當代復雜系統(tǒng)理論中一個非常重要的方面，是對“涌現(xiàn)”(emergence)的研究。而涌現(xiàn)中最重要的課題，可能就是所謂“秩序”（或結(jié)構(gòu)）的形成；它是極度混亂狀態(tài)——混沌的對立面。
達爾文：進化論與自然選擇
復雜系統(tǒng)最重要的研究對象就是生命或生物。相對于自然界基本元素和其相互作用規(guī)則的簡單性，生命這種高度復雜的事物的存在，看起來是一種奇跡。對于從遠古到現(xiàn)實，從簡單到復雜的生物品種分布，達爾文帶來了物種演進的全新視角：進化論；并且認為自然選擇是生物進化的基本動力與途徑。“選擇”(selection)這個詞通常聯(lián)系著一個實施主體。“自然選擇”(natural selection) 這個詞語在早期神創(chuàng)論中就被使用，但在達爾文這里，“自然”的含義是純粹、無保留的：它是有差異的生物個體在自然環(huán)境里的生存競爭、優(yōu)勝劣汰——最終“適者生存”。
達爾文進化論看上去符合大量人類對于自然界生物的觀察結(jié)果，但仍然有許多難以解決的問題。例如，僅僅依賴于隨機組合、突變和自然選擇，地球上的高級生物似乎不大可能產(chǎn)生：因為僅僅依靠這樣的選擇機制，形成如此復雜的系統(tǒng)，所需的時間，遠遠超出了地球可能的壽命。如果將視野拓展到更一般的課題——從多種簡單分子湯中原始生命如何出現(xiàn)到單一細胞（受精卵）如何精確地演變成高度復雜的多細胞生物體結(jié)構(gòu)等，達爾文的選擇機制就更無法滿意。這就來到了考夫曼的切入點。
考夫曼：自組織的自發(fā)秩序
相對于達爾文，考夫曼將視角從生物的物種進化拓展到更一般性的秩序(order) 上。進化論意義下物種由低級向高級的進化，在考夫曼眼中是新的、更復雜的秩序的產(chǎn)生與擴張。秩序的視角，突破了生物/生命系統(tǒng)的限制，使人可以用一種連貫的方式去考察整個自然系統(tǒng)從簡單到復雜的演化。達爾文的進化建立在選擇之上，可供選擇的對象來自個體差異、變異——偶然性。換言之，在純粹的達爾文途徑中，那些最終存活下來的物種或它們背后的秩序，最初都是偶然發(fā)生的，是在無數(shù)次偶然出現(xiàn)-自然篩選中積累的。如上所說，人們發(fā)現(xiàn)，這種方式的效率將極其低下，由此產(chǎn)生我們所見的復雜世界幾乎不可能。一定還有更有效的秩序產(chǎn)生與進化機制。
考夫曼指出，自然的選擇過程始終伴隨著另一個方面：自組織；而在達爾文的進化理論中，這方面是空白。自組織的機制能夠以遠遠高于隨機組合的方式產(chǎn)生某些特定的秩序，這是由一定范圍中相互作用的基本要素的性質(zhì)及其作用規(guī)則、邊界條件決定的。考夫曼將其稱為“Order for free” -- “spontaneous order”：自發(fā)秩序[注]；它是達爾文的自然選擇之外的另一個秩序之源，也是生物個體發(fā)生之秩序的終極來源。
進一步看，在達爾文那里，個體是被篩選的對象。隨機性、變異（突變）導致了個體差異，這些有差異的個體相互競爭，優(yōu)勝劣汰，就是所謂自然選擇的過程。考夫曼的途徑是具有某種動因（例如分子的隨機運動）的動態(tài)系統(tǒng)中的自組織過程，是比達爾文開放系統(tǒng)假設背景上的隨機組合/突變與淘汰更有效的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生途徑。
梅菲爾德：復雜的引擎
依然從生物系統(tǒng)的進化出發(fā)，梅菲爾德引進了信息這個考察要素。一方面，相對于無序或混亂，所謂有序的狀態(tài)或結(jié)構(gòu)可以解釋為包含或呈現(xiàn)了某種信息，這是一般信息理論的常見觀點；另一方面，特定結(jié)構(gòu)的形成，需要特定的信息——梅菲爾德發(fā)現(xiàn)，用信息操縱與積累——計算——可以很好或很簡明地解釋如生物這樣復雜系統(tǒng)進化的過程；他這種進化機制稱為“復雜的引擎”(the engine of complexity)。
另一方面，如前面提到，達爾文提出了物種的進化過程。考夫曼從秩序產(chǎn)生的角度去考察進化過程，并且已經(jīng)拓展到更一般的復雜系統(tǒng)，例如經(jīng)濟或社會方面。梅菲爾德仍然從生物系統(tǒng)進化出發(fā)，實際已經(jīng)將考察范圍擴大到整個宇宙中事物的演化上。他將宇宙中的事物從結(jié)構(gòu)/秩序的產(chǎn)生方式角度，劃分為兩個基本類型：第一個基本類型是所謂"structure for free"(自發(fā)的結(jié)構(gòu))[注]，第二個基本類型是所謂“purposeful structure”(目的性結(jié)構(gòu))。前者以隨機運動為動力，僅僅在基本的物理規(guī)律上就可以從混沌狀態(tài)中自然地形成，例如晶體。而后者才是真正感興趣的復雜結(jié)構(gòu)——梅菲爾德認為，它們的形成需要/依賴于特定的信息(他稱之為指令，instructions)。
留意，盡管梅菲爾德言明其用語“structure for free”是借鑒于考夫曼的“order for free”，但其實二者的對象并不對應——甚至隱藏了相悖性。自混沌狀態(tài)產(chǎn)生晶體這樣的過程，當然是典型的自發(fā)秩序/結(jié)構(gòu)的形成過程，呈現(xiàn)考夫曼的order for free，而梅菲爾德的structure for free基本上也就限于此類——對他而言，生物/細胞的結(jié)構(gòu)則是所謂目的性結(jié)構(gòu)，必須區(qū)分出來。然而考夫曼恰恰是在用其order for free模型來解釋后者的自發(fā)產(chǎn)生機制。綜合來看，考夫曼的order for free是說，包括生物/細胞所展示的秩序，都是可以在宇宙中自發(fā)地，以自組織的方式產(chǎn)生出來的——而不僅僅靠隨機組合和自然篩選。梅菲爾德實際上縮小了for free的范圍，進一步指出像生物體、細胞這樣的構(gòu)造，還需要更高級或復雜的機制——信息操縱和累積；計算，所謂復雜的引擎。
更有意思的問題是，梅菲爾德所謂“指令”信息是如何形成的，以及其類型（例如，生物的DNA與計算機程序這兩種“指令”的區(qū)別）和作用方式；這遠不是“積累”這樣的概念可以概括的。梅菲爾德用算法的進化來概括這個問題，從可進化計算的立場加以討論，看起來還只是方向性的、初步的探究。同時可以看到，這其實又從另一個層面回到了考夫曼的命題上：指令信息 (這種高級的秩序) 的產(chǎn)生與進化同樣有自然選擇及自組織的自發(fā)產(chǎn)生兩種基本途徑。
注
"Order for free"在中譯本《宇宙為家》中被譯作“免費的秩序”，《復雜的引擎》沿襲了這一譯法，將"structure for free"譯作“免費的結(jié)構(gòu)”。筆者認為對中文讀者而言，這種譯法從理解的角度，難免有牽強之效果。可參考這里的一次討論：https://book.douban.com/annotation/71861363/
參考
- Mayfield, J.E. (2013). The engine of complexity: evolution as computation. Columbia University Press.
約翰?梅菲爾德《復雜的引擎》，第一推動叢書，湖南科學技術(shù)出版社，2018-2-1 - Kauffman, S.A. (1995). At home in the universe: The Search for Laws of Self-Organization and Complexity. Oxford University Press.
斯圖亞特?考夫曼《宇宙為家》，第一推動叢書，湖南科學技術(shù)出版社，2004-4 - Kauffman, S.A. (1993). The origins of order: self-organization and selection in Evolution. Oxford University Press.
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作者印記：c8cc97
