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虽然SFI 是世界上几个极少数从事跨领域简单性和复杂性研究的研究中心之一，但这绝不意味只有SFI 对此作出了重要贡献，也不意味SFI 是这种研究的主要处所。SFI 里许多个人的研究计划与世界其他学者的相似，而且在很多情形下，其他研究所的有关研究比SFI 早，甚至有许多研究计划在SFI 于1984 年建立以前就提出来了。在某些情形下，这些研究所是SFI 家庭关键成员的“本垒”。
我应该请求大家原谅，因为我好像在为SFI 吹嘘，特别是近几年某些出版物的误传，使SFI 和其他研究和教学组织间的关系受到损害之时，更容易引起这种误会。有许多对SFI 的赞扬伤害了其他团体，这使得这些团体的同事们，尤其是欧洲的同事们，十分恼怒。如果我的这本书也引起这种误会，我感到很抱歉。我强调SFI 的原因，仅仅是因为我熟悉SFI 进行的研究，而不大熟悉其他研究部门的研究，即使这些研究也许进行得更早。我还应该指出，研究简单性、复杂性和复杂适应系统有关课题的少数几个领头的研究所，他们卓有成效的研究还正在继续，而且大多持续了好多年。我把这些研究机构列在下面，虽然我的排列是随意的，但我很可能会激怒那些没有列入的研究机构的一些科学家和学者。这些研究机构是：巴黎高等师范学校；哥丁根普朗克生物物理化学研究所，所长是艾根（Manfred Eigen）；维也纳理论化学研究所，所长是舒斯特（ PeterSchuster，他现在正忙于在耶拿建立一个新的研究所）；密执安大学，伯克（Arthur Burk）、艾克色诺德（Robert Axelrod）、科恩（Michael Cohen）和霍兰德（John Holland），在这所大学里组成了一个“BACH 小组”，这个小组长期以来就讨论有关复杂系统的问题，他们所有的人，特别是霍兰德（他和我是科学委员会的主席），与SFI 都有某种程度的联系；斯图加特大学，哈肯（Hermann Haken）和他的助手们在这所大学里长期研究物理学中的复杂系统，他们把他们研究的内容称为“协同学”（synergetics）；布鲁塞尔的自由大学，这所大学里一些有趣的研究已经进行了好多年；荷兰的乌特勒支大学；日本东京大学纯科学和应用科学系；日本京都附近的ATR，这儿有从美国特拉华大学去的雷（Thomas Ray）；美国加利福尼亚大学（包括圣克鲁斯、伯克利和戴维斯分校）几个校园里的非线性研究中心；美国阿利桑那大学；美国厄巴拉的伊利诺斯大学贝克研究所（ BeckInstitute）；美国加州理工学院贝克研究所的计算和神经系统规划组；瑞典查尔默斯大学；丹麦哥本哈根的NORDITA；奥地利维也纳国际应用系统分析研究所；意大利图林科学交换学院（Institute for ScientificInterchange）。
有几位我十分尊敬的朋友和同事，他们在我写作的不同阶段校阅了全部手稿，这使我感到万分的荣幸。我非常感谢他们极有价值的帮助，但由于时间的关系，他们精妙的建议我只采纳了其中的一部分。这些人包括贝纳特（Charles Bennett）、凯斯蒂（John Casti）、约翰逊（George Johnson）、李普金（Rick Lipkin）、罗伊德（Seth Lloyd）、麦克卡希（Cormac McCarthy）、莫洛惠兹（Harold Morowitz）和萨根（Carl Sagan）。另外，有许多在不同领域里的著名专家，他们慷慨地花费时间与我就手稿中特定的部分进行了商榷，这些专家是：亚瑟（Brian Arthur）、布朗（JamesBrown）、克鲁奇菲尔德（James Crutchfield）、费尔德曼（ MarcusFeldman）、费兹帕特瑞克（John Fitzpatrick）、吉尔伯特（ WalterGilbert）、哈特尔（James Hartle）、克茨芬克（Joseph Kirschvink）、兰顿（Christopher Langton）、曼德布罗（Benoit Mandel…brot）、芒恩第三（C．A．MunnⅢ）、雷（Thomas Ray）、肖普夫（J．W．Schopf）、施瓦兹（John Schwarz）和谢帕德（Roger Shepard）。当然，书中仍然会出现一些错误，这些错误都由我个人负责，与上面提到的这些厚道而有学识的人没有任何关系。
任何熟悉我的人都知道我对于错误不能容忍，一个明显的例子是我经常订正饭店菜单上法文、意大利文或西班牙文的词汇。当我偶然发现某人写的一本书上有不精确的地方，我就会十分沮丧，不知道能否从这位作者那儿学习到什么东西，因为这位作者已被证明至少在某一点上出现了错误；当错误涉及到我或我的著作，我会怒不可遏。因为这本书的读者马上会想像得到我会多么痛苦，我会认为我的朋友和同事将指出成打的错误，无论他们感到开心还是抱歉，作为至善主义的我，这种难堪是无法忍受的。福克斯（Robert Fox，写过人类人口问题的书）曾向我描述一位传奇的人物：一位挪威照管灯塔的人由于冬天的长夜无事可干，就专门在书中寻找错误。我常常会想到这位传奇人物在读我的书。
我应该特别感谢我的忠实能干的助手狄安娜·兰姆斯（Diane Lams），她把我的许多事务管理得有条不紊，使我能把全部时间和全副精力投身于写作计划之中，没有她的帮助我完成写作任务是很困难的，特别是当时间紧迫时我的坏脾气不时发作，但她都忍受下来了。
弗里曼出版公司非常明白我在编制目录时遇到的困难，他们让莱昂（Jerry Lyons）这位了不起的编辑来帮助我（他现在在Springer 出版社工作），与他一起工作我就轻松愉快多了。我不仅感谢他的发奋工作，而且欣赏他的幽默和和蔼可亲，并怀念我与玛希娅（Marcia）同他及他那位贤淑的妻露西（Lucky）一起度过的美好时光。我还应该感谢莎娜（SaraYoo），她不知劳累地处理那数不清的原稿、修订稿，还得对付世界各地的编辑。吉普森（Liesl Gibson）也是我应该感谢的一位助手，她有效而卓越的工作一直持续到交稿前最后一分钟。
在我写这本书的时候，加州理工学院、SFI、阿斯彭物理中心（AspenCenter of Physics）和洛斯阿拉莫斯国家实验室，给予我通力合作，我应表示我的谢意。我还应该感谢A．P．Sloan 基金和美国政府的一些机构如能源部、空军科学研究处，在我最近几年的研究中，给予了许多支持（少数读者或许会奇怪，这两个机构能给与武器研究没有关系的纯科学予以帮助，实在是由于它们具有远见）。爱普斯坦（Jeffrey Epstein）通过给SFI 赠款的形式给我以帮助，我也应表示感谢。
在洛斯阿拉莫斯，实验室主任赫克尔（SigHecker）、理论部主任斯兰斯基和理论部秘书威尔兹（Stevie Wilds），给予了我特殊款待。在SFI，每一位部门和办公室的成员，都给予我很多帮助。在加州理工学院，校长、教务长以及物理、数学、天文部历届主任都对我十分关心，例如施瓦兹和海伦（Helen Tuck，这位非常能干的秘书在基本粒子理论组工作了20 多年）。在阿斯彭物理中心，因为它的基金已有30 多年历史，所以几乎每一件事都会麻烦萨莉（Sally Mencimer），我应该感谢她对我非凡的耐心。我写作从来就感到不轻松，这也许是因为当我还是小孩时，我父亲总是对我写的任何东西给予严厉的批评。我能最终完成这个写作计划，与我亲爱的妻子玛希娅的鼓励有关，她经常设法激励我，使我不中断写作。她给予的帮助有一些是不可或缺的。她是一位诗人和英语教授，她可以帮助我去掉一个作家的一些很坏的习惯。尽管有许多坏习惯还不幸地没有改掉，但那显然不能责备她。她劝我用计算机写作，现在我完全离不开计算机了。我现在甚至有些奇怪，我以前怎么会认为没有计算机也可以写作。另外，像一些喜欢科学或数学但只学了一点点这方面知识的人一样，她是嘲笑我写的这本书最理想的人。
作为一名教师和讲演者，常有人劝告我应该在听众中找一个人与他个别地直接交谈，甚至可以与他（或她）建立经常的联系，听取他（或她）的意见。在某种意义上说，我在本书写作过程中就是这样干的。玛希娅成了这个角色。她不断地指出有些地方解释得不充分，有些地方讲得太抽象。我只好一次又一次地修改，直到她懂了和同意为止。如在许多情形下一样，她的帮助大部分十分有益。但她认为还有许多地方应该写得更明白才好。当我在限定时间内结束本书写作时，我明白我一生从没有像这样发奋工作过。理论物理的研究与写书完全不同。当然，一个理论工作者偶而会有意识或无意识地产生很多想法和焦虑，但他们只需要每天或少数几天的几个小时思考或计算，加上与同事们和学生们进行一些争论，一般就可以解决问题，而且工作方式简单明快——在桌上或黑板上花点时间。写书则是另外一回事，它几乎每天要把大量时间用在键盘上。对像我这样一个可以算作懒散的人，简直可以说是一个冲击。
在写这本书时最让我激动的是，这个写作计划本身就使我一再认识到，它是一个复杂适应系统。写作的每一阶段我都得有一个思想模型（或图式），一个如何进行下去的简明提要。这个提要要从大量细节突出生动的形象，这样才能写出一章或一篇。然后，经过我的编辑、朋友、同事、玛希娅和我逐页审阅每一章，最终的评论和批评不仅会影响到那一章的内容，而且会影响我的思想模型，经常有不同的模型代替了原来的模型。当新的模型需要用细节充实、成型的时候，以上过程又得重复。在这种时候，整个写作、研究工作都会受到牵动。
这种进化发展的结果，就是你正准备读的这本书。我们从事研究夸克和美洲豹以及人类关系连接链的人，都经历过一种震撼人心的激动，我希望这本书能将这种激动传递给读者。
第一篇 简单与复杂
第一章 序言：丛林中的偶遇
我从未在荒郊野外真正地见过美洲豹。无论是穿越热带美洲的森林，还是乘船在中、南美洲的河流上旅游，我都从来没有体验过面对凶悍的花斑豹时那种心跳遽停的感觉。好几个朋友都曾告诉我，同美洲豹相遇会改变一个人的世界观。
1985 年在亚马逊河的支流那坡河附近、厄瓜多尔东部的低地雨林，是我离美洲豹最近的一次。那个地方定居着许多印第安人，他们在森林里开垦出了一片片的土地，用来种植农作物。他们说库丘亚（Quechua）语，这曾经是印加帝国的官方语言。他们还用自己的名字给亚马逊河边一些风景地命名。
从飞机上俯瞰这块从北向南，从东向西均绵延数千英里的土地，你会看到河流像一条条蜿蜒曲折的缎带镶嵌在森林之中。像密西西比河一样，这些河流常常呈U 形弯曲，这些U 形弯曲所环绕的区域往往被河水浸没而形成湖，每个湖通过一条闪闪发光的溪流与主河流相通。当地操西班牙语的人们称这种湖为“科恰”（cocha），科恰是库丘亚语中的一个词，它既可以指湖，又可以指海。空中观察者在河流的不同部分都可以看到这些科恰，先是普通的河弯，然后是U 形弯曲，接着是新形成的科恰，继之而来的是“生态过程”（ecological succession）。这时湖水慢慢地干涸，通过各种植物的作用而重新回复为森林。最终，从空中看来它就成了深绿色的森林背景中的一个浅绿色点。一个世纪或更长的时间之后，那个点将与雨林的其余部分融为一体而无法分辨。
一次，当我在潘那科恰（Pa na Cocha）附近的一条小道上散步时，我终于得以有机会近观美洲豹。潘那科恰的意思是“锯齿鲑湖”。我和几个伙伴在湖里抓到过三种不同的锯齿鲑，并将它们煮着吃了，味道非常好。那些鱼并不像人们想像的那么凶险。的确，它们有时候会袭击人，在湖水中洗澡的人一旦被咬，应立即离开水域上岸，否则伤口流出的血会引来更多的锯齿鲑。然而，在人与锯齿鲑的斗争中，更多的是锯齿鲑被人吃掉而非人被锯齿鲑吃掉。
在湖边步行一个小时左右，我们惊散了一群西貒（一种野猪，译注）。之后不久，我们又感觉到前面不远处有一头大的哺乳动物。我们嗅到了一股刺鼻的臭味，这气味