規(guī)模法則：把握復(fù)雜現(xiàn)象背后的統(tǒng)一性

《規(guī)模法則：探索從細(xì)胞到城市的普適規(guī)律》張江 著 圖靈·人民郵電出版社

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2020年以來，人類社會的發(fā)展仿佛呈現(xiàn)出一條全新的軌跡：極端天氣、俄烏沖突、股市熔斷、糧食危機(jī)，這些重大事件集中發(fā)生。與此同時，以人工智能、區(qū)塊鏈、元宇宙等顛覆性技術(shù)為代表的高科技產(chǎn)業(yè)仍在不遺余力地加速推進(jìn)著。人們樂觀地以為新的問題只有通過新的技術(shù)變革才能解決，但其實(shí)每一項(xiàng)新的發(fā)明都有可能引發(fā)新的問題和挑戰(zhàn)。人們不禁要問：這意味著什么？世界將要奔向何方？

應(yīng)對人類百年未有之大變局，就必須站在一個全新的視角上進(jìn)行系統(tǒng)性的思考。首先，這一全新視角需要拋開所謂“學(xué)科”的狹隘局限，將古今中外各個學(xué)科的知識統(tǒng)合起來；其次，它要求我們既要站在全球的宏觀視角把握大的發(fā)展趨勢，又要深入細(xì)節(jié)，給出精細(xì)微妙的處理方案；最后，它還要求我們必須認(rèn)識到所有這些問題都并非彼此孤立，其背后存在關(guān)聯(lián)性與統(tǒng)一性。

復(fù)雜科學(xué)無疑將承擔(dān)起歷史的重任。這門自20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新興學(xué)科試圖采用跨學(xué)科的方法，研究各類復(fù)雜系統(tǒng)背后的統(tǒng)一規(guī)律。盡管它還很年輕，還沒有一個普遍公認(rèn)的概念體系和學(xué)科框架，但是它的跨學(xué)科范式、多尺度的研究視角、超越還原論的研究方法以及普遍聯(lián)系的世界觀，足以讓它擔(dān)此重任。

《規(guī)模法則》講的正是復(fù)雜科學(xué)研究和關(guān)注的問題。這本書中的內(nèi)容，按照我們一般的知識經(jīng)驗(yàn)和學(xué)科框架應(yīng)該歸于哪一個部分？顯然，大家都會從書名和內(nèi)容簡介中意識到這本書將是極其有趣的，卻又有些陌生：應(yīng)該把它裝進(jìn)我大腦中的哪個學(xué)科板塊呢？

我們對“量變引起質(zhì)變”都非常熟悉。然而，對不同的事物或者系統(tǒng)而言，與它們本身相適應(yīng)的量，比如大小、規(guī)模、壽命等，應(yīng)該是多少呢？這些量是否遵循相同的規(guī)律？這個規(guī)律具體又是什么？或者說，量變引起質(zhì)變，進(jìn)而導(dǎo)致事物由此變彼，可這背后還有不變的東西嗎？這些問題正是本書試圖回答的。對于復(fù)雜系統(tǒng)研究也許還有“新萬物理論”——規(guī)模法則。

回到開頭的問題，規(guī)模法則似乎該歸類為物理學(xué)。然而它的研究對象橫跨整個自然界與社會，從細(xì)胞到企業(yè)甚至國家，顯然并不局限于物理學(xué)范疇。實(shí)際上，學(xué)科的門類曾是為了方便人的認(rèn)知而劃分的，今天，我們是時候打破它們之間的壁壘了。我們不妨開拓一塊新的領(lǐng)地來存放它，這里將弱化甚至摒棄學(xué)科間的差異，為我們認(rèn)識事物提供一個新視角，一個新工具。

規(guī)模法則是什么？簡單來說，規(guī)模法則力圖對具有不同規(guī)模的事物一視同仁，無論它是生命系統(tǒng)還是非生命系統(tǒng)，無論它來自人類社會還是自然界，都力求找出它們背后共同遵循的規(guī)律。規(guī)模法則研究各種看似毫不相干的對象的各種宏觀表征隨系統(tǒng)規(guī)模變化的規(guī)律，且這些規(guī)律通常能夠用一個簡潔的冪律公式概括。

如何理解冪律？比如馬太效應(yīng)，也叫二八定律，它廣泛存在于社會財富、市場份額、網(wǎng)絡(luò)流量、學(xué)術(shù)引用等的分布及資源、聲譽(yù)和權(quán)力等的分配中。在統(tǒng)計(jì)上，它們都服從冪律分布。再比如，鯊魚、鈔票、人和股票價格的移動/變化共同遵循“萊維飛行”模式，即它們大多數(shù)時間移動/變化的幅度比較小，而少數(shù)時間則非常大。

從一般的時間角度來看，老鼠、人、大象之間的壽命差異很大，這是由它們巨大的體重差異所導(dǎo)致的不同新陳代謝率造成的，且它們的壽命與各自的體重都遵循同一個冪律公式。不同于一般時間的概念，如果將相鄰兩次心跳之間的時間間隔看作一個單位時間（也叫生理時間），這些物種的“壽命”卻很相近，因?yàn)樗鼈円簧男奶偞螖?shù)幾乎相同。也因?yàn)椴煌锓N生理時間之間的差異，老鼠總顯得毛毛躁躁，而大象則慢慢悠悠。那為什么它們一生的心跳總次數(shù)幾乎相同？在生命體的生長過程中，為什么蝦、雞和牛都遵循相同的生長曲線？心跳總次數(shù)和生長曲線又是怎樣被它們與規(guī)模之間的冪律關(guān)系所決定的？這些問題的答案都在本書中，有待大家自行探索。

似乎這些問題與我們的生活關(guān)系不大？但下面的事情卻與我們息息相關(guān)。

在藥品說明書上經(jīng)常可以看到“兒童減半”的說明，嚴(yán)格來說這并不準(zhǔn)確。規(guī)模法則告訴我們，當(dāng)一個兒童的體重是成人的一半時，他應(yīng)該服用的準(zhǔn)確劑量是成人的60%。或許減半服用并不是多么嚴(yán)重的事，最多效果欠佳或見效慢。然而反過來，當(dāng)成人按照兒童劑量的雙倍服用時，則可能因藥物過量導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。而造成這種差異的原因，也是源于規(guī)模法則中冪律形式的非線性關(guān)系。

相比如何科學(xué)服藥，我們可能更關(guān)注一些有關(guān)人類社會的大問題。比如，為什么科技進(jìn)步放緩之后，內(nèi)卷現(xiàn)象就會加劇？為什么城市生活節(jié)奏越來越快？

復(fù)雜科學(xué)可以看作系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展到當(dāng)今世界的一個新階段。不同于牛頓給人們描繪的一個機(jī)械性、確定性的世界：只要設(shè)定了初始狀態(tài)，世界萬物都將按照確定的規(guī)律運(yùn)行，如同精心設(shè)計(jì)的機(jī)械鐘表一樣準(zhǔn)確無誤，復(fù)雜科學(xué)面對的往往是具有不確定性的世界，就如同大家熟知的蝴蝶效應(yīng)，它形象地展現(xiàn)了非線性系統(tǒng)對初始值的極端敏感性，也體現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)一個有意思的現(xiàn)象——混沌。事實(shí)上，大多數(shù)真實(shí)系統(tǒng)既不是混沌的，也不是秩序的，而是處于兩者之間，我們稱之為混沌與秩序的邊緣狀態(tài)。

另外，我們需要看到，規(guī)模法則的形成，既是作者、韋斯特及更多研究者合作的結(jié)晶，更是跨越多個學(xué)科交叉研究的成果。今天，學(xué)科間的壁壘經(jīng)常讓研究和知識變得彼此陌生和難以溝通，這本身阻礙了人們對復(fù)雜的、宏大的、跨學(xué)科的問題的認(rèn)識與研究，也阻礙了普適的“萬物理論”的發(fā)現(xiàn)。甚至可能某些領(lǐng)域已經(jīng)獲知了一個新的“萬物理論”，卻因囿于狹窄的學(xué)科經(jīng)驗(yàn)和不夠開闊的視野而難以將其“舉一反三”拓展到其他領(lǐng)域。正如克萊伯定律也需要跳出生物學(xué)范疇，在其他自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)中驗(yàn)證之后，才能意識到它的“萬物理論”的性質(zhì)。

(作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，國際網(wǎng)絡(luò)科學(xué)學(xué)會理事)

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