【全球独家】什么是涌现？北师大教授讲清楚了
我们每一个人，每一个肉身，就是复杂的系统，我们原本都不存在，我们认为我们自己存在，它就存在了。
——张江
【资料图】
我们都知道，人类社会蓬勃发展，已经从小到 10 的负 16-17 次方这样一个非常微观的世界，发展到 10 的 24 次方这样一个广博宏观的奇妙世界。
但其实，对于一个 10 的负 5 次方到 10 的 5 次方的介观世界（在宏观领域和微观领域之间，包括从微米、亚微米、纳米到团簇尺寸的范围领域），我们知之甚少。
这是由于我们的认知存在盲区，一方面表现在对已知现象不能完全解释，另一方面表现在对未来演变无法预测。那么，是什么造成我们的认知盲区呢？
授课老师
| 张江
北京师范大学系统科学学院教授
生命的起源
我们先从生命的起源说起。大家都知道，40 亿年前，原始液态的氨基酸分子突然组合在一起，变成了一种活细胞。那么，如何变的呢？我们不得而知。
再比如说，我们的大脑，就是 100 亿个神经元细胞和 60 万亿个神经元之间的连接，思维就是由这些神经元细胞放电、相互联系，形成一个复杂的动态系统，构成思维，构成我们所有的思考世界，构成我们的意识。
但是，仅从这些微小的细胞来认识事物太模糊了。你随便拿几个小灯泡，让这些灯泡之间互相传送电流，就能形成意识么？不可能！这中间有一些被我们忽略掉的东西，而这些东西，恰恰是未知的。
互联网的发展有点大脑思维的意思，我们很容易就能了解昨天美国发生的事情，并可能感受到纽约到北京的距离、会短于北京到张家口的距离，因为关心张家口发生了什么的人没有那么多。由此可见，网络的连接使得我们的世界发生了一个有趣的变形，让人类高度连接在一起。
那么，这些个体是如何在一些简单的规则下形成整体呢？
鸟儿啊，你向哪飞
先来看一下生物学里面鸟群的例子。大家或许在小学课本都学过：一群大雁往南飞，一会儿形成 " 一 " 字，一会儿形成 " 人 " 字。那么，它们是怎么形成这些编队的？又是怎么形成这些构型的？是领导、基因亦或是其他什么因素在制约着它？
英国科学家科瑞克给出了答案。他在 1983 年的时候，利用计算机动画，逼真模拟鸟群飞行情况，发现了三个规则。
规则 1：靠近。每一只鸟的视野半径都是有限的，所有的群体生物都有从众或扎堆现象，鸟群也会向大家扎堆的地方飞。
规则 2：从众。鸟群如果向南飞，单个的鸟就不会往北飞，所以它们会调整自己的方向与大家保持一致并对齐。
规则 3：分离。如果一只鸟和另一只鸟靠得太近，为了避免碰撞，这只鸟会产生一种斥力，即分离。
从这个实验中可以看出：复杂的行为并不来源于复杂的设计，反而是来源于简单。不过，这种简单不是单纯的行为简单，而是底层规则上的简单。
当然，鸟群的实验最后得出的都是确定性规则，它无法预测鸟群未来的飞行方向，这就是客观世界的不确定性。
▍混沌啊，你到底是确定还是不确定
通过确定的规则引导不确定世界中的行为，这种现象就是混沌。其实混沌学园想做的也是这件事。
提到混沌，很多人会想到蝴蝶效应，一只南美洲热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，就可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风，这个过程说明我们所在的系统是高度非线性、复杂的，相互作用的体系，牵一发而动全身。
混沌理论有如下特点：
非线性确定系统
确定的原因产生确定的结果
相似的原因在长期的演变中产生极为不同的结果
初始条件的敏感依赖性，不可预测
在这里，被强调的是不确定性，但这是否意味着混沌的系统就无法把握呢？非也。
混沌的系统总是非常矛盾，虽然很多行为难以掌控，但如果你站在更高维度，以类上帝的视角观察，并且通过大量统计，可以发现非确定因素集体行为的确定性，即一些确定性的规律。从宏观角度看，混沌的不确定性会被抵消，这就是混沌方法带来的创新变革。
怎么让群智而不是群愚涌现
对于个人，如果每个个体都很聪明，是不是这些聪明人所构成的群体就一定更加聪明呢？
完全不是的。我们看到很多人类的集体愚蠢行为，如踩踏事件。
再比如北京糟糕的交通系统，经常堵车几个小时，搞得人身心俱疲，这恰恰是因为每个人都太过聪明。每个人都想着小爷我是最聪明的，比你们厉害，我车技高就可以狂超车，乱并道。在交通系统里面，个体太聪明，太急功近利，由此反而导致整体的交通效率很低。
再来看看股票市场的段子。有一群人在股票交易中心看大盘，忽然有一个人说，Excellent（卓越），结果旁边的人听错了，听成了 Sell，于是大家都赶紧卖，接下来，有玩家累了，于是说不玩了，我要把所有股票都卖了，他说，Good Bye！结果旁边的人又听错了，是 Buy 么？于是赶紧买，这就叫以讹传讹。
股市里存在着集体非理性的系统，大家在这个群体里面难免被大势所趋，疯狂涨跌。
所以，通过这些现象我们会发现，有时候个体过于聪明，而不懂得协调合作的时候，会导致群体的愚蠢。
那么，怎样能让 " 群智 " 而不是 " 群愚 " 涌现呢？
麻省理工彭特兰教授所著的《智慧社会》描述了一系列实践，让一些不同的群体在受控的条件下去完成一些类似智力竞赛的任务，然后评估哪些因素会使得群体智商更高。
因素 1：想法的流动
例如，我们的群体有两种不同的沟通方式，左边这种可以明显看到，仅有少数人沟通能力比较强，这两个人一定是领导，或是很强势的人，他们占据了所有沟通。在右边的状态下，每个人沟通都很平均，大家随便说着什么，形成了一个对等的结果。
实验证明，右边的沟通效率更高，提高了群体智商，这就是扁平化结构的好处——复杂问题的答案就在想法的流动中。
当面对复杂性任务时，因为团队每个人的背景各不相同，所以都很难获得全局的信息，但这个时候，如果每个人都分享一点自己的答案，然后在群体之间流动起来，就会促进群体智商的发挥。
因素 2：女性的比例
《Science》研究发现，如果一个团队，女性比例大于 20% 小于 80% 的时候，这个群体智商就会非常高。
因为女性的存在更多是一种沟通，一种社会协调，例如两拨人在谈融资，如果有一位女性坐镇，人们会放松警惕，彼此更加信任，由此，想法会更容易在群体上流通，于是提高群体智商。
那么，导致个体智慧和群体智慧差异的原因是什么？
▍群体和个体行为的特点
首先，所有的个体都是简单的规则，没有一个是聪明的，即聪明反被聪明误。更重要的是，每个个体掌握的信息都非常局限，我们经常说要掌握更多的知识，可即使夜以继日的学习，你能记住全世界所有的知识么？你能知道每一个人的心理状态么？不可能！这就是复杂性鸿沟。
第二，个体和个体之间一定要紧密的相互作用和联系。只有开放自我，表达自我的观点，让信息流动起来，才能产生群体智慧，通过群体智慧，提高个人智慧。
第三，群体智慧的特点是超强适应性。但是，它的弱点是很难被控制，中央集权式的领导风格会失效。
如果用一个词来描述集体智慧和集体愚蠢的话，这个词就叫做" 涌现 "。通俗来说，就是亚里士多德的名言 " 整体大于部分之和 "。
当涌现发生的时候，个体会组合形成一些集体的模式，即斑图（pattern）。例如，蚁群形成的蚁队。斑图的出现，有可能在新的一个层面，在一个更宏观的层面形成新的个体。
霓虹灯就是一个说明涌现的好例子。霓虹灯无非就是一堆小灯泡，所以如果你从灯泡的角度看，看不出文字和图案，什么都发现不了。但如果你后退一步去看霓虹灯整体的时候，皇冠、鱼、文字会在你脑海中浮现出来，这些图案和文字就是涌现的行为。
斑图有一个特性，它能够跨越阶层，超越硬件存在。一个美国人曾经在无意中拍出一个视频，视频显示，云彩会形成一个人脸的形状，仔细观察，这个人脸好像某个伟人的脸。这个时候，人脸存在么？不存在！只不过一堆小的水滴，是云彩，不是人脸。
可是我们为什么会看到人脸？这就是事物存在的不可名状。
所以，在涌现发生的时候，非常微妙，这些所有的斑图，原本都不存在，但因为人脑看着它像一个东西，它就存在了。
反过来说，我们每一个人，每一个肉身，就是这样复杂的系统，我们原本都不存在，我们认为我们自己存在，它就存在了。
▍涌现的分类
设计类：霓虹灯、翻版表演。
自组织涌现：人脸的形成，没有人的设计，自然而然出现，让你大吃一惊。
弱涌现：简单规则导致涌现，如大雁南飞。
以上这些都是我们生活周围发生的，还有一类涌现我们不太熟悉，就是形式因，即整体的构型——斑图、模式、个体的因素，当形式因起到主导作用时，强涌现发生。
举例来说，如果一个人有自由意识，按照科学的理解，我这个自由意识显然是涌现出来的，是由我身上的上千亿细胞组合出来的模式，斑图形成了我的思维。可是，一旦我的思维形成以后，我就可能反过来控制我的底层细胞。
例如，我没事吃饱了撑的打自己，在做这个动作时，细胞莫名其妙被杀死了，但是我不 care 它，它们没有反抗能力。这就是最微妙的地方，当强涌现发生时，高层的东西会莫名其妙形成一种因果箭头，并作用到每个个体身上，以至于当这些个体挂掉时，你也不知道找谁算账。从细胞角度看，无非就是物理、化学的相互作用，根本不会想到是一个宏观、有意识人的存在。
这一点告诉我们，形式因和质量因在强涌现发生时，就会发生因果反转。
混沌的平衡
美国著名科学家，在 26 岁就获得麦克阿瑟奖的史蒂芬 · 沃尔弗拉姆，做过一个研究，想去回答——如何通过计算机模拟玩具宇宙，发现玩具宇宙将会出现哪些可能的结果。
他研究的模型叫做元胞自动机，简单说就是一个黑白的、离散的方格宇宙。这些黑白可以理解为空间上形成的物质形态，即黑色有物质，白色没有物质。
向下走的方向就是时间流逝的方向，每一秒钟，整个宇宙就往前更进一步，就会变成下一步空间的状态。这种状态是如何改变的呢？通过制定简单的物理规则，即每一个格点只关注左边和右边，三个格点的样子决定下一刻会变成什么样子的格点。
由此，就可以系统化通过模型探索世界运行的样子，探索宇宙演化的分类。
经过大量的探索，史蒂芬 · 沃尔弗拉姆发现，所有的模型宇宙不外乎三种状态：
1. 秩序。秩序宇宙就是演化，最后变为非黑即白，或者黑白相间的周期变化，归于无趣。
2. 混沌。在混沌宇宙里面，随着不断演化，最后会发现，这不过就是一堆雪花一样的噪音，每一步看起来都是随机的，再次归于无趣。
3. 复杂。在 246 个宇宙模型中，有三四个是复杂的。如下图所示，有些粒子会像通讯似的从宇宙的一边运作到另一边，将很多局部的结构连接起来，这就是复杂。
更进一步会发现，我们可以调节微观的物理法则，让模型宇宙运行的状态从一种相变为另种相，就像水分子形成的气态、气相、液相、固相。当你调节参数的时候，你会发现它先从秩序过渡到复杂，再过渡到混沌，这种复杂就是介于秩序和混沌之间，叫混沌的边缘。这个边缘，有助于我们平衡外部世界。
就像你开车踩油门，踩下去力量太大容易撞车，完全抬起来就没有力量驱动它。所以你要平衡，小火慢踩，至于这个系统怎么走？不用管，它就是不断趋向复杂，自身产生自组织的现象。
因此，混沌不是偶然的、个别的事件，万事万物，莫不混沌。
混沌理论告诉我们——复杂是不可避免的，复杂系统不是智能设计的结果，而是由简单规则演化、进化而产生的。
看了这么一大篇，我们也可以询问下自己，"今天你混沌了么 ?" ( 完 )
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