你好呀，复杂小世界！——从身边的万物找规律

你每天穿的那双运动鞋也是一个小系统：鞋带、鞋底、鞋面、鞋舌是它的组成部分，鞋带把鞋面系紧，鞋底防滑让你跑起来不摔，鞋舌保护你的脚踝不被磨疼，这些部分互相配合，才能让你穿着它跑操、上体育课、和同学赛跑，不会半路掉链子。其实啊，不止鞋子、闹钟、厨房是系统，你身边的所有东西——小到你手里的橡皮，大到整个地球，甚至你玩的游戏、上的学校、住的整个城市，全都是一个个小小的系统，它们就像一个个看不见的小宇宙，藏着好多好多我们平时没注意到的秘密。

要搞清楚什么是系统，我们只要抓住两个核心秘密就够了：第一个秘密是系统必须有“小伙伴”，也就是组成部分，就像搭积木塔的积木、蚂蚁窝里的蚂蚁、你们班的同学，都是系统的小伙伴；第二个秘密是这些小伙伴要“互相配合”，也就是存在相互作用，积木要上下叠放才能成塔，蚂蚁要碰触角传信息才能搬糖，同学们要分工合作才能完成大扫除，只有同时满足这两个条件，才能组成一个真正的系统。<system_example>积木塔</system_example>就是最最简单的系统：它的组成部分就是你搭的一块块积木，相互作用就是“一块叠在另一块上面”，只要这两个条件满足，积木塔就能立起来；要是你把最下面的积木抽走，相互作用断了，塔就会哗啦一声塌掉，这就是简单系统的典型特点。

你可能会问：那什么样的系统是“复杂系统”呢？其实判断标准特别简单，只要和刚才的积木塔比一比就知道了。<system_example>蚂蚁窝</system_example>就是我们最熟悉的复杂系统之一。你放学的时候是不是经常在路边看到一群蚂蚁爬来爬去？别小看这些小小的蚂蚁，它们组成的蚂蚁窝可是一个超级厉害的“智能小系统”：

• 首先它的“小伙伴”特别多，光工蚁就能分成找食物的、修巢穴的、照顾蚁后的好几种，再加上负责生宝宝的蚁后、负责打架的兵蚁、还没长大的幼蚁，整个蚂蚁窝里住着几十万甚至上百万只蚂蚁，比你整个学校的同学加起来还多；
• 其次这些小伙伴的“互相配合”可复杂了，不是简单的上下级命令：一只工蚁找到了一块饼干，它会用触角碰碰旁边路过的工蚁，传递“东边花坛下面有饼干”的信息，收到信息的工蚁会立刻跟着它往回跑，路上遇到别的工蚁，还会再碰触角把消息传出去，不一会儿就会来一大群蚂蚁搬饼干；要是搬的时候遇到一块大石头拦路，蚂蚁们不会傻等着，会自己绕到石头旁边找路，甚至会叫来更多工蚁一起把石头推开；
• 最神奇的是，这个系统会“自己变”：春天食物多，蚂蚁窝就会往大了扩建，冬天天气冷，蚂蚁们就会把巢穴搬到更深的地下避寒，你要是故意扔一块糖在蚂蚁窝旁边，蚂蚁窝不会像积木塔一样塌掉，反而会立刻调整“队伍”，派更多工蚁过来搬糖，整个过程不用谁指挥，全靠蚂蚁们自己配合。

是不是和积木塔完全不一样？我们再拿你上周五参加的<system_example>班级大扫除</system_example>来对比一下，你就能更清楚地看到复杂系统和简单系统的区别： 老师把全班分成擦窗户组、拖地组、擦黑板组、摆桌椅组，整个大扫除就是一个小小的复杂系统：

• 小伙伴多：四十多个同学，还有老师、扫帚、拖布、水桶这些工具，加起来有上百个组成部分；
• 互相配合的关系复杂：擦窗户的同学要踩凳子，下面的同学要扶着凳子防止他摔；擦完窗户的水滴到地上，拖地的同学要及时拖掉，不然大家踩了会滑；擦黑板的同学要把高处的粉笔灰也擦干净，不然飘到擦窗户的同学眼睛里，大家会忍不住打喷嚏；
• 会自己调整：要是擦窗户的组人太少，擦不完，旁边摆桌椅组擦完自己的活，不用老师喊，就会主动过来帮忙；要是拖地组的拖布坏了，大家会一起去找老师拿新的拖布；要是教室后面有块特别脏的污渍，拖布拖不掉，大家还会凑在一起想办法，用刷子蘸着洗洁精刷，最后不仅比别的班先做完大扫除，还拿到了卫生流动红旗。

你看，整个大扫除的过程，没有谁站在旁边喊“你该去擦窗户”“你该去拖地”，全靠每个小伙伴自己配合、自己调整，最后把活干得特别好，这就是复杂系统的“小聪明”——它不是靠一个人或者固定的规则运转，是靠所有小伙伴的互相配合，自己就能找到最好的解决办法。

有的小朋友可能会问：那是不是大的东西才是复杂系统，小的就不是？当然不是啦！<system_example>你手里玩的三阶魔方</system_example>就是个小小的复杂系统：它的组成部分是26个小方块（6个中心块、12个棱块、8个角块），每个方块都能转动，你转一下前面的面，右边的棱块和角块也会跟着动，转一下上面的面，后面的所有块都会变位置，它们之间的关系特别复杂；而且魔方打乱了之后，你不用看说明书，自己拧来拧去，慢慢就能把它拼回六个面都是同一种颜色的样子，这就是它会自己调整变化的证明哦，它虽然小，但可是个不折不扣的复杂系统呢。

现在我们来给复杂系统画个“小画像”，它有三个特别明显的特点，你只要记住这三个特点，就能一下子认出它来： 1. 小伙伴特别多：一般组成部分少于10个的，就算简单系统，比如你的文具盒，组成部分就是铅笔、橡皮、尺子，最多再加个修正带，一共才四五个，就是简单系统；要是组成部分有几十上百个，甚至成千上万个，就很有可能是复杂系统，比如你们班的同学，就有四五十个，就是复杂系统。 2. 互相都有联系：简单系统的小伙伴之间关系很简单，比如积木塔的积木，只有“上下叠放”这一种关系，抽掉一块，上面的就塌了，不会影响别的；但复杂系统的小伙伴之间，牵一发动全身，比如你在教室里跑，撞到了讲台上的粉笔盒，粉笔滚了一地，值日的同学就要花时间捡粉笔，本来值日同学捡完粉笔打算擦黑板，结果耽误了时间，上课铃响了，老师要等大家安静了才能上课，你本来只是想跑着找同学玩，结果影响了全班同学，这就是复杂系统里“互相联系”的特点。 3. 会自己调整变化：简单系统是死的，你搭成什么样就是什么样，不会自己变；但复杂系统是活的，遇到问题会自己找解决办法，比如你养的小仓鼠，你平时每天6点给它喂食，它就会养成习惯，到了6点就在笼子里跑来找你要吃的，要是你某一天忘了喂，它就会叫，还会咬笼子提醒你，这就是它会自己调整行为，提醒你喂食，这就是复杂系统的“自适应”能力。

有的小朋友可能会问：那是不是所有由很多部分组成的系统都是复杂系统？也不是哦，比如你有一大盒同样的乐高积木，你把它倒在桌子上，一堆积木堆在一起，组成部分也很多，但它们之间没有互相配合的关系，每块积木都各玩各的，这就不能算系统，更不算复杂系统；只有这些积木互相卡在一起，搭成了城堡、汽车、飞机，有了互相配合的关系，才能组成系统，要是搭的东西足够大、足够复杂，还能变成复杂系统呢。

现在我们再来看看“子系统”是什么，其实特别好理解：子系统就是大系统里的小系统，它自己也能独立运转，不用依赖大系统的其他部分。比如你家就是个大系统，组成部分有爸爸妈妈、你、家里的家具电器，还有你们养的猫，而你家的大系统里就有好多子系统：厨房就是子系统，组成部分是冰箱、燃气灶、锅碗瓢盆、做饭的爸爸妈妈，它们互相配合就能做出饭，不用等客厅的电视开着、不用等你卧室的台灯亮着，自己就能正常运转；你的卧室也是子系统，组成部分是你的床、书桌、玩具、还有你，你每天在卧室里睡觉、写作业、玩玩具，这个小系统自己就能转，不用依赖厨房做饭、不用依赖客厅看电视。再比如学校是大系统，每个班级就是子系统，每个班级里的小组也是子系统，你们小组一起讨论问题、一起做值日，不用依赖别的组，自己就能完成任务，这就是子系统。

其实啊，不仅人造的东西是系统，大自然里的所有东西都是系统：你窗外的大树是一个系统，树根、树干、树枝、树叶、还有树上的小鸟、树下的蚂蚁，都是它的组成部分，它们互相配合，大树才能长大；天上的云也是一个系统，小水滴、小冰晶、风，都是它的组成部分，风把小水滴吹到一起，就变成了云，云里的小水滴变大了，就会变成雨掉下来；甚至你自己的身体也是一个超级复杂的系统，你的心脏、肺、胃、手、脚都是组成部分，它们互相配合

它们互相配合，你才能跑、跳、吃好吃的、看动画片，你自己的身体就是全世界最最复杂的超级大系统哦。你上次感冒流鼻涕、发烧的时候，其实就是你身体里的“免疫小士兵”正在和入侵的病毒打仗：肺细胞会提醒你咳嗽把病毒咳出来，鼻子里的黏膜细胞会分泌更多的黏液把病毒粘住，白细胞会主动冲上去吃掉病毒，甚至你会发烧，也是因为“小士兵”们打仗的时候会产生热量，帮助消灭更怕热的病毒，整个过程不用你指挥，全靠身体里上万亿个细胞互相配合，最后打赢了仗，感冒就好了，这就是复杂系统的自我修复能力，是不是特别厉害？

你每天上午做的课间操，也是一个小小的复杂系统哦：组成部分有全校几千个同学、体育老师、操场、广播里的音乐，还有风、太阳这些环境因素。体育老师喊口令的时候，前排的同学先做动作，后排的同学跟着做，要是风把某个同学的帽子吹掉了，旁边的同学会帮他捡起来，不用体育老师停下来，整个课间操的队伍不会乱；要是突然下起小雨，体育老师会喊“大家快跑”，大家会一起往教学楼跑，整个过程也是所有小伙伴互相配合、自己调整的，没有谁提前写好“下小雨就喊跑”的固定规则，全靠大家平时做操的配合默契，这就是复杂系统的灵活性。

你家里如果养了小鱼缸，那也是一个复杂系统哦：组成部分有鱼、水、水草、小石子、过滤泵、还有每天喂鱼的你。小鱼在水里游，会吃掉水里的浮游生物，水草的根会吸收水里的废物，过滤泵会把脏水过滤干净，你每天喂鱼，鱼会游过来要吃的；要是你某一天喂多了鱼食，鱼吃不完沉到水底会变质，水草会吸收这些多余的养分，过滤泵会把脏水更快地过滤，整个鱼缸的水不会马上变浑，而是会自己调整，这就是复杂系统的自我调节能力，比你想象的厉害多了吧？

现在我们来说一个很重要的小概念——系统的“边界”，其实就是“这个系统里有什么、外面有什么”的分界线。比如你手里的泡泡机，它的边界就是泡泡机的塑料外壳，外壳里面的泡泡液、吹泡泡的圈、电池、开关都是泡泡机这个系统的内部小伙伴，吹出来的泡泡，要是还粘在吹泡泡的圈上，也算内部的一部分，要是飞到了天上，就到了系统的外面，变成外部环境的一部分了。再比如你们班的教室，边界就是教室的门和窗户，里面的桌子、椅子、同学、黑板、粉笔都是你们班这个系统的组成部分，走廊里别班的同学、操场上的体育老师，都是你们班系统的外部环境；要是别班的同学跑进来撞翻了你们的粉笔盒，那就是“外部干扰”，这时候你们班这个系统会自己调整：值日的同学会过来捡粉笔，旁边的同学会帮忙把粉笔盒扶起来，不用老师指挥，就能恢复原来的样子，这就是复杂系统的“抗干扰能力”，特别棒吧？

有的小朋友可能会问：“那我桌子上堆的很多橡皮，算不算系统？”当然不算啦，因为那些橡皮之间没有互相配合的关系，每块橡皮都各躺各的，既不影响别的橡皮，也不被别的橡皮影响，所以它们只是一堆积木，不是系统。但如果你把这些橡皮摆成了一个城堡，最下面的橡皮撑着上面的橡皮，最上面的橡皮放着你的小玩具人，这时候它们之间就有了互相配合的关系：最下面的橡皮要稳，上面的才不会塌，上面的橡皮要是掉了，下面的也会跟着倒，这时候它们就组成了一个简单的系统啦。要是你在城堡旁边放一群小蚂蚁，蚂蚁会爬上来搬橡皮，还会把城堡的墙啃出洞来，这时候“橡皮城堡+蚂蚁”就变成了一个小小的复杂系统哦。

我们之前说过，子系统就是大系统里的小系统，自己也能独立运转。比如你家是个大系统，你家的冰箱就是子系统：组成部分是冷冻层、冷藏层、压缩机、里面的菜和冰淇淋，它们互相配合，冷冻层能冻冰块，冷藏层能保鲜蔬菜，压缩机负责制冷，不用依赖你家客厅的电视、你卧室的台灯，自己就能正常运转。再比如学校是大系统，每个年级是子系统，每个班级也是子系统，你们班上课的时候，不用等别的班上课，自己就能上语文、数学课，还能自己组织大扫除、开班会，这就是子系统独立运转的特点。甚至你玩的过家家游戏也是个大系统，每个小朋友扮演的角色（妈妈、孩子、医生、老师）都是子系统，“妈妈”要照顾“孩子”，“孩子”要上“老师”的课，“老师”要教“孩子”知识，“医生”要给生病的孩子看病，每个角色自己都能演，又互相配合，整个过家家的故事才能往下走，特别有意思。

现在我们再来把简单系统和复杂系统的区别列个清楚的小清单，你一看就能明白：

| 对比项目 | 简单系统（比如积木塔、你的文具盒） | 复杂系统（比如蚂蚁窝、你们班、你的身体） | |----------|----------------------------------|------------------------------------------| | 小伙伴数量 | 很少，一般少于10个，比如文具盒只有铅笔、橡皮、尺子3-4个 | 很多，从几十到几百万甚至几万亿个，比如蚂蚁窝有几十万只蚂蚁，你的身体有上万亿个细胞 | | 互相配合的方式 | 很简单，只有固定的几种关系，比如积木只有“上下叠放”一种关系，抽掉最下面一块，上面的全塌 | 很复杂，每个小伙伴都和好多其他小伙伴有联系，牵一发动全身，比如蚂蚁碰触角传消息，你跑操摔了，膝盖、免疫细胞、白细胞都会配合止血 | | 会不会自己变 | 不会，怎么搭建就怎么固定，坏了就塌，不会自己调整 | 会！遇到问题会自己找解决办法，比如蚂蚁搬食物遇到石头会绕路，大扫除时擦窗户的组人少，摆桌椅组会主动来帮忙 | | 容不容易坏 | 很脆弱，碰一下就塌，抽掉一块就坏了 | 很结实，碰一下不会整个坏，比如你踢一下蚂蚁窝，蚂蚁只会暂时躲起来，过会儿又继续干活，不会整个窝塌掉 | | 有没有“小聪明” | 没有，完全靠搭建者的设计 | 有！会出现单个小伙伴根本没有的能力，比如很多蚂蚁一起搬饼干，比单个蚂蚁能搬的重1000倍，很多同学一起大扫除，比单个同学快10倍 |

刚才我们提到的复杂系统的“小聪明”，有个特别厉害的名字，叫涌现性，意思就是很多小伙伴凑在一起互相配合，突然出现了一种单个小伙伴根本没有的能力，就像变魔术一样。比如你一个人拍手，声音很小，要是全班四十个同学一起拍手，声音就大得能把窗户震得响，这就是“拍手声”从单个同学的拍手里“涌现”出来的；再比如一只蚂蚁只能搬比自己重一点点的食物，要是几十万只蚂蚁一起合作，能搬动比自己重几十倍的大虫子、大饼干，这就是“集体搬东西的能力”从单个蚂蚁身上“涌现”出来的。你平时玩的积木，一块积木只能当个小方块，要是你把几百万块积木搭成了一个城堡，城堡里能住人、能放玩具，这就是“城堡”从单个积木里“涌现”出来的。涌现性是复杂系统最最神奇的地方，后面的章节里我们会讲好多好多涌现的神奇例子哦。

其实不仅现实里的东西是