性。这些分枝的斑图与在云彩和海藻类群落中所观察到的紧致斑图显然不同。大 自然是如何生成这些斑图的?这些不同斑图模式的形成是否存在一种简单的原 理或普适的机制?目前还找不到对于这些问题的最终回答,但最近二十年来在这 方面的研究已经取得可喜的进展 混沌理论的成功也开启了复杂性科学的研究之门。在七八十年代,当人们认 识了混沌之后,对于从自然系统和社会系统中获得的各种时间序列,莫不用混沌 动力学来进行分析,检验其中的决定论性成分,重构其相空间,甚至建立预测模 型。混沌理论的成功,打破了人们的一个心理障碍:没有一个复杂系统因为太复 杂而不可触摸。人类已经到了直面复杂系统,攻克复杂性难题的时代 复杂性科学所研究的论题跨越非常大的范围,它包括人类语言、生命起源、 计算机、演化生物学、经济学、心理学、生态学、免疫学,和自旋玻璃、DNA 蜂群、地震以及各种非平衡系统的自组织等等。目前尚无复杂系统的确切定义, 这表明复杂性科学尚处于一个新研究领域的萌芽阶段。尽管已经发现象诸如复杂 自适应系统和对称破缺等一般性概念可以用来相当好地描述一大类复杂系统,但 目前还缺乏可以描写所有复杂系统的统一理论。然而有两种简单的思想能够解释 许多复杂系统的行为。其一是自组织临界性,其二是所谓活跃行走原理。自组织 临界性理论断言:许多大的动力学系统存在一种趋势,它会驱动自身到一种没有 特征空间尺度和特征时间尺度的临界状态。而活跃行走原理则描述了复杂系统中 的单元是如何通过与所共享的位形的相互作用而与其环境和在彼此之间沟通。活 跃行走原理已经被成功地应用于诸如介电击穿模式、玻璃中的离子输运和蚂蚁在 食物搜寻时的合作等等非常不同的问题的研究。 以上所概要的非线性动力学系统的物理或科学包含有序和无序的相互影响, 也涉及简单和复杂的交错。但从数学和处理方法上看,产生所有那些迷人的结果 的原因乃是系统的非线性。客观世界本来就是非线性的、复杂的。非线性物理就 是一门以非线性系统的普遍规律及客观世界的复杂性本身为研究对象的学科,它 在上一世纪八十和九十年代蓬勃发展,也将成为新世纪物理学研究的最前沿。 10--10- 性。这些分枝的斑图与在云彩和海藻类群落中所观察到的紧致斑图显然不同。大 自然是如何生成这些斑图的？这些不同斑图模式的形成是否存在一种简单的原 理或普适的机制？目前还找不到对于这些问题的最终回答，但最近二十年来在这 方面的研究已经取得可喜的进展。 混沌理论的成功也开启了复杂性科学的研究之门。在七八十年代，当人们认 识了混沌之后，对于从自然系统和社会系统中获得的各种时间序列，莫不用混沌 动力学来进行分析，检验其中的决定论性成分，重构其相空间，甚至建立预测模 型。混沌理论的成功，打破了人们的一个心理障碍：没有一个复杂系统因为太复 杂而不可触摸。人类已经到了直面复杂系统，攻克复杂性难题的时代。 复杂性科学所研究的论题跨越非常大的范围，它包括人类语言、生命起源、 计算机、演化生物学、经济学、心理学、生态学、免疫学，和自旋玻璃、DNA、 蜂群、地震以及各种非平衡系统的自组织等等。目前尚无复杂系统的确切定义， 这表明复杂性科学尚处于一个新研究领域的萌芽阶段。尽管已经发现象诸如复杂 自适应系统和对称破缺等一般性概念可以用来相当好地描述一大类复杂系统，但 目前还缺乏可以描写所有复杂系统的统一理论。然而有两种简单的思想能够解释 许多复杂系统的行为。其一是自组织临界性，其二是所谓活跃行走原理。自组织 临界性理论断言：许多大的动力学系统存在一种趋势，它会驱动自身到一种没有 特征空间尺度和特征时间尺度的临界状态。而活跃行走原理则描述了复杂系统中 的单元是如何通过与所共享的位形的相互作用而与其环境和在彼此之间沟通。活 跃行走原理已经被成功地应用于诸如介电击穿模式、玻璃中的离子输运和蚂蚁在 食物搜寻时的合作等等非常不同的问题的研究。 以上所概要的非线性动力学系统的物理或科学包含有序和无序的相互影响， 也涉及简单和复杂的交错。但从数学和处理方法上看，产生所有那些迷人的结果 的原因乃是系统的非线性。客观世界本来就是非线性的、复杂的。非线性物理就 是一门以非线性系统的普遍规律及客观世界的复杂性本身为研究对象的学科，它 在上一世纪八十和九十年代蓬勃发展，也将成为新世纪物理学研究的最前沿