从圣塔菲的云到全民的复杂科学：免费入门课邀你重走探索路

导语

圣塔菲研究所（Santa Fe Institute）致力于复杂系统科学，是领域内最具活力和能力的智囊团。它涉猎广泛，成果颇丰，对我国复杂系统科学领域也有很大影响。2010 年 10 月北京师范大学教授、集智创始人张江首次访问圣塔菲研究所，所见所闻组成了他后来在国内传播复杂科学时，最常提起的 “圣塔菲记忆”。

2024年，圣塔菲研究所发布了《Foundational Papers in Complexity Science》（以下简称复杂科学经典论文集），这本文集收录了 20 世纪复杂科学领域 89 篇重要文献，涵盖熵、演化与适应、非线性动力学与计算等关键主题。集智俱乐部联合北京师范大学教授张江、中国人民大学博士研究生陈绎安、北京师范大学博士研究生陶如意，邱仲普、清华大学博士后刘家臻共同发起，聚焦复杂科学经典论文集进行解读与研讨。读书会自2025年8月22日开始，每周五晚上7：30-9：30进行，预计持续分享6-8周。

同时，2021年在集智学园上线的圣塔菲研究所系列免费公开课是“零门槛却高含金量”的复杂科学经典入门课，这9门组课的讲师团队几乎是圣塔菲研究所学术基因的 “活载体”—— 他们中有圣塔菲前任所长、有深耕复杂系统数十年的先驱、有跨学科研究的领军者，每个人的研究方向都与课程章节深度契合，让学习者能直接触摸复杂科学领域本质。

赵思怡丨作者

集智学园编辑部丨审校

2010年集智俱乐部创始人张江站在圣塔菲研究所的白云下，感慨 “这里的智慧让我看见世界另一面” ；2021年这座复杂科学圣地的核心知识，以 9 门免费公开课的形式在集智学园上线；现在，集智俱乐部聚焦2024年圣塔菲研究所发布的经典论文集进行解读研讨。

自2025年8月22日开始，与此同时，集智学园为刚入门复杂科学、对复杂系统充满好奇的同学们整理了圣塔菲经典公开课学习路径，这 9 门课构成了一套完整的 “复杂科学学习地图”—— 无需深厚的科学或数学背景，无论是高中生、职场人还是专业研究者，都能在其中找到属于自己的探索方向。

圣塔菲的 “无墙” 魅力：藏在小镇里的科学圣地

“这就是著名的圣塔菲研究所？怎么没有高楼大厦，只有一间普通平房？”2010 年的张江，绕着研究所大门旁的小路爬山时，曾不止一次怀疑自己找错了地方。直到看见大门旁横幅上 “Santa Fe Institute” 的字样，他才确信，眼前这个藏在新墨西哥草原旁的小镇建筑，就是全球复杂系统研究者心中的 “圣地”—— 正如著名理论物理学家郝柏林先生（1934-2018）在 2009 年《科学》杂志文章中所评价的：“圣塔菲研究所（Santa Fe Institute）致力于复杂系统科学，是领域内最具活力和能力的智囊团。”

圣塔菲到底有哪些独特之处？

它原是 1944 年访问过延安的赫尔利特使的别墅，1984 年被改造成研究所后，顺山势延建三层，成了 “没有高层建筑的乡镇” 里的学术高地。这里只有十几位常驻研究人员，却聚集着来自世界各国的外聘教授与访问者，大家带着不同学科背景，在 “松散自由的环境中切磋”—— 这种 “跨学科” 的内核，恰是圣塔菲的灵魂。郝柏林提到，时任所长韦斯特（G. West）偏爱用 “transdisciplinary” 形容这种交流，因为它更能体现 “从一门学问跨入另一领域的努力”。（详情请见集智俱乐部文章：）

图1：圣菲研究所

研究所里藏着太多颠覆认知的细节，这些细节在张江的记忆与郝柏林的文字中形成了奇妙呼应：主建筑中间的露天小院里，学者们一边晒太阳一边吃午餐，偶尔能遇见 “夸克之父” Murray Gell-mann—— 这位诺贝尔奖得主穿着普通，安静听大家聊天，身边没有簇拥的人群；走廊墙上贴满学者的漫画肖像，韦斯特（异速生长律权威）的画像格外显眼；最让张江心动的图书馆，两间屋子不大，却藏着从神经科学、生态学到信息论、分形理论的著作，甚至有《Fractal Space-Time and Microphysics》这样的前沿书籍，郝柏林称这里 “形成了复杂性研究的重要信息资源”，从 1989 年起的工作论文都能在官网查到，“反映了各个时期的研究领域变化”。

更特别的是圣塔菲的 “无墙” 氛围：屋檐下的桌椅是天然讨论区，玻璃上写满随手画的公式；Staff 团队和科研人员数量相当，有人专门负责午餐、下午茶，让科学家能专心思考 —— 郝柏林在文中提到，这里的年度预算虽有政府资助，但 “不超过总预算的 40%”，就是为了 “不让政府机构左右研究方向”。正是这样的环境，让张江在两周里与 Eric Smith 探讨生命起源与热力学的结合，还和韦斯特交流了国家异速生长律的研究；也让郝柏林在 2004 年后，协助圣塔菲在国内组织了四届 “复杂系统夏季学校”，让这种学术氛围渗透到中国。

圣塔菲的学术深耕：从经典研究到全球影响

圣塔菲的价值，远不止于环境的自由，更在于它 “基于大量数据或实地考察，辅以模型研究和计算机模拟” 的扎实研究，让圣塔菲声名远扬的案例后来也成了复杂科学领域的经典：

比如对 “克利伯幂次律” 的破解。1932 年生物学家发现，哺乳动物的代谢速率与体重满足 B=M³/⁴，但 70 年来没人能解释分母 “4” 的由来。圣塔菲的学者们发现，这源于生物循环系统的分形网络 —— 从主动脉到微血管的层级结构，要满足 “阻抗匹配” 才能让血液畅通，而分形的几何特性恰好给出了 “4” 这个关键数字。郝柏林评价这一研究 “从经验规律到数学理论，解开了长期悬疑”。

图2：克利伯幂次律

再比如对城市的研究。圣塔菲的科学家搜集了全球城市数据，发现城市指标与人口的关系遵从幂次律：住房、用水等个人需求与人口线性相关，道路、电缆等支撑体系呈 “亚线性”（β≈0.8），体现城市的 “节约”；而专利数、犯罪率等人类活动指标呈 “超线性”（β=1.1～1.3），说明城市需要不断创新才能维持增长。这些发现，后来被韦斯特发表在《美国科学院院报》上，成了理解城市化的重要依据。

还有对恐怖事件的统计分析 —— 从 1968 年的 10878 个恐怖事件数据中，圣塔菲团队发现事件频度与严重性遵从幂次律，“911” 这样的大事件与小事件落在同一条曲线上，说明它们可能有共同成因。郝柏林在文中感慨，这些研究 “不是从概念到概念的空洞议论”，而是用具体方法解答真实问题。

圣塔菲 9 门免费公开课：零门槛解锁复杂科学全景

2021年在集智学园上线的圣塔菲研究所系列免费公开课，正是衔接 “经典研究” 与 “大众学习” 的桥梁 —— 它把圣塔菲几十年的学术精华，拆解成零门槛的内容，让没接触过复杂科学的人，也能跟上这些前沿思想的脚步。

本系列课程共有9门组课，构建起一套覆盖 “基础认知 - 核心理论 - 实操应用 - 前沿探索” 的完整学习体系。无需深厚科学或数学背景，从高中生到专业研究者，都能顺着这套课程脉络，触摸自然与社会背后的复杂规律。

先识全局：从 “复杂科学简介” 打开大门

作为整个系列的 “入门钥匙”，《圣塔菲课程：复杂科学简介》早已为我们揭开了复杂系统的神秘面纱。10 个章节覆盖 “混沌动力学”“分形”“遗传算法”“社会合作模型” 等核心主题，每节由短视频、嵌入式测验和可选作业构成，哪怕是第一次接触 “复杂系统” 的高中生，也能通过 “NetLogo 模拟蚁群觅食”“计算雪花分形维度” 等实操，直观感受 “简单规则涌现复杂行为” 的神奇。

网页链接：https://campus.swarma.org/course/1349

这门课就像圣塔菲小镇的 “游客中心”，先带你认识 “复杂系统家族” 的全貌 —— 从生物的自组织（如蜂群）到社会的协作（如城市），再到网络的连接（如人际网络），为后续深入细分领域打下基础。

探源生命：从 “无生命” 到 “活系统” 的追问

如果说 “复杂科学简介” 是全局概览，那《圣塔菲课程：生命起源》则是一次对 “生命本质” 的深度溯源。这门课跳出传统生物学框架，从地学（早期地球的地质环境）、化学（生命前的化学反应）、物理（热力学与自组织）甚至演化理论的角度，追问 “非生命世界如何诞生生命”。

网页链接：https://campus.swarma.org/course/2459

解构规律：数学与物理视角下的复杂本质

圣塔菲的研究从不缺 “用数学解释世界” 的智慧，这一点在三门硬核却易懂的课程中体现得淋漓尽致：

1. 《重整化理论简介》：从 JPEG 到量子引力的 “简化智慧”

你或许想不到，手机里的 JPEG 图片压缩、经济学家的行为模型、量子物理的基础理论，背后共享一个核心思想 ——重整化：即 “在不同尺度下简化世界描述，却不丢失关键信息”。

网页链接：https://campus.swarma.org/course/3591

1. 《分形与规模标度律》：藏在自然与社会中的 “自相似密码”

“为什么树的分支、雪花的纹路、海岸线的轮廓，放大后都相似？”“为什么城市人口越多，创新率越高（超线性增长）？”《分形与规模标度律》会带你解开这些 “自相似” 与 “标度” 的秘密。

网页链接：https://campus.swarma.org/course/3430

1. 《非线性动力学》：混沌背后的 “确定性秩序”

“蝴蝶效应”“奇异吸引子”“分岔”—— 这些听起来玄乎的概念，在《非线性动力学》中变得清晰可触。课程面向有基础微积分和编程能力的学习者，从 “离散映射（如逻辑斯蒂映射）” 到 “连续流（如微分方程）”，带你拆解混沌系统的核心特征：

网页链接：https://campus.swarma.org/course/3041

• 你会通过编程模拟 “逻辑斯蒂映射的分岔过程”，亲眼看到 “参数微小变化导致行为质变”；

• 学习 “数值求解混沌系统” 的方法，理解 “为什么天气预报只能短期准确”；

• 最后还会接触 “混沌控制”“太阳系混沌” 甚至 “混沌在音乐中的应用”。

解码信息：从 “比特” 到 “复杂系统” 的连接

信息是复杂系统的 “血液”，而《圣塔菲课程：信息论简介》则教会我们 “读懂这血液的语言”。由 MIT 教授、量子计算专家 Seth Lloyd 主讲，课程从 “比特（bit）” 出发，逐步延伸到 “互信息”“信道容量”“香农编码定理”，甚至 “信息与熵的关系”。

网页链接：https://campus.swarma.org/course/3531

探索计算：从 “易与难” 到 “可能与不可能”

《圣塔菲课程：计算与复杂性》则带我们走进 “理论计算机科学” 与 “复杂系统” 的交叉地带。课程不纠结于代码，而是聚焦 “问题的本质难度”：

网页链接：https://campus.swarma.org/course/2666

• 什么是 “多项式时间（P）问题”（如排序）？什么是 “NP 完全问题”（如旅行商问题）？

• 为什么有些问题 “理论上可解，实际上不可解”（如停机问题）？

• 如何用 “归约” 的思想，将复杂问题转化为已知问题？

实操建模：用 “多主体” 模拟真实世界

如果说前面的课程是 “理论学习”，那《圣塔菲课程：多主体建模入门》就是 “动手实践”。这门课教你用 NetLogo（无需编程基础）搭建 “多主体模型”，模拟从 “经济市场” 到 “生物种群” 再到 “政治选举” 的复杂系统。

网页链接：https://campus.swarma.org/course/3877

回归动力：再探 “混沌与秩序” 的边界

最后，《圣塔菲课程：动力系统与混沌》为整个系列画上一个 “通俗却深刻” 的句号。仅需高中代数基础，课程用最朴素的语言解释 “动力系统” 的核心：

网页链接：https://campus.swarma.org/course/1655

• 什么是 “相空间”？如何用它描述系统的所有可能状态？

• “分岔” 如何让系统从 “稳定” 走向 “混沌”？（比如渔业收获率过高导致种群崩溃）

• “蝴蝶效应” 真的意味着 “完全不可预测” 吗？（不，统计属性仍可预测）

谁该学这门课？—— 每个好奇世界的人都值得

2010 年的张江，带着圣塔菲的见闻回国后，一直致力于传播复杂科学；郝柏林先生则通过文章与夏季学校，让圣塔菲的智慧在国内落地。 —— 他们都坚信 “理解复杂系统，就是理解我们身边的世界”。而现在，这门免费课程把这份 “理解” 的机会，送到了更多人面前：

如果你是高中生，对 “为什么鸟群不会撞上彼此”“为什么城市规模越大创新越多” 好奇，课程会帮你打开跨学科的窗，让你发现数学、生物、计算机原来能如此有趣地结合，就像圣塔菲夏季学校里的年轻学员那样，在好奇心驱动下探索；

如果你是职场人（比如设计师、管理者），想找新的思维工具，课程里 “囚徒困境与合作涌现”“爱尔法鲁酒吧问题与集体选择” 的内容，会帮你用复杂系统视角理解团队协作、市场变化 —— 就像郝柏林提到的，曾有企业负责人在访问圣塔菲后，“在返航飞机上想好了改组企业的新方案”；

如果你是专业人士，哪怕不是科研领域，课程里 “Guest Spotlight” 环节（邀请 Liz Bradley、John Rundle 等专家分享），以及它与圣塔菲经典论文集的呼应，也能让你接触到最纯正的复杂科学思想，为自己的工作注入新启发。

图3：圣菲出版刊物《研究所通报》封面

当年张江站在圣塔菲的天空下，曾感慨 “这里的云让我看到世界的另一面”；郝柏林先生也写道，复杂科学的要义是 “具体分析具体问题，从特殊性中抽提出普遍性”。而现在，《圣塔菲课程》系列就像那片 “云”，也像一把打开复杂世界的钥匙 —— 不需要专业背景，不需要付费，只要你对世界好奇，就能跟着课程，重走张江、郝柏林等学者走过的探索路，发现蜂群、城市、自然背后，那些藏在复杂系统里的神奇规律。毕竟，复杂科学从来不是少数人的专利，而是每个热爱思考的人，都能触摸的智慧。

如何获取这些课程呢？

关注集智学园公众号，进入聊天页点击菜单栏中的【学习入口】按钮，在课程官网搜索框中输入【圣塔菲课程】即可进入课程页面，或者在浏览器中输入对应课程网址，开启您的知识之旅。

集智学园希望通过免费开放一系列课程，让更多人感受到系统科学和深度学习的魅力，让知识不再有门槛。快来抓住这个难得的机会，免费学习海量优质课程，开启你的科学探索之旅吧！

当然，集智学园还有更多其它的优质课程，涵盖复杂科学、人工智能、数据科学等多个领域的进阶内容和实战项目。可以进入聊天页点击菜单栏中的【推荐课程】按钮，在课程目录中点击【免费课程】即可进入课程集合页。通过学习这些课程，你将深入掌握专业知识，提升实践技能，为职业发展和个人成长助力。期待在集智学园与你一起学习、共同成长！

「复杂科学经典论文研读·第一季」读书会

同时，结合圣塔菲研究所2024年发布的《复杂科学经典论文集》，集智俱乐部

发起了论文研读读书会，联合北京师范大学教授张江、中国人民大学博士研究生陈绎安、北京师范大学博士研究生陶如意，邱仲普、清华大学博士后刘家臻共同发起，聚焦复杂科学经典论文集进行解读与研讨。读书会自2025年8月22日开始，每周五晚上7：30-9：30进行，预计持续分享6-8周。

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