复杂性思维,如何帮助我们面对不确定的时代?| 高瓴 Curiosity​

技术将如何改变世界?在未来学家雷·库兹韦尔(Raymond Kurzweil)看来,技术奇点将在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”。

这当然只是关于未来可能性的推论之一,却也留下了一个问题:如何理解这个复杂而不确定的世界?复杂性科学或许能提供一种有趣的视角。

复杂性科学采用跨学科的手段,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。

那么进一步看,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

这个系统,也可以类比于商业世界——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。

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增定律。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。

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。

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。

▍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。

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。

▍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。

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

▍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。

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。

由此得出克莱伯定律(Kleiber’s law):对于哺乳动物,其基础代谢率与体重的3/4次幂成正比,这意味着——体重越大的生物体,它一定会新陈代谢越多

这个公式有一个重要的点,体重越大的物种,代谢率越少。举例来说,如果大象是老鼠体重10000倍,老鼠的代谢率为1瓦特,那么大象的代谢率就为1000瓦特(10000的3/4次方)。也就是说,大象仅需要比老鼠多1000倍的能量就能维持生命。这说明:体重越大,代谢能量越少。

克莱伯定律对企业有什么启发呢?

对于组织来说,在维持秩序的基础下,你一定要开放自身。因为在开放了以后,外界的物质、信息、能量才会流进来,促使整个系统变得越来越有序、越来越复杂。在另一方面,开放要适度。因为在吸收外界有序的能量时,也会有很多破坏的力量,会给系统造成混乱。

所以,企业要平衡秩序(管理的条条框框)与混沌(不管理、放任自由)的关系,将复杂系统平衡在一个中间的临界相变点,由此驱动你的系统产生复杂性的最大化——既可以通过混沌的力量产生创新,又可以让秩序的力量来处理复杂的信息。在理想状态下,系统应该停留在混沌与秩序的边缘区域,只有在这个区域,我们的系统才能逐渐地“复杂”起来,才能应付万变的环境。

如何通过竞争与合作

构建更大规模生态圈?

下面让我们来看一下复杂性阶梯中的“层级”部分。一旦演化出来了单细胞生命,它就会迅速地繁殖自身,形成一个庞大的种群。种群庞大后,它会进一步向上进化、升级,形成多细胞组织。我们的人体就很典型,每一个器官都是多细胞组织,每一个细胞都有同样的DNA,在不同环境下分化成不同细胞,比如心肌细胞,肺部细胞,胃细胞等等。最终,形成更复杂的层级进化。

层级组织的出现,将自身一切的生命功能、阶段变化,全部编码在它内嵌的DNA代码里,然后进行对外扩张,形成自复制,变成一个庞大的多细胞生物体。当一个细胞学会了自复制后,它就形成更宏大的组织,更强大的个体。

那么,组织层级进化的过程是如何形成的呢?

我们可以通过 “内共生理论”来解释。这理论由林恩·马古利斯(Lynn Magulis)提出,她认为真核生物,实际上是通过多个细胞之间相互吞食,即捕食与被捕食关系而实现的。

在生命演化的早期,线粒体很可能自己本身就是一个单细胞生物体。由于某种原因,另一个原核生物体吞食了线粒体细胞,却没有把它干掉。于是,线粒体就变成了原核生物体的发电厂,源源不断地将能量输送给它。

经过长时间的演化,也就是内共生的方式,这个原核生物体就变成了稳定的、多层次的一个结构。进而演化出更复杂的组织层级结构。

从宏观角度来看,实际上“合作”就是在促进更大组织、群体的形成,而竞争就是一种分裂行为,就是互相把对方干掉。

因此,从这个视角看,企业的合作与竞争就变成了to be和not to be的关系。所谓内共生,就是把竞争无限拖延下去,巧妙平衡各种力量,最终形成更大规模的组织、更大规模的生态圈。(完)

*文节选自北京师范大学系统科学学院教授张江演讲,文章为作者独立观点,不代表高瓴资本官方立场。
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