《規模法則：探索從細胞到城市的普適規律》張江 著 圖靈·人民郵電出版社

2020年以來，人類社會的發展仿佛呈現出一條全新的軌跡：極端天氣、俄烏沖突、股市熔斷、糧食危機，這些重大事件集中發生。與此同時，以人工智能、區塊鏈、元宇宙等顛覆性技術為代表的高科技產業仍在不遺余力地加速推進著。人們樂觀地以為新的問題只有通過新的技術變革才能解決，但其實每一項新的發明都有可能引發新的問題和挑戰。人們不禁要問：這意味著什么？世界將要奔向何方？

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應對人類百年未有之大變局，就必須站在一個全新的視角上進行系統性的思考。首先，這一全新視角需要拋開所謂“學科”的狹隘局限，將古今中外各個學科的知識統合起來；其次，它要求我們既要站在全球的宏觀視角把握大的發展趨勢，又要深入細節，給出精細微妙的處理方案；最后，它還要求我們必須認識到所有這些問題都并非彼此孤立，其背后存在關聯性與統一性。

復雜科學無疑將承擔起歷史的重任。這門自20世紀80年代發展起來的新興學科試圖采用跨學科的方法，研究各類復雜系統背后的統一規律。盡管它還很年輕，還沒有一個普遍公認的概念體系和學科框架，但是它的跨學科范式、多尺度的研究視角、超越還原論的研究方法以及普遍聯系的世界觀，足以讓它擔此重任。

《規模法則》講的正是復雜科學研究和關注的問題。這本書中的內容，按照我們一般的知識經驗和學科框架應該歸于哪一個部分？顯然，大家都會從書名和內容簡介中意識到這本書將是極其有趣的，卻又有些陌生：應該把它裝進我大腦中的哪個學科板塊呢？

我們對“量變引起質變”都非常熟悉。然而，對不同的事物或者系統而言，與它們本身相適應的量，比如大小、規模、壽命等，應該是多少呢？這些量是否遵循相同的規律？這個規律具體又是什么？或者說，量變引起質變，進而導致事物由此變彼，可這背后還有不變的東西嗎？這些問題正是本書試圖回答的。對于復雜系統研究也許還有“新萬物理論”——規模法則。

回到開頭的問題，規模法則似乎該歸類為物理學。然而它的研究對象橫跨整個自然界與社會，從細胞到企業甚至國家，顯然并不局限于物理學范疇。實際上，學科的門類曾是為了方便人的認知而劃分的，今天，我們是時候打破它們之間的壁壘了。我們不妨開拓一塊新的領地來存放它，這里將弱化甚至摒棄學科間的差異，為我們認識事物提供一個新視角，一個新工具。

規模法則是什么？簡單來說，規模法則力圖對具有不同規模的事物一視同仁，無論它是生命系統還是非生命系統，無論它來自人類社會還是自然界，都力求找出它們背后共同遵循的規律。規模法則研究各種看似毫不相干的對象的各種宏觀表征隨系統規模變化的規律，且這些規律通常能夠用一個簡潔的冪律公式概括。

如何理解冪律？比如馬太效應，也叫二八定律，它廣泛存在于社會財富、市場份額、網絡流量、學術引用等的分布及資源、聲譽和權力等的分配中。在統計上，它們都服從冪律分布。再比如，鯊魚、鈔票、人和股票價格的移動/變化共同遵循“萊維飛行”模式，即它們大多數時間移動/變化的幅度比較小，而少數時間則非常大。

從一般的時間角度來看，老鼠、人、大象之間的壽命差異很大，這是由它們巨大的體重差異所導致的不同新陳代謝率造成的，且它們的壽命與各自的體重都遵循同一個冪律公式。不同于一般時間的概念，如果將相鄰兩次心跳之間的時間間隔看作一個單位時間（也叫生理時間），這些物種的“壽命”卻很相近，因為它們一生的心跳總次數幾乎相同。也因為不同物種生理時間之間的差異，老鼠總顯得毛毛躁躁，而大象則慢慢悠悠。那為什么它們一生的心跳總次數幾乎相同？在生命體的生長過程中，為什么蝦、雞和牛都遵循相同的生長曲線？心跳總次數和生長曲線又是怎樣被它們與規模之間的冪律關系所決定的？這些問題的答案都在本書中，有待大家自行探索。

似乎這些問題與我們的生活關系不大？但下面的事情卻與我們息息相關。

在藥品說明書上經常可以看到“兒童減半”的說明，嚴格來說這并不準確。規模法則告訴我們，當一個兒童的體重是成人的一半時，他應該服用的準確劑量是成人的60%。或許減半服用并不是多么嚴重的事，最多效果欠佳或見效慢。然而反過來，當成人按照兒童劑量的雙倍服用時，則可能因藥物過量導致嚴重的后果。而造成這種差異的原因，也是源于規模法則中冪律形式的非線性關系。

相比如何科學服藥，我們可能更關注一些有關人類社會的大問題。比如，為什么科技進步放緩之后，內卷現象就會加劇？為什么城市生活節奏越來越快？

復雜科學可以看作系統科學發展到當今世界的一個新階段。不同于牛頓給人們描繪的一個機械性、確定性的世界：只要設定了初始狀態，世界萬物都將按照確定的規律運行，如同精心設計的機械鐘表一樣準確無誤，復雜科學面對的往往是具有不確定性的世界，就如同大家熟知的蝴蝶效應，它形象地展現了非線性系統對初始值的極端敏感性，也體現了復雜系統一個有意思的現象——混沌。事實上，大多數真實系統既不是混沌的，也不是秩序的，而是處于兩者之間，我們稱之為混沌與秩序的邊緣狀態。

另外，我們需要看到，規模法則的形成，既是作者、韋斯特及更多研究者合作的結晶，更是跨越多個學科交叉研究的成果。今天，學科間的壁壘經常讓研究和知識變得彼此陌生和難以溝通，這本身阻礙了人們對復雜的、宏大的、跨學科的問題的認識與研究，也阻礙了普適的“萬物理論”的發現。甚至可能某些領域已經獲知了一個新的“萬物理論”，卻因囿于狹窄的學科經驗和不夠開闊的視野而難以將其“舉一反三”拓展到其他領域。正如克萊伯定律也需要跳出生物學范疇，在其他自然系統、社會系統、技術系統中驗證之后，才能意識到它的“萬物理論”的性質。

(作者為中國科學技術大學教授，國際網絡科學學會理事)

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