为什么只见树木不见森林：从简单现象到复杂系统

为什么只见树木不见森林：从简单现象到复杂系统

• 本书用50字左右总结了复杂性科学，介绍了如何通过跨学科视角认识自然与社会现象的相似性，并从中学习。
• 你能获得：理解复杂系统的核心概念，掌握跨学科思考方法，提升解决实际问题的能力。

核心内容：

1. 复杂性科学的本质是反学科研究：

• 复杂性科学没有固定边界，延伸并遍及所有传统学科。
• 复杂性科学家更关心未被理解的内容，而不是已经掌握的知识。
• 复杂性科学像菌丝体一样，穿透并连接传统知识领域。

2. 还原论在复杂性科学中的应用：

• 复杂性科学不分解整个系统，而是识别关键特征，忽略非本质细节。
• 这种“忽略的艺术”是复杂性科学从物理学借用并带到其他领域的。
• 通过面部模型和车辆识别的例子，解释了如何抓住本质特征，忽略非必要细节。

3. 物理学家在复杂性科学领域扮演重要角色：

• 理论物理学教育培养了深入了解事物本质、鸟瞰全局的思维方式。
• 物理学家擅长剥离现象，深入本质，并具备耐心和毅力。
• 物理学理论强调变化和动态，这对于理解复杂系统至关重要。

4. 数学是解析复杂问题的关键工具：

• 数学在应用中的根本意义在于梳理思想、进行精准表达，促进简化、忽略和抽象的过程。
• 数学模型可以用来准确地找出哪些元素是本质上的，哪些元素是外围的。

5. 复杂性研究在当今时代的重要性：

• 世界面临的危机是极其复杂和多层次的，而且往往相互关联。
• 必须用相互联系的方式进行思考，认识到哪些要素是本质上的、必不可少的。
• 复杂性科学推动跨学科交流，发挥桥梁纽带的重要作用。
• 复杂性科学并不在乎人们头脑中的限制和素描漫画，它反学科思维能帮助人们避免扭曲现实。

6. 同步现象的普遍性与要素：

• 自发同步现象指的是在没有外力或协调的情况下，在混乱和无序中突然出现以同步运动为形式的秩序。
• 实现同步需要动态元素，这类元素以自己的节奏振荡或者摆动。
• 自然界到处都有节奏和振荡：地球绕着太阳转，月亮绕着地球转，地球还在自转等等。

7. 生态系统中的同步现象：

• 猞猁和北极兔的种群数量的振荡在数百公里的范围内发生，是一种地理上可以理解的同步现象。在栖息地中，同步振荡依然会发生，因为北极兔和猞猁可以从一个栖息地迁移到相邻的栖息地。
• 马来西亚萤火虫同步闪光表明它们可以轻松调整自己的节奏，与同类同步，这是一种必然且稳定的过程。
• 北美洲周期蝉的幼虫蛰伏在地下13年或17年后同时破土而出，这是一种令人惊讶的同步行为。

8. 人体中的同步机制：

• 所有哺乳动物的心脏只有通过快速的同步过程才能发挥作用。心肌细胞必须同步“发射”，信号才能同步通过心肌。
• 癫痫发作期间，大量神经细胞按照同一节奏发送电信号，同步释放，导致大脑超负荷运转。

9. 人际关系中的同步现象：

• 音乐会结束时，观众的雷鸣般的掌声会自发变成快速的同步掌声，然后再次出现混乱的掌声。
• 同步化的股票经纪人平均获得了更高的利润，表明同步行为能为人类带来好处。

10. 传染病控制中的节奏与同步：

• 封锁措施是减少接触，使得新冠病毒不再得以有效传播蔓延。
• 感染病例数量上升，人们减少接触，病例数下降。随着病例数量下降，开始取消封锁措施，导致病例数量上升。
• “封锁溜溜球效应”与生态学模型中激活剂—抑制剂的展现的动态相符合。

11. 数学视角下的同步现象：

• 日本物理学家藏本由纪提出的藏本模型通过对振子的描述，证明了在某些条件下同步现象可以自行发生。
• 千禧桥的振动可以用藏本模型的改动形式来解释，该模型预测自发同步不会随着桥上的人越来越多而逐渐增加，而是会突然间从某个界限开始。

12. 小世界效应：短路径的原理

• 短路径的原理是小世界效应的核心，它描述了复杂网络的一个非常典型的特点：网络通常是既“大”，也“小”。说它大是因为它可以由数百万个节点和链接组成，说它小是因为它的直径很小。
• 社交网络和通信网络提供了全人类熟人网络也拥有较小直径的线索。

13. 社交网络集群分析及研究：

• 宽吻海豚和人类接触网络都呈现模块化（集群）的特性，部分紧密连接的节点形成模块或集群。
• 芬兰和匈牙利科学家开发的Jujujájaki模型展示了在如社交网络中，集群是自动形成的。这一特征会传染病的传播具有巨大的影响。

14. 网络共性研究结果：

• 各种不同的网络，如演员协作网络、万维网和区域供电网络，都普遍遵循“富者更富”的幂律分布特性。
• 真实网络的节点度频率分布遵循所谓的幂律公式，表明绝大多数的节点只有非常小的节点度，只有很少的节点连接是非常强的。 -无标度网络面对随机疫苗接种策略具有抵抗力。

15. 网络科学研究意义：

• 在网络中，一个节点连接着的“邻居”平均比节点本身具有更大的节点度，即“你的朋友比你拥有更多的朋友。”
• 科恩、哈夫林和本-阿夫拉汉姆提出了一个比较巧妙的疫苗接种策略，可以在事先不知道具体身份的情况下以高概率触达超级传播者
• 这种反学科方法揭示了完全不同现象的结构之间的相似性，特别是在社会和生物系统之间的相似性。

16. 自组织临界性：

• 动态系统有自发趋向临界点的特点。
• 新冠疫情大流行是具有临界性质，R值总是接近围绕临界点R=1上下波动。

17. SIR模型建立与应用：

• 安德森·麦肯德里克和威廉·克马克对传染病的传播进行过思考开发了SIR模型。这个模型描述了流行病的基本要素。通过与真实流行病学曲线的比较来估计R值。 -森林火灾模型也阐明模型临界森林密度的计算，可以用于群体免疫。
• SIR模型的“感染”和“康复”机制可以应用于其他临界系统。

18. 森林火灾模型:

• 在森林火灾模型，假设一部分林地有森林覆盖，另一部分是空地，分布是随机的，最终可以通过计算实现森林火灾动态平衡。
• 森林火灾模型用来验证疫苗接种对于抵御流行病传播的科学原理。 如果为必要数量的节点接种疫苗，整个网络就会分解成许多小的、不再连接的碎片，碎片之间不再有任何传播路径。

19. 自组织临界性

• 在疫情爆发期间动态平衡可以看成沙堆模型，和德罗塞尔的森林火灾模型。处于临界点上的各类系统都具有普遍的特性，临界点发出信号，证明临界现象的发生。
• 遵循相同运行规律有地震，它是一种随机发生的自然事故，也有非常简化的数学模型可以解释这种效应；生命本身也看上去也是一种临界现象。各个物种都具有一个适应度.

20. 临界点标志和特点

• 系统出现强烈的波动， -临界慢化; -网络分成小碎片，不再传递。

21. 巴克—斯耐彭简化：

开发简单的数学模型可以应用于物种的进化。各个物种都具有一个适应度，可以根据进化论的简单原则发生变化。