从还原论的盲区走出来:系统科学方法的破局之路
还原论统治了科学界几百年。把问题拆成小块,研究透每一块的规律,再拼起来就能得到答案,这套思路给我们带来了近代科学的几乎所有突破。
可现在越来越多的问题,拆得越碎,越找不到答案。
为什么整体永远不等于部分的加总
单个蚂蚁的神经结构简单到可怜,只会遵循几个最基本的行为规则:跟着信息素走,遇到障碍物绕路,碰到食物搬回去。你把单个蚂蚁的每一个神经突触都研究清楚,也推演不出整个蚁群的行为。
蚁群能找到离巢穴最近的食物源,能在洪水到来时抱团筑成救生筏,甚至能调节整个种群的数量维持稳定。这些能力,没有任何一个蚂蚁设计过,完全是大量个体互动之后长出来的新属性。
蚁群涌现行为路径示意图
这种属性叫涌现。它不是什么玄乎的概念,是复杂系统必然出现的结果。
你研究湍流,把每个水分子的运动方程都精确写出来,也算不出下一个涡旋会出现在哪里。你研究城市交通,把每一条道路的通行能力都算得丝毫不差,修完新路还是会堵在新的节点。我认识一个做生物医药的研究员,吐槽他们之前花了好几年研究一个致癌基因,把它的结构功能摸得一清二楚,做成靶向药,用不了两年癌细胞就换了一条通路继续生长,根本挡不住。
还原论的盲区就在这里。它默认所有关联都是线性的,整体就是部分的和。可现实世界绝大多数有意思的问题,都不是这么运行的。
从定性感悟到定量求解的跨越
整体观不是什么新东西。几千年前东方哲学就讲天人合一,讲牵一发而动全身,但这些都只是停留在哲学感悟层面,没有可落地的操作路径,解决不了具体问题。
现在的这套框架,核心是可量化、可验证。它不是空喊要整体看问题,而是给了你一步步走的方法。
第一步永远是划系统边界。哪些是系统内部的变量,哪些是系统外部的扰动,这个边界划错了,后面全错。研究长三角的大气污染,你把苏北的工业排污划到系统外,那模型出来的结果肯定差十万八千里。
第二步是找变量之间的反馈回路,而不是找单一线性因果。正反馈放大变化,负反馈维持稳定,绝大多数系统的特性都是由这两种回路共同决定的。比如城市共享单车,越多用户用,运营商越愿意投放车辆,更多用户能找到车,这就是正反馈;等到投放太多,车辆占满了人行道,政府出面管控,投放量就稳了下来,这就是负反馈。
复杂系统反馈回路因果关系图
有了边界和反馈,就能把这些关系转成数学模型,做模拟做验证。相比于传统方法,它最大的不同就是不追求简化掉非线性,不强行把曲线掰成直线,而是承认关联的复杂性,把它放进模型里一起算。
不过话说回来,这条路也不是没走过弯路。早几十年很多模型做的太复杂,加了上百个变量,最后模型能跑通,但是谁也说不清楚哪个变量是核心,结果成了摆设。现在很多人把它和大数据结合,用AI来处理高维变量,倒是解决了不少之前解决不了的问题,但核心逻辑没变,还是先找边界,再理反馈。
说个反例,新冠疫情刚开始的时候,很多机构出预测模型,结果差了几十倍。问题出在哪?大部分模型只算了病毒的传播率,没把政策管控、民众自我防护这些行为和感染率的反馈加进去,病毒传的快了,人们自然会减少出门,这个反馈没加进去,预测可不就错了嘛。
清晰的边界才是科学性的前提
清晰的边界才是科学性的前提
现在这个概念越来越火,什么领域都要蹭一下热度,仿佛不说这个就不够前沿。可实际上,它不是包治百病的万能药,有明确的适用边界。
如果你的研究对象要素少,关联是线性的,根本用不上。算一座桥梁的承重,用经典结构力学就足够精确,没必要硬套框架,纯纯的杀鸡用牛刀。只有当你的研究对象满足三个条件:要素数量足够多、要素之间的关联是非线性的、系统会涌现出单个要素没有的新属性,才需要用这套思路。
最常见的误区,就是为了复杂而复杂。把系统建得无比复杂,加了无数参数,最后想要什么结论就能调出什么参数,完全失去了科学研究可验证的意义。说实话,我见过不少这类项目,套个概念骗经费,最后啥实际问题也解决不了,挺没意思的。
还有一个容易踩的坑,就是把系统的整体性当成了不可知论,说什么整体不能分析,只能靠感悟,这完全走歪了。它本质上是一套科学方法,不是玄学,所有假设都要能验证,所有结论都要能接受实践的检验。
现在它在很多领域已经做出了实实在在的成果。比如癌症治疗,原来只盯着单个靶点,很容易出现耐药,现在用系统思路梳理整个癌细胞的信号网络,找多个靶点的组合用药,已经大大提高了很多癌症的五年生存率。比如气候预测,原来的模型只考虑大气环流,现在把海洋、植被、人类活动整个放进系统里模拟,预测精度已经提升了好几个等级。
我们这一百多年,已经把拆碎了的研究做到了极致。接下来该试试,把拆碎的东西拼回去,看看整个网是什么样子。路还长,慢慢来。