复杂的系统科学让我们看到新的前进道路

我们正处在智人在地球上行走的20万年左右的一个独特时刻。在漫长的历史中，人类第一次能够在全球范围内进行协调，使用关于个人行为的细粒度数据来设计健壮和适应性强的社会系统。2019-20年的大流行让人们认识到了这一潜力。在此之前，从来没有出现过新冠肺炎要求的那种集体的、有经验的、有见地的反应。是的，人们的反应是矛盾的、不均衡的和混乱的--我们在微弱的光线下摸索，但这是黎明的微弱光线。

在这个历史关头，我们应该承认并利用这样一个事实：我们生活在一个复杂的系统中，这个系统有许多相互作用的主体，它们的集体行为通常很难预测。了解复杂系统的关键特性可以帮助我们澄清和应对许多新的和现有的全球挑战，从流行病到贫困和生态崩溃。

在复杂的系统中，上一次发生的事情几乎从来没有关于下一步是什么的信息。世界总是在变化，部分原因是我们无法控制的因素，部分原因是我们自己的干预。在他的小说“百年孤独”(1967)的最后几页中，加布里埃尔·加西亚·马尔克斯(Gabriel García Márquez)描述了翻译一部重要手稿的其中一个人物，他强调了人类机构如何同时使我们预测未来的能力增强，又干扰了我们的能力，这是一个悖论：

然而，在到达最后一条线之前，他已经明白他永远不会离开那个房间，因为可以预见，这座镜子之城(或海市蜃楼)将在奥雷里亚诺·巴比洛尼亚完成破译羊皮纸的准确时刻被风摧毁，从人们的记忆中流放出去。

我们的世界与马尔克斯令人眩晕的幻想没有太大不同--简单因果推理的线性思维，人类的思维可以默认，并不是一个好的政策工具。相反，生活在一个复杂的系统中需要我们拥抱甚至利用不确定性。与其试图狭隘地预测和控制结果，我们需要设计足够强大和适应性强的系统，以经受住广泛的可能的未来。

想想看，在夏日的傍晚，成百上千只萤火虫在一起闪烁。这是怎么发生的？萤火虫闪光的决定被认为取决于它邻居的闪光。根据他们使用的复制规则，这种协调会导致组以“突发”或“急促”的方式进行同步。人类学家露丝·本尼迪克特在她的“文化模式”(1934年)一书中认为，社会制度的每个部分都以迂回的方式依赖于它的其他部分。这样的系统不仅是非线性的--整体大于各部分的总和--而且各部分本身的行为也取决于整体的行为。

就像成群的萤火虫一样，所有的人类社会都是集体的，是耦合的。集体，即是说，是我们的联合行为产生了全社会的影响。此外，我们的看法和行为取决于他人的看法和行为，也取决于我们共同建立的社会和经济结构。作为消费者，我们注意到超市卫生纸短缺，所以我们囤积卫生纸，然后是牛奶、鸡蛋和面粉。我们看到我们的邻居戴着口罩，所以也戴上口罩。市场上的交易员在察觉到下跌趋势后惊慌失措，随大流，呼应马尔克斯的说法，最终导致了他们担心的急剧下跌。

这些例子捕捉到了我们行为的集体结果如何在良性和恶性循环中反馈，以整体影响系统-强化或改变我们最初感知的模式，通常是以不明显的方式。例如，一些冠状病毒接触者追踪应用程序可以通知用户感染者的位置，这样就可以避免感染。当地行为和全社会信息之间的这种耦合很有吸引力，因为它似乎可以简化忙碌的个人的决策。然而，我们从多年来对群集和同步性的研究中知道，想想闪烁的萤火虫，耦合系统的动力学可能会令人惊讶。

最近发表在“自然物理学”上的一项研究发现，向有序状态的转变，比如鱼的鱼群(所有鱼都朝同一方向游动)，可能是由随机性或“噪音”本身反馈造成的，这是自相矛盾的。也就是说，鱼之间的错位会导致进一步的错位，最终导致向学校教育的转变。我们大多数人都不会猜到噪音可以产生可预测的行为。这一结果促使我们思考，像联系人追踪应用这样的技术，虽然在当地告诉我们，但可能会对我们的集体行动产生负面影响。如果我们每个人都改变自己的行为来避开感染者，我们可能会产生一种我们原本想要避免的集体模式：感染者和易感者之间有更高水平的互动，或者没有症状的人之间有更高水平的互动。

复杂系统对于不遵循正态分布或“钟形曲线”的事件也存在特殊的脆弱性。当事件呈正态分布时，大多数结果都是耳熟能详的，看起来并不特别引人注目。身高就是一个很好的例子：男性身高超过7英尺是相当不寻常的；大多数成年人的身高在5到6英尺之间，目前还没有已知的超过9英尺的人。但在传染病塑造行为的集体环境中-银行挤兑，争先恐后地购买卫生纸-可能事件的概率分布往往是厚尾的。极端事件发生的可能性要高得多，比如股市崩盘或感染人数激增。这些事件仍然不太可能发生，但它们发生的频率更高，而且比正态分布下的预期要大。

更重要的是，一旦发生罕见但意义重大的“尾部”事件，就会增加进一步尾部事件的可能性。我们可以称它们为二阶尾部事件；它们包括股市在大跌后的震荡，以及地震余震。二级尾部事件的初始概率非常小，几乎无法计算--但一旦一级尾部事件发生，规则就会改变，二级尾部事件的概率就会增加。

尾部事件的动力学是复杂的，因为它们是由其他不太可能发生的事件级联而成的。当新冠肺炎第一次受到打击时，股市遭受了令人震惊的损失，随后也出现了同样令人震惊的复苏。其中一些动态可能归因于前体育博彩者，他们没有体育博彩可赌，以投机者而不是投资者的身份进入市场。这些新玩家的到来可能会增加低效，并允许精明的长期投资者相对于拥有不同目标的投注者获得优势。在不同的背景下，我们最终可能会将2020年“黑人生命也是命”(Black Lives Matter)抗议活动的爆炸性增长视为三级尾部事件的一个例子：乔治·弗洛伊德(George Floyd)被杀引发的“黑天鹅”，但其起因是一种病毒，这种病毒对美国黑人社区造成了不成比例的影响，经济衰退、政府封锁，以及对政治领导力缺失的普遍失望。统计学家、前金融家纳西姆·尼古拉斯·塔勒布(Nassim Nicholas Taleb)辩称，黑天鹅在历史进程中可能扮演着不成比例的角色-部分原因可能是它们的规模，部分原因是它们不太可能意味着我们几乎没有准备好应对它们。

一阶尾部事件可能引发更多尾部事件的一个原因是，它改变了我们行为的感知成本，并改变了我们遵循的规则。这种游戏规则的改变是另一个关键复杂系统概念的例子：非平稳性。第二个非平稳性的典型例子是适应，宿主和寄生虫共同进化所涉及的军备竞赛就是例证。就像“红皇后”和“爱丽丝梦游仙境”中的爱丽丝一样，寄生虫和宿主都必须“跑”得更快，才能跟上对方在进化过程中提出的新颖解决方案。

学习改变了代理的行为，进而改变了系统的行为。比如一家在季度收益报告中捏造数据的公司，或者一名高中生，她把所有的时间都花在专门为高考而准备的学习上，而不是培养考试应该衡量的分析技能。在这些示例中，引入了一个度量作为能力的代理。系统中的个人开始将这些指标的表现与股东的幸福感或进入大学联系起来。当这种情况发生时，度量就变成了要博弈的目标，并且不再是它声称要评估的东西的客观度量。这就是众所周知的古德哈特定律，用一句商业格言来概括：“在你身上发生的最糟糕的事情就是实现你的目标。”

另一种类型的非平稳性与我们称为信息流的概念有关。系统可能没有改变，但我们掌握的有关它的信息量是改变的。虽然学习与我们使用可用信息的方式有关，但信息流与质量有关

复杂系统的特性是否意味着预测和控制是无望的企业？他们当然会让预测变得困难，而且倾向于对多种可能性进行情景规划，而不是预测最有可能发生的情况。但是，无法预测未来并不排除安全和生活质量的可能性。毕竟，自然界充满了集体的、耦合的系统，具有同样的非线性和非平稳性。因此，我们应该关注生物系统如何应对、适应，甚至在这样的条件下茁壮成长。

在我们转向自然之前，先谈谈人类工程学。自从文化史开始以来，我们这个物种就一直试图设计社会和生态结果。当工程是迭代的、“自下而上”并且需要很长时间时，这可以很好地发挥作用。但正如人类学家史蒂夫·兰辛(Steve Lansing)在他的著作“牧师和程序员：巴厘岛工程景观中的权力技术”(2007)中所讨论的那样，许多这样的干预都是无能为力的，或者更糟糕的是，是灾难性的。在其中一个部分，兰辛将巴厘岛有1000年历史的有效的当地供水系统与20世纪绿色革命期间中央政府工程师强加的系统进行了比较。这种自上而下的做法扰乱了这个脆弱的岛屿及其海岸线生态系统，并破坏了集体治理。

当我们使用原始数据做出定性决策时，就会发生惨败。其他原因包括对因果的简单理解，以及假设过去包含了关于未来的最好信息。这种“向后看”的预测，狭隘地聚焦于上一次“坏”事件，使我们容易受到感知上的盲目。看看美国如何应对2001年9月11日的恐怖袭击，在预防恐怖主义方面投入巨资，而牺牲了医疗、教育和全球贫困等其他问题。同样，在新冠肺炎危机期间，大量评论员强调医疗投资是关键问题。正如大流行所表明的那样，医疗保健是被忽视和重要的，但把它放在我们努力的中心，就会再次被过去所控制。

“指环王”的粉丝们可能还记得阿拉贡这个角色的计划，他计划把索伦的眼睛吸引到黑门，这样主人公弗罗多和山姆就可以通过另一条路线(一个可怕的蜘蛛状怪物的巢穴)溜进索伦的王国。这个计划依赖于索伦对过去的恐惧，当时阿拉贡的祖先从索伦的手指上切下了故事中心的强大戒指。关键是，狭隘的、充满情感的关注有效地阻止了我们察觉其他问题，即使这些问题就在我们眼皮底下发展。在复杂的系统中，针对这种倾向建立保障措施是至关重要的--轻松地说，我们将索伦的偏见命名为这种倾向。

有更好的方法来做出相应的、全社会范围的决策。正如数学家约翰·艾伦·保罗(John Allen Paulos)在谈到复杂系统时所说：“不确定性是唯一的确定性。知道如何在不安全感中生活是唯一的安全。与其根据上一次发生的坏事-将激光聚焦于恐怖主义或不平等，或将大量资源投入医疗保健-来对结果进行优先排序，我们可能会从自然界中的复杂系统中获得灵感，并设计流程，以培养对可能发生的一系列情景的适应性和健壮性。

这种方法被称为应急工程。它与传统的工程学有很大的不同，传统的工程学以预测为主导，试图控制系统的行为，并将其设计为实现特定的结果。相比之下，新兴工程将不确定性视为潜在建设性的生活事实。

当应用于全社会的挑战时，紧急工程产生了一种不同的解决问题的方式。例如，在一项建设性的不确定政策下，个人可能会得到很高的最低生活质量保证，但不会得到任何特定形式的社会结构或制度的保证。取而代之的是，经济、社会和其他系统的设计将使它们能够根据上下文的需要流畅地切换状态。这将需要在什么是好的和什么是正确的问题(公平、平等、机会均等)和对稳健性和适应性的承诺之间谨慎地平衡行动。这是一个具有挑衅性的提议，即使是在医疗保健或金融市场设计等规模相对较小的情况下进行试验，也需要涉足哲学、伦理和技术问题的泥潭。然而，大自然的成功表明它有潜力。

考虑到人体的大约30万亿个细胞(以及人体微生物群中的38万亿个细菌细胞)可能出现的所有问题，人体的功能非常强大。大自然通过两大类策略来维持事物的运转。第一

第一种策略依赖于所谓的健壮性机制。它们允许系统继续平稳运行，即使在扰动损坏关键组件的情况下也是如此。例如，如果基因表达模式在面对环境或遗传扰动(如突变)时不发生变化，那么它们就被认为是健壮的。有许多机制可以实现这种不变性，关于它们是如何工作的争论也很多，但我们可以在这里简化一下，给出基本的概念。一个例子是阴影增强剂：部分冗余的DNA序列，它调节基因，并在突变发生时协同工作，保持基因表达的稳定。另一个例子是基因复制，即基因有一个部分功能重叠的备份拷贝。如果原始基因受损，这种冗余性可以让复制的基因进行补偿。

在自然系统和工程系统中构建健壮性机制都可能是具有挑战性的，因为除非出现问题，否则它们的效用并不明显。它们需要预料到罕见但具有破坏性的扰动的特征。尽管如此，大自然还是发现了丰富的健壮性机制。和解--在争吵之后重修旧好，并将关系恢复到冲突前的基线--不仅仅是人类的发明。这在整个动物界都很常见，在许多不同的物种中都观察到了这种现象。在不同的背景下，人类心脏的复杂结构被认为通过随着既不是混沌也不是周期但具有分形结构的节奏跳动来赋予对广泛尺度上的扰动的稳健性。与工程中的典型方法不同，健壮设计侧重于发现在不断变化或不确定的环境中保持功能的机制。

大自然还有另一套小把戏在她的袖子里。系统进程运行的时间尺度对其预测和适应未来的能力具有重要影响。当事物变化缓慢时，预测就更容易了，但如果事物变化太慢，创新和应对变化就会变得困难。为了解决这一悖论，大自然建立了在多个时间尺度上运行的系统。基因变化相对较慢，但基因表达较快。猴群打架的结果每天都在变化，但他们的权力结构需要几个月或几年的时间才能改变。快速的时间尺度-猴子打架-有更多的不确定性，因此提供了一种社会流动性的机制。与此同时，缓慢的时间尺度-权力结构-提供了一致性和可预测性，使个人能够找出规律并制定适当的策略。

快动力学和慢动力学之间的时间尺度分离程度也很重要。如果有很大的分离，权力结构的变化非常缓慢，再多的战斗胜利也不会让一只年轻的猴子登上巅峰-即使这只猴子，随着经验的积累，成为了一名真正有天赋的拳击手。大分离意味着个人层面的“真实”信息--例如，年轻的猴子已经成为一名优秀的斗士--将需要很长时间才能在权力结构中得到反映。因此，如果权力结构变化太慢，尽管它可能会防止个人层面上的无意义变化，但它不会提供关于规则的信息-当事情真的发生变化时，比如我们年轻猴子的能力，谁可以真正成功地使用武力。

此外，有时环境要求系统作为一个整体进行创新，但有时需要静止。这意味着能够调整快进程和慢进程之间的时间尺度分离程度是有好处的，这取决于在“顶部”感受到“底部”的变化是否有用。这几点使我们回到我们早先关于非农的言论上来。

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