复杂性思维:重塑理解世界的思维框架

作者: 张叫兽 分类: 混沌大学好课推荐 发布时间: 2021-01-25 17:47
授课老师:
张江:北京师范大学系统科学学院教授
一、不确定的时代,有没有规律可循?
这个社会有一种碾压的力量——抖音的火爆、区块链的流行、翻转课堂的发展,使一切变得扁平化。在扁平化的同时,这个世界也变得高度互联,有形的网络与无形的网络,正在把我们的世界变得扭曲而变形。
我们每一个人、每一个动作看似渺小,其实都可能借助网络的力量,从而影响整个外部世界,所谓“牵一发而动全身”。
扁平化也好,高度互联也好,实际上他们都要借助科技崛起的力量。未来学家雷•库兹韦尔(Raymond Kurzweil)认为,技术的奇点将在2050年左右来临,这可能导致两种情况发生。一方面,人工智能运算速度将有可能超越人类。在另一方面,人类通过将意识上传到整个网络获得“永生”。
要想理解这个变幻莫测的世界,我们就必须学习复杂性科学。复杂性科学采用了跨学科的手段,研究不同复杂系统之中共有的涌现行为和统一性规律。
为什么牛顿很伟大?这是因为天上遨游的——太阳、月亮、行星与地上奔跑的——汽车、树上砸下来的苹果,它们居然都统一遵循牛顿定律的方程。这些看似风马牛不相及的东西,背后却有统一的规律制约。
如何看待生命复杂系统不断演化的过程?为此,我们可以绘制出一条“复杂性阶梯”的路线,可以看作是,从混沌、聚集、涌现走向新陈代谢、进化与层级。
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对于公司来说,从初始创建到寻求生存与发展,然后复制自身,从而形成能够抗拒“热力学第二定律(熵增定律)的干扰”,进一步升级、迭代,最后形成庞大的商业生态。
二、企业如何平衡封闭与开放的关系?
生命为什么会有新陈代谢?这里面有一个非常重要的物理学定律——热力学第二定律,即对于任何一个封闭的系统来说,如果不加任何的干预,就让这个系统自发演化,它一定会变得越来越无序,这个无序的程度通常可以用“熵”来表示。所以热力学定律又叫熵熷定律。熵会不断增加的前提条件是:在一个封闭系统下。
烟雾弥散的过程,就是一个典型的熵增过程。最开始,一缕青烟聚拢在一个小空间里,然后弥散至整个房间,后面的状态会越来越无序。无序度越高,熵越大。
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但是,如果你细心去观察周围世界,就会发现反例。生命的演化,看起来就明显与熵增定律相冲突,因为从生物演化过程来看,它似乎是越演化越复杂,越演化越有序,最终进化成人。人类科技的进化历程也是如此,从低等到高等,从简单到复杂。
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这两种时间之箭,看起来完全相悖:自然的熵增定律——越来越衰败、越来越耗散、越来越无序;实际的生命和科技进化——越来越复杂、越来越有序。那么,是什么调和了二者之间的矛盾?答案是“开放”。因为从简单到复杂的演化系统,它们绝大部分并不满足热力学第二定律中熵增的前提条件,即它必须是一个封闭系统。
2.1 开放带来秩序
那么,对于开放系统,熵到底增加还是减少?热力学定律并没有回答这个问题,这给后人的研究提供了各种可能性。开放系统,就是通过input(输入)和output(输出),与外界环境进行物质、能量、信息交换的系统。
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开放系统的热力学第二定律可以这样理解:只要从外界吸收进来的“有序”,能够快于内部产生的“无序”,这时候,整个系统就有可能演化得越来越有序。换言之,开放系统的关键不在于它往有序还是无序增长,而是在于它要比较“输入输出”的速度,看谁快谁慢。
从系统的角度来说,开放系统的内部会源源不断地产生熵、产生无序,这就是我们人类衰老的原因。每一次新陈代谢的过程其实都是一种摩擦,这种摩擦就是一种消耗,意味着无序的产生。
所以,任何一个系统本身,都在不停地向外产生熵,产生无序。为了抵抗这种熵增,我们就需要从外界去吸收有序进来。
所以,我们吃食物不是在补充能量,因为能量永远是守恒的,你吃进去的能量都会释放出来。你之所以吃食物,更本质的原因是——你在获取食物之中的负熵。所谓的秩序,就是用负熵对抗内部熵。当获得负熵的速度大于内部产生熵的速度,整个系统就有可能走向有序。
2.2 耗散结构:贝纳德对流实验
下面让我们来看一个简单的物理实验,这个实验告诉我们——开放并不复杂,仅仅从外界吸收能量、热量进来,就可以使系统走向有序,而且这是一种完完全全自组织、自发形成的有序。
这个实验叫贝纳德对流(Benard convection)实验。
在一个薄薄的容器中,放上一层薄薄的液体,给这个容器的底部加热。当加热均匀以后,容器内液体的上下两个表面,就会形成温度差。当温度差小的时候,液体表面看起来毫无波澜。当温度差超过某个阈值以后,液体就可能会发生翻滚,就会沸腾。
神奇的是,在温度差超过阈值之前,会出现六角格样子的斑图(pattern,有规律的形状、斑纹)。
原因在于:当液体差达到一定温度以后,会形成对流现象。也就是说,底部的液体分子受热,只有翻转到上面,才能将热量释放。从侧面来看,就会形成像蛋卷一样的结构,这种结构就叫耗散结构。
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举例来说,我们在湖边看到的水波粼粼,就是典型的耗散结构。这种波纹是一种驻波,每一个水分子瞬息万变,稍纵即逝。但是,从整体上看这些这些水分子所形成的波纹,却是一个近乎不变的形态。
所以,对于耗散结构来说,看起来虽然虚幻飘渺、无法把控,每一个单元都在不停流变。但其实我们的生命系统,包括人类自身,所呈现的恰恰是这种动态的耗散结构。
2.3 秩序与混沌,如何平衡?
看到这里,也许你会忽然对世界产生了迷茫,”我“原来虚无缥缈,原来并不存在。那么,耗散结构,真的就没有任何规律可言吗?
不是的。
看似虚幻飘渺的耗散结构,其实存在着非常精确的规律。这就是规模法则(scaling law)。
所谓规模法则,就是指事物的某些变量,会与事物的规模(即大小)呈现清晰的、通常是非线性的幂律关系。
要想理解规模理论,就必须理解一个英文单词,Scale。这个动词实际上是对一个系统进行缩放,这种拉伸放大会对系统本身造成一系列非线性的影响。这些非线性的影响,在很多情况下是反直觉的。
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2.4 两个5寸披萨换一个9寸披萨,赚了还是赔了?
假设某一天你走进披萨店,点了一个9寸的披萨。过了一会,服务员突然和你说:“抱歉,9寸披萨已经卖完了,我能不能给您换成两个5寸的?”
很多人凭直觉的第一反应是,“换啊,赚大了,两个5寸加起来大于9”。看起来,你占了便宜。其实,它的陷阱恰恰就在于这种非线性特性,披萨吃的是面积而不是长度。几寸说的是披萨的直径。
圆的面积公式为S=πr2  ,1寸=2.54cm
9寸披萨面积=3.14*(4.5×2.54)2=410.22cm2
一个5寸披萨面积=3.14*(2.5×2.54)2=126.61cm2
两个就是253.22cm2
所以,实际上两个5寸披萨的面积远远小于9寸。你是吃亏的,你不应该换。
2.5 胖子比瘦子更节省能量?
1932年,生物学家克莱伯(Max Kleiber)做了一组实验,他将各种哺乳动物称重,以体重作为横坐标,新陈代谢率为纵坐标。结果是:大到几吨重的大象,小到几十克的老鼠,都齐刷刷地站在了一条直线上,这条直线的斜率为3/4。