由中央决定的，波动是可以被压制；在沙堆模型中，我们能精心修建沙堆使之处于所有高度都在其最大值；然而，计算和决策的数量将是一个天文数字，这不可能完成。而且更为重要的是，就算真正造出了这种最陡的沙堆，任意处的一个极小的冲撞也会导致一个巨大的塌陷。

在交通系统中，遇到的问题类似于经济中的波动：有时交通流畅，有时会出现大规模阻塞。最有效的状态是临界态，即交通流量和车辆密度达到最佳平衡，既不浪费公路资源也不引起持续大拥堵。尽管存在某种理想状态，例如所有车辆都以恒定速度行驶，这种状态很脆弱并容易崩溃。

堵车的时候你是不是在想，最前面的车在干嘛？

同样，在经济系统中，自组织临界态虽然伴随各种规模和持续时间的波动，可能看起来不稳定或不理想，但实际上它是系统能动态达到的最有效率状态。

帕·巴克认为，这反映了在经济学中，尽管波动常被视为不良现象，它们可能代表了资本主义经济自组织的本质，是一种动态平衡的表现，可能是经济系统能实现的最佳状态。

你之前听过自组织临界理论吗

这个理论是否给你带来什么启发

2位优秀留言读者将获赠这本万花筒般的好书

大自然如何运作

【丹】 帕·巴克 著

李炜 蔡勖 译 俞易 等校

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观点资料参考：《大自然如何运作》

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