克劳斯·迈因策尔：Thinking In Complexity, 2007 (第5版)

複雜系統理論是一門跨學科的方法論，旨在解釋自然界、生命、心智、社會、經濟、以及計算等領域中複雜現象的湧現。這本書的核心論點在於，許多看似不同領域的複雜行為，都可以透過研究由大量微觀元素非線性互動所產生的宏觀集體行為來理解。這種方法論認為，整體的功能和結構往往大於其組成部分的簡單總和，並且新的性質和模式會在系統參數達到臨界點時自發湧現，這通常涉及相變和對稱性破缺。

主要論點可以從以下幾個方面展開闡述：

1. 複雜系統的定義與普遍性： 書中將複雜系統定義為包含多個互動部分，且能產生宏觀集體行為的系統。這種宏觀行為的表現形式是獨特的暫時性、空間性或功能性結構的自發形成。這種概念的強大之處在於其普遍適用性，橫跨自然科學、生命科學、工程學、經濟學、醫學、神經科學、社會科學和計算機科學等傳統學科。從氣候模式、激光發光、化學反應-擴散系統、生物細胞網絡、股市動態、互聯網結構，到地震統計、交通流、人類大腦，甚至社會系統中的意見形成，都可以用複雜系統的模型來描述和理解。這表明存在某些普遍的動力學原則，超越了特定領域的具體物理或化學定律。
2. 從線性到非線性思維： 傳統科學和思維方式傾向於線性模型，認為系統的行為可以分解為獨立部分的總和，且小原因只會導致小結果。然而，書中強調，現實中的許多重要現象是非線性的，微小的初始差異可能導致巨大的、不可預測的結果（即「蝴蝶效應」）。理解複雜性需要放棄簡單的線性因果觀念，轉而接受非線性互動和集體行為的作用。這種非線性觀點不僅是理論上的轉變，也被認為是應對當前全球性複雜問題（如生態危機、經濟動蕩）所必需的思維方式。
3. 自組織與秩序的湧現： 書中詳細闡述了自組織是複雜系統的核心機制。自組織是指系統在沒有外部中央控制或藍圖的情況下，從局部的互動中自發形成宏觀結構或模式的過程。這區分了兩種主要形式：
   • 守恆自組織 (Conservative Self-Organization)： 發生在熱力學平衡狀態下，通常涉及能量的最小化，如晶體的形成或鐵磁體的磁化。這些結構是可逆的。
   • 耗散自組織 (Dissipative Self-Organization)： 發生在遠離熱力學平衡的開放系統中，需要能量或物質的持續輸入來維持。如激光的協同發光、貝努瓦對流胞的形成，以及生命系統。這些結構是不可逆的。
     書中認為，生命本身的湧現可以理解為一種耗散自組織的結果，而非偶然的奇蹟。生命系統作為開放的耗散系統，通過與環境交換能量和物質來維持其遠離平衡的狀態，並在非線性互動中湧現出複雜的結構和功能。
4. 相變與秩序參數： 自組織過程往往伴隨著相變。當外部控制參數（如溫度、能量輸入速率、相互作用強度）達到臨界值時，系統會經歷從一種宏觀狀態到另一種宏觀狀態的突然轉變。這種轉變通常涉及對稱性破缺，即系統失去原有的某種對稱性，並形成新的、通常對稱性較低的模式。這些宏觀模式可以用少數宏觀變量——稱為秩序參數 (order parameters)——來描述。秩序參數主導（「奴役」）了系統中大量的微觀元素的行為。這種通過秩序參數對複雜系統進行描述的方法，實現了在保持宏觀現象完整性的同時，大大降低了系統描述的複雜性（即「奴役原理」）。
5. 混沌與隨機性： 非線性動力學不僅能解釋秩序的湧現，也能解釋複雜系統中混沌和隨機性行為。混沌系統雖然是確定性的（其未來狀態由初始狀態完全決定），但由於對初始條件的極端敏感性，實際上是不可預測的。書中指出，即使在經典力學的許多體系中（如三體問題），混沌也會出現，打破了拉普拉斯妖精的預測夢想。更進一步，某些複雜系統的行為可能表現為真正的隨機性或計算上的不可約性，意味著除了實際運行系統之外，沒有任何更短的程序能夠預測其未來行為。這種隨機性不同於簡單的無序，它可能源於底層的確定性規則。
6. 跨學科的應用： 書中將複雜系統的方法論應用於廣泛的領域，每個領域都構成一個主要的論點支撐：
   • 物質的演化： 從基本粒子到星系結構，物質世界呈現出不斷增加的複雜性層次，這些層次可以通過自組織和相變來理解。
   • 生命的演化： 將生命的起源和發展視為耗散自組織的必然結果，探討了分子、細胞、有機體和生態系統層次的複雜性。
   • 心智與大腦： 將大腦視為一個複雜的神經網絡，心智狀態（如感知、意識、意向性）是神經元互動產生的集體湧現現象，可以通過神經網絡模型的動力學來理解。
   • 計算能力的演化： 探討了不同計算模型（從圖靈機到量子計算機、元胞自動機）的計算複雜性，並將信息流與複雜系統的動力學模式（如1/f噪聲、概率吸引子）聯繫起來。
   • 人工生命與智能： 以自然生命和智能的演化為靈感，發展人工生命和人工智能模型，探討具身智能和自組織計算機的可能性。
   • 經濟演化： 將經濟系統視為非線性複雜系統，分析市場均衡、經濟週期、金融市場的湍流行為（如冪律分佈、諾亞效應、約瑟夫效應），並引入行為有限理性。
   • 人類文化與社會： 將社會和文化系統視為由人類互動構成的複雜系統，解釋社會秩序（如城市增長、遷徙、意見形成）的湧現，並探討全球網絡（如互聯網）的複雜性與信息檢索、個性化系統的發展。
7. 對科學、技術與倫理的影響： 複雜系統理論對我們理解預測的極限（特別是在混沌和隨機系統中）具有深刻影響，挑戰了拉普拉斯式的決定論觀點。這也促使我們重新思考科學和技術的本質和界限，特別是在涉及人工生命、具身機器人、神經仿生學和普適計算等領域。書中強調，面對複雜性，傳統的線性思維和單一因果論是不足的，需要新的認識論標準。在倫理層面，理解複雜互動帶來的集體湧現結果，也挑戰了單純的個體責任觀念，提示我們需要考慮系統層面的影響和集體行動的後果。在一個充滿複雜性和隨機性的世界中，理解動力學比精確預測更為重要，並且提供了在不確定性中尋找行動方向和倫理指南的新視角。

總結來說，本書的主要論點是：複雜系統理論作為一種跨學科的方法論，提供了一個統一的框架來理解從物理宇宙到人類社會各個層次中秩序的湧現和演化。它強調非線性互動、自組織、相變、秩序參數以及混沌與隨機性的作用。這一視角不僅改變了我們對自然和社會過程的理解，也對科學、技術和倫理提出了新的挑戰和可能性。線性思維在處理複雜系統時存在根本性缺陷，而複雜系統的行為（包括混沌和隨機性）限制了精確的長期預測，但也正是這種複雜性孕育了新的可能性，包括生命、心智以及人類社會結構和技術的演化。