什么使系统成为复杂系统?——一种关于自组织与涌现的方法

在技术与自然领域中,日益精确的观测所揭示的快速变化现实,使得一类具有特殊行为的崭新而广泛的系统引起了人们的关注,这些系统通常被统称为复杂性(complexity)。从以组元为节点、相互作用为连边的基本系统图表示出发,可以证明系统仅存在三种状态:简单、繁复与复杂,本文讨论了它们的主要性质。前两种状态在过去数个世纪中已被充分研究;而最后一种状态的根源在于一个基本事实:当系统性能被不断提升时,存在一个阈值,超过该阈值后,组元之间的相互作用将超过与外部的相互作用。于是系统发生自组织,并过滤相应的外部作用,使其对外部影响更具鲁棒性,同时涌现出仅从组元研究中无法预测的新行为。本文给出了物理与生物中的若干实例。区分了复杂性的三个主要行为类别,它们对应于处理其动力学时不同等级的难度。文中强调了将复杂态性质应用于人造系统的意义,并讨论了若干重要议题,集中于系统进入复杂态时所需的相对隔离与(外部)操作者对相应新能力的必要委派之间难以平衡的问题。这意味着需要在新的增强系统状态与监督操作者之间,以恰当的框架赋予系统一定的智能,这对经典的三元组 {效应器-传感器-控制器} 在新情境下的重组具有深远影响。此外,进入复杂态还为功能反作用于结构提供了可能,即在技术层面上模拟大自然在其漫长历史中的创造。