## 165｜春节特刊：用复杂科学重新认识世界

这里是《得到头条》，我是徐玲。

回顾2021年，全球出现了很多难以用单一因素解释的现象。比如，全球长时间“缺芯”、国际海运价格暴涨、各地频发极端天气，等等。你也说不清它们主要是被哪一个因素影响，但在很多因素的合力之下，最终产生了很难逆转的趋势。想要了解这些现象的底层逻辑，就得学会看懂复杂系统背后的规律。今天我们就一起来刷张江老师的《复杂科学前沿27讲》。

一听这个名字，你肯定会产生一个疑问：复杂科学是什么？就像生物学是研究生物的，法学是研究法律的，复杂科学就是研究复杂系统的。那什么是“复杂系统”？注意啊，不是说所有看起来复杂的事物，就是复杂系统。

一部兰博基尼跑车，由上万个零件精密咬合组成，够复杂了吧？但它不是复杂系统。因为机械系统只有秩序性，没有灵活性。再来看，一个热闹的大集市，人来人往、随意进出，这是复杂系统吗？也不是，它的灵活性是够了，但缺少秩序性。复杂科学研究的复杂系统，是像一片云、一股湍流、一个鸟群、一窝蚂蚁这样的系统，它们既有秩序性，有一些稳定的行为特点；也有灵活性，能够对环境的变化作出反应。这一类非常特殊的系统，被科学家叫做“复杂系统”。

在这门课里，张江老师介绍了复杂系统的几个特征，比如“涌现”“混沌”等等。不过，我自己最感兴趣的部分，是复杂系统的“统一性”。就像牛顿的万有引力定律，发现天上的星星和手里的苹果，竟然遵循同样的规律。复杂系统的“统一性”让我们看到，人类社会的创造，和大自然的杰作，也遵循着同样的规律。就好像是人类的智慧和大自然无形之手的一次隔空击掌，让人惊叹。

举个例子，有一种微生物叫“黏菌”，又叫“阿米巴虫”，这是一种单细胞生物，成群出现的时候就像一大摊黏糊糊的鼻涕。但就是这个构造简单、其貌不扬的物种，在觅食过程中形成的管道，竟然与人类社会的交通路网高度相似。

日本东京大学做过一个实验：他们在培养皿里放了一张微缩地图，上面是东京市和它周围36个卫星城市的位置。实验人员把一摊阿米巴虫放在东京市的位置上，然后在东京附近那些卫星城市上，放上阿米巴虫爱吃的食物。一天之后，实验人员发现，阿米巴虫竟然修建出一张完整的交通网络，这张网络跟东京当时的交通网络高度相似。

要知道，人类工程师要完成一张复杂路网的设计，都要经过很多年的学习。而且，东京的交通运输效率，在全世界的大都市中都是典范。那些看起来傻乎乎的阿米巴虫，是怎么在一天之内，设计出如此复杂、高效的交通路网来的？

原来，这来自于阿米巴虫一个非常简单的特性：每个阿米巴虫一旦找到食物，就会用一种类似果冻的凝胶物质来修建食物运输管道。这些管道有弹性，它的粗细可以伸缩。一开始，密密麻麻的管道布满了整个培养皿，并不是有规律的交通路网。

那后来，路网是怎么形成的呢？想想看，假设其中有两条管道，一条长，一条短，一开始选择两条管道的阿米巴虫数量相同。显然，在相同的时间内，短的管道能够运输更多的食物。运输的食物越多，管道就会被撑得越大；管道撑得越大，运输的食物也就更多。所以，最后留下来的，就是那些更短的管道，而绕了弯路的长管道就慢慢萎缩，最后消失了。

你看，这就是阿米巴虫的秘密——它不需要掌握那么多的数学、规划、地质等知识，也可以规划出媲美人类社会的高效运输网络。

下面，我们再来看几组这样的相似性例子。

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第一，生物组织构造和人类城市构造，都遵循一个规律，叫“标度对称性”。也就是说，物体的整体和局部之间，结构很相似，整体是局部构造的放大版，而局部是整体构造的缩小版。

举个例子你就明白了。如果你去看老虎或者狮子在野外的迁徙路线，它们在大部分时间里都会在某个固定的地点来回徘徊，但偶尔会来一次长距离的迁移。这一次迁移的距离，往往是平时运动距离的几倍，甚至几十倍。而后，它们又会停留在新的栖息地，开始原地徘徊。就这样一直重复这个过程。

这种迁移方式乍一听也没什么稀奇，但是当科学家把老虎狮子的迁移轨迹画成图时，他们惊讶地发现，长距离的迁移和短距离的徘徊，轨迹的形状是高度相似的。如果光看轨迹形状，你无法判断哪个轨迹是长距离的，哪个轨迹是短距离的。这就是标度对称性。

再比如，小肠表面充满了褶皱，这是为了增加表面积，尽可能多地吸收营养。神奇的是，如果拿超级放大镜放大小肠的肠壁，你就能发现，肠壁上面的绒毛，绒毛上的柱状上皮细胞，甚至柱状上皮细胞内部的微绒毛，都是类似的褶皱形状。给你看这种褶皱的剖面图，你无法判断这是小肠表面，还是肠壁绒毛。

同样地，在人类的城市构造当中，也存在标度对称性。你发现没有，一些超大型城市，比如北京、上海、广州，会形成市中市。比如北京市东北部的一个远郊区顺义，它就像是一个浓缩版的北京城，有类似长安街的市中心大道，还有类似西单、王府井这样的中心商业区。甚至，全国各地的城市和城市之间，在布局上也存在很高的相似性，有中心商务区、金融区、开发区，还有由中心向外辐射的交通网络。

为什么自然界在设计生物构造时，以及人类建造城市时，都遵循“标度对称性”呢？是为了省事儿吗？还真是。标度对称性的好处是，第一，规则简单，用这个规则建构物体很容易。第二，最优的经验可以在这个结构里得到不断地复用。换句话说，“标度对称性”是最简单、最高效的设计原则。

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好，说完了“标度对称性”，下面我们接着说第二个相似性规律，叫“克莱伯定律”。

有一个叫克莱伯的生物学家，他收集了大量不同生物的数据，从几克重的到几吨重的都有，发现所有的哺乳动物都遵循这样一条定律：体重和新陈代谢率正相关。动物的体重越大，代谢率越高。小到老鼠，大到大象，无一例外。

你可能觉得，这不是个常识嘛，个头越大，需要的能量越多，代谢自然更快。但要注意的是，虽然正相关，却并不是同比例增长。体重增加一倍，代谢率并没有翻倍，而是只增长3/4。比如，大象的体重是小象的2倍，那么大象的代谢率就会是小象的1.68倍左右。

有意思的是，人类社会中竟然也遵循类似的克莱伯定律。张江老师和几位科学家分析了三万多家公司的财报数据，发现公司的总资产和利润率之间，服从一个类似克莱伯定律的关系，只不过那个比例不是3/4，而是17/20。你可以把一家公司的总资产看成是它的“体重”，把公司的利润率看成是“代谢率”，平均来看，公司资产增加一倍，利润率会增加17/20。

所以我们可以得出这样的规律：第一，公司资产规模越大，利润率越高。小公司的利润率再高，也高不过大公司。你看，我们总认为一个公司的盈利情况取决于经营者的能力，但其实，它特别依赖于公司的规模。

第二，随着公司的资产规模变大，它的利润率并不会等比例变大，而是更慢一些。如果企业经营者指望着公司资产规模扩大一倍，利润率也要翻番，这是不切实际的。不是因为经营出了问题，而是被系统内在的规律制约着。

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好，说完了“克莱伯定律”，我们再来看第三个相似性规律，叫“大慢小快”，这条规律是从克莱伯定律推导出来的。

这是指，动物体重越大，各项生命体征越慢，比如说心跳、动作等就会越慢。如果你养过宠物，可能会有体感。小动物的心跳都特别快，比如小猫每分钟心跳120~180次，我们人一分钟心跳大概是70次，而大象的心跳一分钟只有30次。而且，个头小的动物，比如老鼠、猫、狗，跑起来你抓都抓不住。而河马、大象呢，它们转个身可能就得半分钟。

张江老师分析了三万家在北美上市的公司。他发现，企业的确也遵循着“大慢小快”的模式。企业的大小我们可以用“总资产”或者“员工数”来衡量，而企业的快慢可以用“资金周转率”或者员工的流失率来衡量。

总资产越大和员工数越多的企业，它的资金周转率和员工周转率都会越慢。比如，员工数在10人以下的企业，员工的平均任期只有1年左右，而当规模升到100人以上的时候，员工的平均任期能达到6年。

那么，不管是动物还是企业，大了之后就反应慢，这难道不是一个竞争劣势吗？这是不是说明了，保持“小而美”更好呢？这倒也不一定。科学家发现，所有哺乳动物，不管大小，一生的心跳次数都是固定的15亿次。科学家把这个数值叫做生命常数。唯一的例外是人类。由于医学的发展，人类的寿命越来越长，目前，人一生的心跳数是25亿次左右。

“生命常数”意味着，越大的动物，心跳越慢，寿命就越长；而越小的动物，心跳越快，寿命就越短。这跟咱们的一般经验也是一致的，大象一般可以活六十年，而小仓鼠的寿命只有两年左右。你看，从这个角度说，“大慢”就比“小快”要好了。

张江老师发现，企业也是一样，越大的企业，寿命越长。如果一个企业的总资产是另一个企业的10倍，那这个企业的寿命会是另一个企业的1.25倍左右。那么，企业是不是也有一个固定的生命常数呢？按照前面讲的相似性规律，我们猜想也许有，但这个指标具体是什么，目前还没找到。

好，以上就是我们从《复杂科学前沿27讲》这门课里挑选的几个片段，跟你分享。张江老师说，复杂科学是一个闯进科学殿堂的野孩子。它有一颗不受拘束的好奇心，大到宇宙，小到细菌，它都要研究一通，也真发现了很多不一样的规律。怪不得有人说，学习复杂科学的过程就像爱丽丝掉进了兔子洞，有种滑到了另一个世界的感觉。推荐你加入这门课，看看通过复杂科学，能看到怎样不同的世界。

今天就聊到这儿，《得到头条》，明天见。

### 💡 精华要点
- 1. “标度对称性”
- 物体的整体和局部之间，结构很相似，整体是局部构造的放大版，而局部是整体构造的缩小版。
- 2. “克莱伯定律”
- 所有的哺乳动物都遵循这样一条定律：体重和新陈代谢率正相关。公司的总资产和利润率之间，也服从类似克莱伯定律的关系。
- 3. “大慢小快”
- 越大的动物，心跳越慢，寿命就越长；而越小的动物，心跳越快，寿命就越短。
