为什么只见树木不见森林：从简单现象到复杂系统

《为什么只见树木不见森林》以其独到的见解，让我们在复杂性科学的海洋中遨游，发现那些看似无关却又紧密相连的事物。无论你是科学迷，还是对周遭世界充满好奇的普通读者，这本书都会为你开启新的视角，提供全新的思考方式。这本书不仅适合科学爱好者，也适合任何渴望理解这个世界更深层次运行规律的人。

在人类社会的历史轨迹上，全球变暖、新冠疫情、粮食危机和地区冲突等事件频繁发生，它们之间似乎存在着某种深层次的联系。不可思议的是，森林火灾与流行病、民粹主义与寻找食物的鱼类之间，可能存在着一种潜在的关联。这些现象都指向了一个核心事实：我们生活在一个错综复杂、万物相互联系的世界中。这种复杂性正是复杂科学存在的根本原因。

在这个互联互通的世界里，网络化思维、整体观和大局观成为解读复杂现象的关键。流行病、气候危机和生态系统的动荡，这些看似独立的问题实际上是更大系统的组成部分。复杂性科学家迪尔克·布罗克曼专注于探索我们这个时代的危机，以及它们与自然界复杂过程之间的模式、规律和相似性。

本书提供的新视角帮助我们将众多元素编织成有机整体，揭示表象之下的内在联系，并进行系统性的全面思考。书中不仅展示了自然界与社会现象之间的表面关联，还吸引读者深入探究这些现象背后的原因。从蓝藻到弹珠，作者用丰富的实例和插图带领读者揭开树木背后的森林，理解自然和社会运作的深层模式，从而更深刻地领悟复杂科学带来的思维转变。

人类最终要靠谁来拯救？这本书也许会告诉你答案。

迪尔克·布罗克曼（Dirk Brockmann），1969年出生，是德国著名的物理学家，目前担任德国柏林洪堡大学生物学研究所及柏林罗伯特·科赫研究所教授。他曾在杜克大学和哥廷根大学学习物理和数学，后赴美国西北大学任教。

迪尔克·布罗克曼的研究领域超越了传统物理学的边界，延伸至复杂系统、社会网络结构、计算神经科学、人类流动性及异常扩散等多个学科。他在跨学科领域的卓越贡献为他在全球学术界树立了杰出的声望。

序言 一起来吧

• 探索复杂性科学

1. 复杂性科学是什么：跨学科的问题导向研究
2. 还原论在复杂性科学中的应用：专注关键特征
3. 物理学家：复杂性科学的探索者
4. 数学：解析复杂问题的关键工具
5. 复杂性研究在当今的重要性

第二章 同 步

1. 生态系统中的同步：猞猁-北极兔震荡系统，萤火虫和周期蝉
2. 人体中的同步机制：心律不齐和癫痫病发作
3. 人际中的同步：音乐厅里的掌声和股票经纪人
4. 传染病控制的节奏与同步：激活剂-抑制剂系统
5. 数学视角下的同步现象：藏本模型

第三章 网络研究

1. 小世界效应：小是新的大
2. 社交网络集群分析：宽吻海豚的社交圈和人类的接触网络
3. 集群形成的社交网络研究：Jujujájaki模型     
4. 网络的共性：普遍遵循“富者更富”的幂律分布特性
5. 网络科学研究的意义：疫苗接种

第四章 临界系统

1. 自组织临界性：动态系统自发趋向临界点
2. SIR模型：分析临界系统
3. SIR模型应用：火灾与群体免疫
4. SIR模型局限性：社会因素考量
5. 沙堆与森林火灾模型：系统波动性
6. 生命进化与技术创新的临界性特征：突变、间断平衡和幂律分布
7. 分形结构：稳定性与变革的平衡

第五章 临界要素

1.胚胎发育和细胞分化：临界点转变

2.基因调控网络：临界状态平衡

3.生态系统：多重稳定性与临界状态

4.临界要素：在生态系统、气候系统、经济系统、社会系统中的作用

• 集体行为

1.行军蚁：自组织与集体协同

2.爱的大游行：群体活动中的临界点现象

3.集体行为的本质特征：基于依据局部信息做出反应

4.人类行为模式：规则驱动的本质

5.集体智慧的本质：简单规则与局部互动

6.集体决策的形成机制：简单规则与局部互动

7.集体共识的形成：无意识的结果

8.社交媒体与集体意见极化：强化个人信念

9.经典的意见形成模型：探索集体意见的产生

10.激进性和极端主义传播的模型：预测两极分化和极端主义增加

11.过滤气泡和回声室效应：加剧意见极端化和社会分裂

第七章 合 作

1.进化论：局限性与复杂性

2.微生物学：生命系统中的重要角色

3.合作共生：高等生命的起源

4.人类与微生物合作：经典的互惠主义

5.全生物概念：相互作用与协同合作

6.进化博弈论：自然界合作策略的学习与应用

结语 头球制胜

欢迎来到本书的世界！马上你就会知道：本书的书名是一个比喻，尽管你在书中也会获取些许关于森林的知识，但你所阅读的并非一本关于森林的书籍。本书可以用一句话概括：建立整体观、大局观就是要认识自然界中的复杂现象与复杂的社会进程之间的相似性，将两者建立关联，并且从这些关联中学习到一些有用的东西。

这听上去有些泛泛而谈和抽象，那么我举个例子：2008年9月15日，美国投资银行雷曼兄弟公司申请破产，作为美国有史以来最大的和最具传统的银行之一，雷曼兄弟的崩塌将已持续一年的全球金融危机推向高潮，导致约4万亿美元的股票市值损失，并且引发世界经济的大震荡。雷曼兄弟遗留下2000亿美元的债务，不得不在最短的时间内解雇约25000名员工。在该事件之前，类似雷曼兄弟这样的投资银行自身都贴有“大而不倒”的标签。鉴于这样的公司在全球金融市场上的绝对分量如此之大，人们认为，国家干预会始终确保这样的公司不会走到破产的境地，毕竟破产所造成的后果将是灾难性的。时至今日，专业人士之间在争论不休，究竟是哪些机制和因素引发了这场危机，为什么没有人事先预见危机的到来，以及为什么即便是像艾伦·格林斯潘（曾担任美国联邦储备委员会主席至2006年）这样的众多世界上最杰出的经济学家也公开表示，当前的经济学理论、假设和方法还不足以反映现实。这种预感由来已久，因为早在2006年，也就是全球金融危机爆发的两年前，美联储就与美国最重要的科学院共同组织了一次会议，来自数学、物理学、经济学和生态学等领域的科学家和专家齐聚一堂，在会上就重新思考市场“系统性风险”的议题展开讨论，并且学习更地理解在哪些条件下市场可能在短时间内被破坏和崩溃。在那次会议上，来自生态学领域的思想、认知和理论模型做出了重大贡献。

自20世纪70年代中期以来，生态学领域关注的焦点问题始终是，哪些特性使得生态网络可以如此稳定。从某种意义上说，生态网络通过数亿年的存在已证明其稳定性。生态系统是一种高度动态、高度相互联系的、具有不均匀性的系统，可以快速适应不断变化的条件，即具有适应性，尽管经常受到高度破坏性的影响，仍能找到恢复平衡的方式。在会议上，生态学的许多认识被转化到经济学语境下，从而把表面上看似完全不同的经济学和生态学关联了起来。之后不久，著名科学家西蒙·莱文和罗伯特·梅（1936—2020）在一篇题为《银行家的生态学》的短文中讨论了其中的许多关联。

本书所围绕的中心就是这些建立在人们通常以为不相关的领域或现象之间的桥梁。西蒙·莱文和罗伯特·梅两人都是或者说曾是最杰出和最有影响力的科学家，他们研究探寻生物学社会现象之间的相似之处，并启发了整整一代的复杂性科学家。两位中的一位原本是数学家，而另一位是理论物理学家，但他们最重要的著作发表在生态学、流行病学、社会科学和经济学领域。如果有人问及我的教育背景或职业时，我现在的答案是：“我来自理论物理学领域。”我改掉了“我是物理学家”的习惯性回答。为什么？原因很简单。对于每一个表述，重要的是不仅说的准确，对方听到的也要准确。信息必须要在接收者的脑海中形成正确的形象。当回答“我是物理学家”时，生成的形象并不总是准确的，因为我不从事物理学典型问题的研究。面对随后接着的问题——“我的专长是什么”时，我通常会回答“复杂性理论”“复杂性”“复杂性科学”，或者只是简单回答“复杂系统”。然后，对话交流要么就此打住，要么有人想进一步详细了解，这时我便会把这本书送出。

其实我原本学的是理论物理和数学，但如今我对理论物理的态度就像对待我的家乡，即位于不伦瑞克（德国中北部城市）附近的村庄一样。我能感受到情感上的亲近，有时会产生思乡之情，但我很少回去，只是定期探访，所以对当地环境依然熟悉，并且仍然拥有在那里成长过程中所学习和掌握的技能。正如远离我故乡的村庄一样，我钻研的内容也早已走出传统物理学的范畴。

这本书到底是写什么的。一方面，这本书是关于新视角，以及关于在你的脑海中创建正确的图像。就像我们通过密切地关注一个接一个的元素（小扫视），将它们连接起来，然后编织成一个整体（大扫视），最后在脑海中组合出一整个被观察的画面。本书旨在引领你感知十分迥异的主题和理念，并且向你揭示其中存在的、可能没有被人预料到的关联。如果一切顺利，“复杂性科学视野下的自然与社会”这一画面应该会自动浮现在你的脑海中，你还将意识到这些主题之间的关联。另一方面，本书关注的是，努力让你着迷于表面上非常不同的自然和社会现象之间所展现出的关联和相似之处，并且试图去探索缘由。或许你和我一样，一旦在完全不同的事物之间找到联结与关系，会感到新认识的魔力，尤其是当这些联结还具有隐秘性的时候。我们眼球的运动怎么会和信天翁、蜘蛛猴的运动有相似之处呢？人们如何发现这些联结与关系的迹象？关联处于什么地方？我们可以从中得出什么结论？

写这本书的念头在我脑海里酝酿了很久。5 年以来，我一直在洪堡大学的生物学系讲授一门参加人数众多的“生物学中的复杂系统”课程。听课的学生通常来自生物学专业，但也有来自许多其他专业学科的。在我每年的授课中发现，在完全不同的现象之间寻找相似之处和复杂性理论的整体性思维方式让许多学生着迷。作为一名大学教师，这门课程最初对我来说是一个巨大的挑战，因为扎实的数学和物理学教育背景有助于学生深入地理解这些关联性，而我无法保证所有学生都有这样的教育背景。所以我认真考虑了一下，如何在不涉及数学知识的情况下传授课程内容。为了这门课程，我设计了探索复杂系统的网站（www.complexity-explorables.org），汇集了基于网络的交互式计算机模拟技术，用于解释生态学、生物学、社会科学、经济学、物理学、流行病学、神经科学和其他领域的各种复杂系统。当需要用到数学知识时，可以借助“体验”系统并与这些系统做游戏来学习，在这过程中，交互式计算机模拟技术会非常有帮助。在此背景下，出一本能够让广大读者了解复杂性思维方法的书的想法水到渠成。

在我看来，复杂性科学提供了十分有用的观点和见解，尤其是在当今的时代。2000 年 1 月，著名物理学家史蒂芬·霍金（1942—2018）在“千禧年访谈”中被问到对 21 世纪有什么期望，他回答道：“我认为，21 世纪将是复杂性的世纪。”为了理解当今的发展，解决我们这个时代的危机，霍金认为有一种方法是有帮助的，其核心要素是寻找相似性和关联，聚焦关注共同点，尤其是在完全不同的科学分支之间。因为自然灾害、全球化、经济危机、大流行病、生物多样性的丧失、战争和恐怖主义、气候危机、数字化的后果、阴谋论，这些不能被视为孤立的现象，这些危机不仅本身是极其复杂和多层次的，而且往往还相互关联。

为了解决问题，并且更好地战胜当前和即将到来的灾难，必须用相互联系的方式进行思考，必须能够认识到哪些要素是本质上的、必不可少的，更加重要的是，哪些细节则是可以忽略不计的，这里所涉及的不仅仅是对现象的定性描述，人们必须寻找基本的机制、模式和规律。机制、模式和规律是十分有价值的，因为它们不仅有助于对系统进行描述，而且可以预测系统将如何应对外部条件的变化。所以，复杂性方法恰恰在这方面为传统科学方法提供了有效补充。在接下来的几个章节中，你将了解许多来自不同领域的例子，这些例子之间的关联性只有通过支撑它们的那些有趣的基本规则才能显现出来。在一个可以通过智能手机将世界上所有知识随身“携带”的世界中，我们可以将思维集中在动态关联上，而无须潜入各个学科和知识孤岛。

你可以按照惯例从前往后阅读本书，但是从后往前阅读也行得通。其实本书就是一张网络，网络就像圆圈一样，没有开端，也没有结尾。你可以按任意顺序阅读。