導語

世界并非簡單的線性組合，而是由無數相互作用的個體構成的復雜系統。從蛋白質折疊到氣候變化，從大腦運作到社會演進，復雜系統科學正試圖揭示這些系統背后的普遍規律，幫助我們更好地調控復雜系統。

狄增如| 受訪者

集智編輯部| 整理

如何定義復雜系統科學？

系統科學自創立之初，在錢學森先生以及一群具有遠見卓識的老一輩專家學者的支持下，就對系統科學有了一個基本的界定和定義。經過多年的發展，我們發現這一定義至今依然不過時，不得不令人欽佩老一代科學家的遠見卓識。

在系統科學的定義中，研究復雜系統實際上聚焦于探索復雜系統的結構、功能與環境之間的普適關系，以及系統演化和調控的一般規律。具體而言，這一研究有兩個核心關注點：一是系統本身的結構與功能；二是這些結構與功能如何隨著系統的演化而產生，以及我們可以通過何種手段對系統進行調控。這一定義幾乎涵蓋了復雜系統科學研究的核心內容，同時也為我們提供了指導性原則，幫助我們從合適的角度去研究各個領域中的具體系統。

復雜系統科學將如何發展？

復雜系統科學如今已成為21世紀各個領域的學術前沿。郭雷院士曾提出一個重要的論斷：各領域已廣泛進入研究復雜性及調控復雜系統的時代。因此，復雜系統科學在各個領域中的重要性日益受到關注。這是其重要性的一方面。另一方面，復雜系統科學的發展必須與具體領域緊密結合，不能空洞無物。只有通過解決具體領域的科學問題，我們才能實現發展一般復雜系統科學理論的目標。這兩個方面相輔相成，缺一不可。

我個人認為，復雜系統科學在生命和智慧領域具有特別重要的意義。

以生命科學為例，在20世紀的生物科學發展進程中，還原論占據主導地位。我們將生命拆解為一個個零件，將器官分解為細胞，進而深入到基因和蛋白質層面，形成了分子生物學、蛋白質組學和基因組學等堅實的研究基礎。然而，我們逐漸發現，僅對這些單元的認知是不夠的，我們還需要學會如何將這些單元組織起來，形成對生命整體的科學認識。因此，生命科學無疑是復雜系統科學的一個關鍵領域，我相信在不久的將來，這一領域將迎來重大突破。

人工智能技術的發展也為我們認識生命提供了重要支持。我們積累了大量關于蛋白質和基因的數據，但如何理解這些數據，將數據轉化為信息，信息轉化為知識，知識再轉化為智慧，是一個關鍵問題。人工智能在此過程中能夠發揮重要作用。例如，2024年諾貝爾獎授予AlphaFold，正是人工智能技術助力下，讓我們對蛋白質性質的認識實現了快速而廣泛的突破。這樣的技術進步為我們理解生命創造了有利條件。然而，真正的生命科學理解離不開復雜系統科學的支撐，這也是我們研究復雜系統的核心科學目標之一——理解生命，理解智慧。這些都是未來科學研究的重要主題和方向。

與生命密切相關的另一個領域是智能。關于大腦的研究已有悠久歷史，一直是科學探索的重要領域。美國和歐洲均推出了腦計劃等重大研究項目。然而，回顧現有研究，我們發現其在系統性和整體性方面仍有不足。未來，如何借助AI for Science的理念，利用人工智能技術幫助我們認識智能本身，同時通過對智能的理解反過來推動人工智能技術的發展，也應是復雜系統科學的重要方向。我相信，在不久的將來，這一領域同樣能夠取得突破性進展。

當我們在生命和智能領域取得科學突破時，復雜系統科學的重要性必將為更多人所認識和接受，其價值也將得到更廣泛的認可。

復雜系統領域有哪些核心的科學問題？

在國家自然科學基金委交叉學部的支持下，我們近期論證了一項關于復雜系統科學研究的重大規劃項目。在該項目中，我們對未來推進復雜系統科學研究需要解決的重要科學問題進行了系統梳理。

其中，核心科學問題聚焦于“涌現性”這一關鍵概念，即由大量單元組成的系統如何通過相互作用產生新的性質和功能。這是復雜系統科學研究最具根本性的課題。圍繞這一核心問題，我們從多個角度展開探索：

首先，在數學方法層面，我們致力于發展能夠融合不同空間尺度和時間尺度的數學建模方法與技術。其次，我們探索如何將科學計算領域的認知與理論研究更好地結合。此外，在特定理論和科學研究領域中，我們也關注有哪些比較重要的核心的科學問題。同時，我們還面臨一系列具體的科學挑戰。這些挑戰涵蓋方法論層面，包括數學和物理的基本理論與科學方法；也涉及具體領域中的科學問題，例如生命生態、氣候環境等領域的研究難題。通過這一規劃項目，我們希望為復雜系統科學的發展提供全面而深入的理論支持與實踐指導。

復雜系統科學的發展還需要什么？

首先，在科學研究范式和方法上，我們必須實現革新與突破。20世紀的科學成就大多是在還原論的指導下取得的，這種方法已深深融入我們的思維方式——遇到問題時，我們往往習慣通過拆解來理解。然而，復雜系統科學并非否定還原論，而是強調在還原的基礎上，必須回過頭來進行綜合與集成。如果無法將拆解的零件重新組裝起來，我們就無法真正實現對所研究系統的科學認識。簡單來說，我們不僅要會“拆”，更要會“裝”。復雜系統科學面臨的最大挑戰之一，就是如何將20世紀在還原論指導下拆解的零部件重新組裝起來。這種研究方向和范式的變革至關重要。在確定科學問題的認識、研究途徑和方法方案時，必須突出復雜系統科學路線上的創新，這是解決復雜系統科學問題的重要基礎和保障。

其次，當前社會科學、生命科學及智能研究正迎來重大機遇，同時也面臨挑戰。這得益于過去科學技術發展的積累，我們已擁有關于生命和智慧的豐富數據。然而，僅靠人力從這些數據中發現規律、提煉知識，難度極大。因此，科學研究必須與技術發展緊密結合。人工智能技術盡管存在諸多問題，但無疑將成為我們未來破解各種科學挑戰的重要技術支撐。

最后，我想強調的是，知識本身的重要性正在減弱，而知識如何被創造的過程變得至關重要。我們必須讓年輕人學習和掌握人類科技文明發展歷程中的知識發現過程。只有這樣，他們才能具備面向未知、應對未來各種挑戰的基礎。已有的知識并非最重要，如何創造出尚未被發掘的知識，才是真正的核心挑戰。

本文為科普中國創作培育計劃作品 受訪者：狄增如 北京師范大學系統科學學院教授 創作團隊：集智俱樂部 審核專家：張江 北京師范大學系統科學學院教授 出品：中國科協科普部 監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

關于集智俱樂部

集智俱樂部成立于 2003 年，是一個從事學術研究、享受科學樂趣的探索者的團體，也是國內最早的研究人工智能、復雜系統的科學社區。它倡導以平等開放的態度、科學實證的精神，進行跨學科的研究與交流，力圖搭建一個中國的 “ 沒有圍墻的研究所 ”。集智科學研究中心（民辦非營利企業）是集智俱樂部的運營主體，長期運營社區生態，催化理論創新。使命：營造跨學科探索小生境，催化復雜性科學新理論。

因果涌現讀書會第六季

在霓虹燈的閃爍、蟻群的精密協作、人類意識的誕生中，隱藏著微觀與宏觀之間深刻的因果關聯——這些看似簡單的個體行為，如何跨越尺度，涌現出令人驚嘆的復雜現象？因果涌現理論為我們揭示了答案：復雜系統的宏觀特征無法通過微觀元素的簡單疊加解釋，而是源于多尺度動態交互中涌現的因果結構。從奇異值分解（SVD）驅動的動態可逆性分析，到因果抽象與信息分解的量化工具，研究者們正逐步構建起一套跨越數學、物理與信息科學的理論框架，試圖解碼復雜系統的“涌現密碼”。

為了系統梳理因果涌現最新進展，北京師范大學系統科學學院教授、集智俱樂部創始人張江老師領銜發起，組織對本話題感興趣的朋友，深入研讀相關文獻，激發科研靈感。

讀書會將從2025年3月16日開始，每周日早9:00-11:00，持續時間預計10周左右。每周進行線上會議，與主講人等社區成員當面交流，之后可以獲得視頻回放持續學習。誠摯邀請領域內研究者、尋求跨領域融合的研究者加入，共同探討。

詳情請見：

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