從2021年諾貝爾實體學獎看複雜系統科學的時代意義

複雜系統科學，也稱複雜性科學（Complexity Science），興起于20世紀80年代，是系統科學發展的新階段，也是當代科學發展的前沿領域之一。複雜系統科學的發展，不僅引發了自然科學的變革，而且日益滲透到哲學、人文社會科學領域。著名實體學家霍金曾預言：21世紀是複雜性科學的世紀。

最近，複雜系統（Complex Systems）這個詞出現在諾貝爾實體學獎官方網站最醒目的位置。瑞典皇家科學院将2021年的諾貝爾實體學獎授予三位實體學家，表彰他們“對我們了解複雜實體系統的開創性貢獻”。美籍日裔科學家真鍋淑郎、德國科學家克勞斯·哈塞爾曼因為“地球氣候的實體模組化，量化可變性并可靠地預測全球變暖”的研究共享了諾貝爾實體學獎的一半獎金；意大利科學家喬治·帕裡西因為“發現了從原子尺度到行星尺度的實體系統中的無序和漲落的互相作用”而獲得了諾貝爾實體學獎的另一半獎金。從愛因斯坦和普朗克開始，一百多年來人類的科學探究在一定意義上正是沿着複雜性視角确立的方向不斷進步，2021年諾貝爾實體學獎的揭曉更加诠釋了複雜系統科學的光明前景和時代意義。

從無序的複雜系統中尋找有序

面對自然界與人類社會的複雜性問題，我們要堅持馬克思主義科學的世界觀方法論。真實世界是複雜的，物質在時空領域内互相作用，事物之間是以産生了非線性的普遍聯系。在2021年諾貝爾實體學獎的頒獎詞中有兩個關鍵詞：“氣候”和“無序”。所謂“無序”，是指事物之間發生的一種無規則、不穩定的随機聯系，這也是人們對各種複雜現象最直覺的感受，但“無序”不是絕對的。在一個複雜系統中，無序在很大程度上源于混沌，秩序由混沌演化而來。獲獎實體學家的研究有個共同點，即從無序的複雜系統中尋找有序，運用數學工具建立實體模型，進而精确預測混沌演化的結果。19世紀基于一系列新社會因素以及科學發現（如細胞學說、進化論）向辯證思維複歸的曆史事實，馬克思、恩格斯運用唯物辯證法對物質在時空領域内普遍聯系的科學研究，運用曆史唯物主義對人類社會演化動力學的揭示，都充分反映出馬克思主義世界觀方法論的複雜性視域。面向21世紀，充分吸收複雜系統科學的最新成果，有助于我們深化馬克思主義的世界觀方法論，進而更加科學有效地應對自然與社會的複雜性問題。

推動建構适用于複雜性問題的科學理論

加強前瞻性、引領性基礎研究，推動建構适用于複雜性問題的科學理論。在科學研究中，發現一套新的理論就意味着已經敲響了下一個理論進步之門，而且會産生一系列連鎖反應。如今我們面臨的很多“卡脖子”技術問題，主要就是因為基礎理論研究跟不上，源頭和底層邏輯沒有搞清楚。20世紀80年代前後，喬治·帕裡西在無序的複雜材料中發現了隐藏着的模式，該項發現是對複雜系統科學最重要的貢獻之一，這使得了解和描述許多不同的、完全随機的材料和現象成為可能，而且其影響不限于實體學，還涉及其他領域，如數學、生物學、神經科學和機器學習。綜觀三位2021年諾貝爾實體學獎獲得者的成果，盡管選題有所差異但皆與“複雜”相關，複雜系統科學的前瞻性和基礎性可見一斑。複雜系統科學的研究領域覆寫了從生命、宇宙到經濟社會的一系列複雜性問題。2021年諾貝爾獎融入了對人類社會發展起決定性因素的重大事件的考量，深耕複雜系統科學的獲獎者因其對人類命運的科學關懷而榮獲表彰，複雜系統科學的引領意義不言而喻。從15世紀下半葉開始，基于還原論的自然科學迅速發展起來，人們把自然界分解為各個部分，把各種自然過程和自然對象分成一定的門類，對有機體的内部按其多種多樣的解剖形态進行研究。以牛頓為代表，近代自然科學形成以後，科學家開始習慣于将整體還原成局部來認識，比如化學研究分子，實體學研究原子，生物學研究器官、組織、細胞等。恩格斯批判過這種習慣，認為是把各種自然物和自然過程孤立起來，撇開宏大的總的聯系去進行考察。複雜系統科學把世界視作一個整體，按照沃爾德羅普的說法，它是誕生于秩序與混沌邊緣的科學，研究難度相當之高。複雜系統科學更強調整體論，對于世界總體圖景的把握主要着眼于“整體大于部分之和”的湧現性（非線性作用的趨勢和結果）。面對紛繁複雜的實體、資訊和社會系統，複雜系統科學敢于突破學科壁壘，并且有能力提供一套全新的、可以了解複雜系統屬性的概念架構。

通過跨學科交叉研究推動原始創新

建立開放的學科體系，通過跨學科交叉研究推動原始創新。集大成者，方得智慧。當代科學技術發展的一個顯著趨勢，就是不同領域互相交叉融合，向整體論、一體化方向發展。習近平總書記在2020年科學家座談會上強調，“科技創新特别是原始創新要有創造性思辨的能力、嚴格求證的方法，不迷信學術權威，不盲從既有學說，敢于大膽質疑，認真實證，不斷試驗”。推進原始創新，要求廣大科技工作者敢于提出新理論、開辟新領域、探索新路徑，但這不是毫無章法的冥想，跨學科交叉是促進原始創新的重要途徑。在20世紀獲得諾貝爾自然科學獎的466位頂尖科學家中，具有學科交叉背景的人數占總獲獎人數的40%多。今年獲獎的喬治·帕裡西在粒子實體學、統計力學、流體動力學、凝聚物、超級計算機等多個領域作出過重大貢獻并且得到廣泛認可。進入21世紀以來，全球科技創新進入空前密集活躍的時期，新一輪科技革命和産業變革正在重構全球創新版圖、重塑全球經濟結構。資訊、生命、制造、能源、空間、海洋等領域的原創突破為前沿技術、颠覆性技術提供了更多創新源泉，學科之間、科學和技術之間、技術之間、自然科學和人文社會科學之間日益呈現交叉融合趨勢，科學技術從來沒有像今天這樣深刻影響着國家前途命運，從來沒有像今天這樣深刻影響着人民生活福祉。在這樣的背景下，我們必須擺脫近代以來科學研究方法上受“還原論”的束縛，主動做“智者不誇其所長”的典範，不能因學問越做越深而知識面越來越窄。我們要在不同學科群之間推動協同創新和內建創新，進而探索出在不同學科領域都互相印證的規律性認識。

科學應對萬物智聯時代的治理難題

促進複雜系統科學向人文社會科學領域延伸，科學應對萬物智聯時代的治理難題。随着人類對物質世界運動規律的認識不斷深化，自然科學與人文社會科學的方法互通性日益凸顯，進而延伸出大量交叉學科，譬如複雜經濟學——基于量子力學的世界觀和熊彼特技術創新理論重建立構了經濟學的研究範式：收益遞增、路徑依賴、随機性小事件、進化。為了更有效地破解經濟社會治理難題，複雜系統科學向人文社會科學領域延伸是大勢所趨。19世紀中葉英國完成第一次工業革命，那個時候馬克思、恩格斯便敏銳地發現了社會化大生産作為一種曆史趨勢的必然性。今天，我們正在經曆大資料和智能化驅動的第四次産業革命，社會化大生産之“大”無論在規模還是深度上都超越了19世紀。人類命運共同體在全球供應鍊體系與數字基礎設施的矩陣中，将逐漸超越國界、深入互聯互通，虛拟空間與現實世界的結合将在時空疊加的寬廣次元上更加緊密。在一個萬物智聯的時代，經濟社會系統是開放的，其耗散結構特征越來越明顯，系統的“新陳代謝”始終伴随物質和資訊的流動，這是遠離平衡态的，而在遠離平衡态時會産生一種使之趨于平衡的動力。我們一方面感慨于現代化的突飛猛進，另一方面也憂慮不确定性不穩定性明顯增強隐藏的危機挑戰。目前，已經有學者通過引入複雜性科學方法來拓展科學社會主義方法論，以此推動科學社會主義面向21世紀經典範疇與傳統命題的更新，譬如海因茨·迪特裡奇基于系統論、控制論對社會主義演化發展的複雜動态性研究，以及一些學者基于量子複雜系統理論對社會主義建設體系的研究，都是值得重視的。

我們正處在一個發生深刻而複雜變化的時代，“不确定性”可能是這個時代最大的“确定性”。當下我們越是深入探究自然和社會的奧秘，就越是能敏銳感覺到變幻無窮的複雜性。三位實體學家的研究成果讓我們看到了複雜系統科學的适用性，更加讓我們堅信這一前沿理論方法能夠有效幫助人類應對日益凸顯的複雜性問題。