張江：用“復雜”去理解世界、建設世界

黃祺

當你向別人介紹自己的專業(yè)“復雜科學”時，別人聽不懂怎么辦？

面對《新民周刊》記者的提問，張江溫柔一笑：“的確常常有這種尷尬。我就說我是搞人工智能的。”

張江，北京師范大學系統(tǒng)科學學院教授，主要研究領(lǐng)域包括復雜系統(tǒng)分析與建模、復雜網(wǎng)絡與機器學習、社會與經(jīng)濟系統(tǒng)的規(guī)模法則（Scaling Laws）等，專業(yè)方向可以簡稱為“復雜科學”。

這樣一門需要抽象思維去理解的學科，張江和團隊卻深入其中樂此不疲。近年來因為人工智能的廣泛應用，張江也經(jīng)常被邀請到機關(guān)單位、高校、企業(yè)演講，介紹“復雜科學”理論和思維方式，廣受歡迎?！拔野l(fā)現(xiàn)聽眾非常感興趣，盡管他們不是做這個專業(yè)的，但我講的內(nèi)容可以給他們一些啟發(fā)，為他們認識世界、處理問題提供新的角度?！?/p>

講臺上的張江傳播著一門高深的學問，但年少時的張江懷揣搖滾夢想，向往的卻是一種不羈的自由。

命運、生命、科學可能都不是我們想象的那樣“中規(guī)中矩”“一目了然”?！皬碗s”才是這個世界的本質(zhì)。

“椋鳥是一種生活在歐洲的鳥，身長約22厘米，也就一個巴掌大小，但它們經(jīng)常會集合形成規(guī)模龐大的鳥群，像一只巨大的水母飄浮在巴黎上空。椋鳥群飛翔時井然有序，彼此不會發(fā)生碰撞；而當規(guī)模龐大的鳥群朝埃菲爾鐵塔飛去時，又會靈活地分裂成兩個新的鳥群，分別從鐵塔的兩側(cè)繞過，然后重新會合到一起。這種由椋鳥構(gòu)成的群體就是一個典型的復雜系統(tǒng)，它們不是孤立的鳥，而是通過相互協(xié)調(diào)形成了一個龐大的整體。”

以上這段話，出自張江發(fā)表在媒體上的一篇科普文章，用人們?nèi)粘Ｉ钪锌梢杂^察到的現(xiàn)象，去解釋什么是“復雜”：“復雜科學就是要研究這些不同的復雜系統(tǒng)豐富多彩的涌現(xiàn)現(xiàn)象背后的共同規(guī)律。用亞里士多德的一句話來概括，涌現(xiàn)現(xiàn)象即‘整體大于部分之和’。它的意思是，當若干個體組合形成一個龐大的群體時，這個群體總會出現(xiàn)一些新的屬性、特征、行為和規(guī)律，而又無法簡單地歸結(jié)到每個個體之上?！?/p>

北京師范大學系統(tǒng)科學學院教授張江。

如果上面這段話還是很難懂，可以看看張江介紹2021年諾貝爾物理學獎的文章。

2021年諾貝爾物理學獎頒給了三位從事復雜系統(tǒng)研究的科學家，張江在文中寫到：“諾貝爾獎為何突然青睞復雜系統(tǒng)研究了？我想這主要應歸功兩點。一方面，復雜系統(tǒng)研究其實是牽扯到從生命到宇宙再到人類社會等一系列意義重大的問題。另一方面，復雜系統(tǒng)無愧于復雜二字，它的研究實在是太難了。你看，針對自然界中的秩序現(xiàn)象，我們有歐氏幾何、群論等一大堆數(shù)學、物理工具；針對無序現(xiàn)象，我們又有概率、統(tǒng)計等一大堆理論工具。然而，復雜系統(tǒng)，恰恰介于混沌與秩序之間，傳統(tǒng)的分析工具剛好基本都用不上了。所以，這方面一小點的進展都是不得了的。”

聽張江解釋“復雜科學”，讓記者常常覺得自己在上一堂哲學課。張江教授登上了2022年“科學Talk.生命科學新力量年度人物榜”，那么“復雜科學”與生命又有什么關(guān)系呢？

“生命科學是復雜科學研究的對象之一，比如說我們現(xiàn)在都知道人的物質(zhì)構(gòu)成是細胞、基因、蛋白等等，設想把一個人拆散成細胞、基因、蛋白，然后再把它們攪拌在一起，形成的并非一個生命體。如此多基本的單元要構(gòu)成人體，是需要復雜的構(gòu)成原理的，復雜科學可以研究這中間的奧秘?！睆埥f。

如果我們理解了這種構(gòu)成原理，那么我們就能從各種設備采集到的人體大量數(shù)據(jù)，像心率、血壓、血液中的各種指標，甚至基因信息等等，去建造一個完全數(shù)字化的人體模型，相當于在平行世界里建造了一個和真人一樣的數(shù)字人。張江說，在開發(fā)新藥物或者新的手術(shù)術(shù)式的時候，只需要在數(shù)字虛擬人身上做實驗，觀察數(shù)字人的反應，就可以得到一些可靠的結(jié)論，實驗安全后再將新藥或者新技術(shù)用到病人的身上，可以獲得更加安全和有效的治療效果。張江表示，這是復雜科學思維下的一種應用，但目前還未能實現(xiàn)。

文質(zhì)彬彬的張江，從未放下“原諒我這一生不羈愛自由”的情懷，團隊年會上，他還會抱著吉他高歌一曲。

張江1978年出生在北京，少年時趕上了上一波中國本土搖滾熱潮的尾巴，上大學后常常晃蕩在五道口的胡同里尋找打口碟。學業(yè)上，他也走上了自己的“不羈”之路。

“我最初想學物理，但家長反對，覺得物理不實用。高考成績不算理想，調(diào)劑進了土木工程專業(yè)，我不喜歡。讀了一門輔修課，遇到了賀仲雄老師，跟著他開始做研究。”賀仲雄是北京交通大學自動化所教授，是中國模糊數(shù)學的早期研究者之一，跟著這位老師，張江接觸到人工智能、復雜科學的一些基本概念，本科階段就在老師指導下發(fā)表了近十篇論文，獲評全校十大新聞人物，“隨便學學”的土木工程專業(yè)也獲得了保送研究生的資格。

張江說，他天馬行空的行事風格與家庭有很大的關(guān)系?！拔页砷L在一個很穩(wěn)定的家庭，家長支持我的選擇，小時候喜歡搗鼓東西，大一點后喜歡看書?！备咧袝r張江讀了愛因斯坦傳，覺得看懂了相對論，一度幻想自己因為掌握了太多宇宙奧秘而有被外星人抓走的危險。

生命科學是復雜科學研究的對象之一，比如說我們現(xiàn)在都知道人的物質(zhì)構(gòu)成是細胞、基因、蛋白等等，設想把一個人拆散成細胞、基因、蛋白，然后再把它們攪拌在一起，形成的并非一個生命體。如此多基本的單元要構(gòu)成人體，是需要復雜的構(gòu)成原理的，復雜科學可以研究這中間的奧秘。

2003年非典疫情發(fā)生，這一年北京的高校里學生們被要求不出校甚至不能出自己的宿舍樓，“足不出戶”的兩個月時間，張江邂逅了一本叫做《復雜》的書，他終于找到了他未來要做的研究，就是它。“這本書就像指路明燈一樣，讓我明確了自己的研究方向。”這兩個月里，張江還做了一件事——建立集智俱樂部網(wǎng)站，分享他對復雜科學的認識。直到今天，集智俱樂部仍然聚集了一批對復雜科學、人工智能有著濃厚興趣的志同道合者，成員之間會發(fā)起主題讀書會，并從社區(qū)中產(chǎn)出了論文、書籍等成果。

博士畢業(yè)后，張江才算真正跨入復雜科學研究領(lǐng)域。張江說，雖然公眾對復雜科學不太了解，但實際上國內(nèi)很多高校都設立了相關(guān)專業(yè)，比如“系統(tǒng)科學”“系統(tǒng)工程”等。張江認為，國內(nèi)的研究水平在國際上大概屬于第二梯隊，但中國人受傳統(tǒng)文化的影響，向來主張?zhí)烊撕弦坏恼w觀，以及用“一生二，二生三，三生萬物”來描繪大自然中的涌現(xiàn)現(xiàn)象，所以在復雜科學的理解上其實是有自己的優(yōu)勢的，因此中國團隊在復雜科學上也是有潛力的。

采訪的最后記者問張江教授一個問題：如果所有的研究都基于數(shù)據(jù)，科學對人本身會不會越來越忽略？“很多人擔心我們搞理工科的，只關(guān)心冷冰冰的數(shù)據(jù)，我認為過于關(guān)心數(shù)據(jù)的確是非常錯誤的。首先，如果不考慮數(shù)據(jù)背后這個真實的東西（我們管它叫物理背景），那么研究很可能張冠李戴。其次，世界本身包含的信息量幾乎可以說是無限的，再多的傳感器也無法捕捉到所有的信息?！?/p>

世界足夠復雜，這對于張江來說不是困擾而是樂趣。