复杂、适应性、混沌边缘的骚动，这些一再出现的主题光芒四射，掀起一场跨越学门的科学革命。
这是一本关于复杂科学的书。
到目前为止，因为这门科学太新，而且太广，没有人知道如何为它下定义，也没有人晓得它的界限究竟在哪里。但是，这正是关键所在。如果目前这个领域的定义不清楚，那是因为复杂科学试图探索的问题，违反了所有传统的学门类别。例如：
．为什么苏联在东欧长达四十年的霸权，会在一九八九年的几个月之内崩溃？又为什么苏联政权自己，在两年后也难逃瓦解的厄运？为什么共产主义会如此快速的全面崩溃？当然，这一切和两个人戈巴契夫和叶尔钦有关，但即使是他们自己，似乎都被这一连串超乎他们控制之外的事件横扫而过。是不是有某种超越个人的全球动力在冥冥之中运作？
．在一九八七年十月的一个星期一，为什么华尔街股市突然崩盘五百点？许多指责的矛头指向电脑化的交易系统，但是股市已经用了好多年电脑了。有没有什么原因令股市在那个特定的星期一崩盘？
．根据化石纪录，古老的物种和生态系统通常可以维持数百万年的稳定状态，为什么却会在某个地质时代的瞬间，整个改朝换代？此外，小行星的撞击也许是令恐龙绝种的原因，但是过去并不曾发生过那么多次的小行星撞击；究竟还曾经发生过什么事情？
．为什么在巴基斯坦这样的国家，各种避孕方法已经非常普及而方便，而且村民很清楚人口过多及经济发展停滞已使他们深受其害；但农村家庭仍然每户生七个小孩？为什么他们一直继续这种毁灭性的行为？
．四十亿年前，胺基酸的原始形态和其他的简单分子怎么样转变成第一个有生命的细胞？分子不可能只是随机的碰在一起；创世主义者最喜欢指出的一点就是，发生这种巧合的机率微乎其微。那么，生命的创造真是奇迹吗？还是，在最初的胺基酸中，发生了其他我们不了解的状况？
达尔文也不知道的事情
．为什么个别的细胞会在六亿年前开始结盟，而产生像海藻、水母、昆虫，及后来的人类等各种多细胞有机体？为什么人类费了那么大的功夫组织家庭、部落、社区、国家及各种形态的社会？如果演化（或是自由市场资本主义）只是意味着适者生存，那为什么在人与人之间，除了无情的竞争之外，还会产生其他的，像是爱情、友情等等关系？在一个好人总是吃亏的世界里，为什么还是有信赖或合作这样的事情？还有，为什么信赖和合作的精神不只存在，还发扬光大？
．达尔文的天择说怎么解释像眼睛或肾脏这么精巧复杂的构造？难道生物体内令人难以置信的精巧结构，只不过是演化过程中偶发的意外吗？还是，在过去四十亿年间发生了许多达尔文所不知道的事情？生命到底是什么？生命只不过是一种特别复杂的有机化学产物吗？还是更微妙的东西？
．我们怎么解释像电脑病毒这种东西？电脑病毒只是恼人的仿生命物体吗？还是基本上它也真的活着？
．什么是心智？像脑袋这样一团三磅重的普通物质，怎么会产生像感觉、思想、目的及意识等等不可言喻的特质？
．也许最根本的问题是，为什么世间会有生命，而不是空无一物？宇宙从大霹雳（Big Bang）后的混沌中开始，从此之后就如热力学的第二定律所形容，失序、分裂、腐败等趋向残酷的主宰着整个宇宙，然而，宇宙仍然设法产生了各种不同层次的结构：银河系、恒星、行星、细菌、植物、动物和脑子。怎么办到的呢？是不是宇宙在不可抗拒的走向失序的同时，也有一股同样强大的力量把它拉向秩序、结构和组织？如果真是这样，两种截然不同的过程如何齐头并进呢？
超越自我
乍看之下，这些问题唯一的共同点就是答案相同：没有人晓得。有些问题甚至不像科学的议题。但是，再进一步思考，相同点就一个个冒出来。例如，每个问题都提到一个复杂的体系，也就是许多各自独立的物体以多种不同的形式，彼此互动。想想组成活细胞的那些数以千万亿计、相互起化学作用的蛋白质、油脂和核酸，或是几十亿相互连接、构成头脑的神经细胞，或是几百万相互依赖，组成人类社会的个人吧！
更重要的是，在每一种情况中，丰富的互动关系使整个体系经历了自发的自我组织过程。因此，物质需求使人类不自觉的经由无数的个人买卖行为，形成经济体系，其中并没有任何人刻意规画或负责总其成。成长中的胚胎基因自行以一种方式组合成肝细胞，又以另一种方式组合成肌肉细胞。飞鸟适应邻居的行为之后，不自觉的聚集成鸟群。经由演化，生物不断的彼此适应，也因此组成协调的生态系统。原子也借着化学结合，组成分子结构。
在每种状况下，寻求相互适应及自我调和的物体以某种方式超越了自我，获得群体特性，例如生命、思想及意向，这是他们个别可能永远无法拥有的。
更重要的是，这些复杂、自我组织的系统具有适应能力，并不是只像地震中滚动的石头一样，被动的对事件作出反应。它们会主动的把发生的情况转变为自己的优势。因此，人类头脑不断组合及重组数十亿的神经连线，以便能从经验中学习。物种在变动的环境中不断演化，以便能活得更好；产业和企业亦是如此。而市场更是不断回应改变的品味及生活方式、技术发展、原料价格的起伏及其他许许多多可能影响市场的因素。
最后，在这些复杂、自我组织、有适应能力的系统中的每一分子，都有一种活力，使它们和电脑晶片或雪花等虽然复杂、但却静态的物体不同；真正的复杂系统自发性更强，更没有秩序，也更活跃。
但是同时，它们特殊的活力也正好遥相呼应所谓混沌（chaos，请参考天下文化出版的混沌一书）的奇怪、无法预测的螺旋状运动。在过去二十年，混沌理论动摇了科学的根本基础，让我们了解到简单的动力学原则会产生不寻常的复杂行为；如碎形（fractal）无穷的精致之美及河水波纹的骚动就是明证。然而单靠混沌，还无法解释复杂系统的结构、一致性和自我组织的结合力。
混沌边缘的活力
事实上，所有的复杂系统都有一种能力，能使秩序及混乱达到某种特别的平衡。在这个我们称之为混沌边缘（the edge of chaos）的平衡点上，系统的组成分子从来不会真正锁定在一个位置上，但也从来不会分解开来，融入混乱之中。在混沌边缘，生命正好有足够的稳定性来维系生命力，而也正好有足够的创造力，使其不负生命之名。在混沌边缘，崭新的想法及创新的遗传形态永远在攻击现状，尽管是最警卫森严的旧势力都终将瓦解。在混沌边缘，美国长达数世纪的奴隶制度和种族隔离，突然就在一九六○和七○年代向民权运动竖起白旗；七十年红透半边天的苏联共产政权，一夕之间在政治骚动中崩溃。也在混沌边缘，在无数世代中循序渐进的物种演化，也突然出现大规模的物换星移。
混沌边缘是停滞和混乱之间不断变动的战斗区。在混沌边缘，复杂体系能自动自发的运作、富适应性，并且充满活力。
复杂、适应性、混沌边缘的骚动，这些一再出现的主题光芒四射，愈来愈多科学家相信，其中的奥妙绝不止于它们彼此之间的相似之处而已。而掀起这个运动的神经中枢，是个名叫圣塔菲研究院（Santa Fe Institute）的智库，位在美国新墨西哥州。圣塔菲研究院在八○年代中期创立，最初设于峡谷路上圣塔菲艺术区中租来的修道院房舍内，举办研讨会的地方过去是一所小教堂。
在这里聚集的科学家包括了各路英雄好汉，从绑着马尾的研究生到物理学界的泰斗葛尔曼（Murray Gell︱Mann, 1929︱）和安德森（Philip Anderson。1923︱）、经济学界的艾罗（Kenneth Arrow, 1921︱）等诺贝尔奖大师。他们的共同看法是：万物皆有其一致性，复杂科学的理论架构将能同样的解释大自然与人类的种种变化。他们相信，经由过去二十年在神经系统、生态、人工智慧和混沌理论累积的知识，他们已经掌握了创造这种理论架构的数学工具。他们也相信，应用这些想法，他们将能以前所未有的方式，来了解这个世界自发而且自我组织的活力，并且会对经济、商业、甚至政治行为产生巨大的影响。他们相信，圣塔菲研究院正在架构的理论是第一个能替代自牛顿以来，主宰科学界的线性、化约论（reductionism）想法的严谨方案，而且这个方案能充分解释今日世界的种种问题。套句圣塔菲研究院创办人柯文（George Cowan）的话：他们相信，他们正在开创二十一世纪的新科学。
以下就是他们的故事。