1.2　復雜性科學

1.2.1　什么是復雜性

人類面臨著政治、經濟、社會、環境等各種各樣復雜性問題的挑戰時，縱觀物理學、化學、生物學、醫學、政治學、社會學、計算機科學等領域，研究者們都會思索這樣一個問題：是否存在一個普遍理論能夠幫助我們理解種類繁多的復雜現象？著名科學家錢學森在20世紀80年代曾經提出：“凡是在不能用還原論方法處理的，或不宜用還原論方法處理的問題，而要用或宜用新的科學方法處理的問題，都是復雜性問題”。復雜性（complexity）科學是一門極度概括的綜合性學科，是近十幾年發展起來的新興交叉學科，在近年的國際學術研究中，被稱為“21世紀的科學”^［7～10］。復雜性科學專門用于研究復雜現象和復雜系統，以尋找一般性規律。

一般而言，復雜性包括兩個方面的內容：發展演化意義上的復雜性和存在意義上的復雜性。在演化意義上，復雜性是指當一個開放系統遠離平衡態時，不可逆過程的非線性動力學機制所演化出的多樣化“自組織”現象和混沌狀態。既然遠離平衡條件下的非線性動力學機制是導致事物復雜性的根本原因，認識復雜性的基本方法是闡明復雜性系統的動力學機制。存在意義上的復雜性是指事物具有層次結構，其中就包括時間尺度上、空間尺度上、功能上、組織形式上和相互作用上的層次結構。

復雜性科學的相關研究早在第一次世界大戰開始就出現了，到20世紀80年代，國外的一些學術團體如圣菲研究所和喬治·梅森大學開始了復雜性的研究，并提倡新的思維方法，“復雜性科學”這門新的學科隨之而發展。目前，關于“復雜性科學”的專著和文集也開始慢慢涌現，“復雜系統”“復雜性科學”等名詞也逐漸流行起來，這反映出科學發展的一種趨勢。近年來，隨著復雜系統和復雜性的研究已上升到了一個新的臺階，許多不同領域的科學家開始廣泛關注這門學科。關于復雜性問題，早在19世紀70年代在美國國會圖書館的入藏書目中，標題中就含有復雜性一詞，其中包括：生物復雜性、生態復雜性、演化復雜性等。關于復雜性的研究已經囊括了各個領域，然而，什么是復雜性？關于復雜系統的定義也是各種各樣，至今仍然沒有一個精確的定義，其中有代表性的有：①復雜系統是動態非線性系統；②復雜系統是包含反饋環的系統；③復雜系統是包含多個行為主體具有層次結構的系統；④復雜系統是混沌系統；⑤復雜系統是任何人不能用傳統理論和方法解釋其行為的系統；⑥復雜系統是具有自適應能力的演化系統。

復雜性科學主要包括：分形學、混沌學、耗散結構理論、超循環理論、突變論、協同論等內容。復雜性科學認為，世界從本質上講是復雜的、非線性的、開放的系統，是事物的一種普遍的存在方式。普利高津指出，復雜性存在于一切層次，不同層次的復雜性既有差別，又有統一性，物理層次已經具備“最低限度的復雜性”，遠離平衡態、非線性、不可逆過程是產生復雜性的根源。復雜性是一個開放的復雜系統，由于組分的數量和種類多，層級結構多，不確定因素多，導致系統在演化過程中和環境交互作用，呈現出復雜的動態行為特性和突現的整體特性。

目前，這一新興學科吸引了來自不同領域的杰出科學家對其理論框架和研究方法的探索，并形成了各種各樣的復雜系統的新概念和新理論。