複雜、適應性、混沌邊緣的騷動，這些一再出現的主題光芒四射，掀起一場跨越學門的科學革命。
這是一本關於複雜科學的書。
到目前為止，因為這門科學太新，而且太廣，沒有人知道如何為它下定義，也沒有人曉得它的界限究竟在哪裏。但是，這正是關鍵所在。如果目前這個領域的定義不清楚，那是因為複雜科學試圖探索的問題，違反了所有傳統的學門類別。例如：
．為什麼蘇聯在東歐長達四十年的霸權，會在一九八九年的幾個月之內崩潰？又為什麼蘇聯政權自己，在兩年後也難逃瓦解的厄運？為什麼共產主義會如此快速的全面崩潰？當然，這一切和兩個人戈巴契夫和葉爾欽有關，但即使是他們自己，似乎都被這一連串超乎他們控制之外的事件橫掃而過。是不是有某種超越個人的全球動力在冥冥之中運作？
．在一九八七年十月的一個星期一，為什麼華爾街股市突然崩盤五百點？許多指責的矛頭指向電腦化的交易系統，但是股市已經用了好多年電腦了。有沒有什麼原因令股市在那個特定的星期一崩盤？
．根據化石紀錄，古老的物種和生態系統通常可以維持數百萬年的穩定狀態，為什麼卻會在某個地質時代的瞬間，整個改朝換代？此外，小行星的撞擊也許是令恐龍絕種的原因，但是過去並不曾發生過那麼多次的小行星撞擊；究竟還曾經發生過什麼事情？
．為什麼在巴基斯坦這樣的國家，各種避孕方法已經非常普及而方便，而且村民很清楚人口過多及經濟發展停滯已使他們深受其害；但農村家庭仍然每戶生七個小孩？為什麼他們一直繼續這種毀滅性的行為？
．四十億年前，胺基酸的原始形態和其他的簡單分子怎麼樣轉變成第一個有生命的細胞？分子不可能只是隨機的碰在一起；創世主義者最喜歡指出的一點就是，發生這種巧合的機率微乎其微。那麼，生命的創造真是奇蹟嗎？還是，在最初的胺基酸中，發生了其他我們不了解的狀況？
達爾文也不知道的事情
．為什麼個別的細胞會在六億年前開始結盟，而產生像海藻、水母、昆蟲，及後來的人類等各種多細胞有機體？為什麼人類費了那麼大的功夫組織家庭、部落、社區、國家及各種形態的社會？如果演化（或是自由市場資本主義）只是意味著適者生存，那為什麼在人與人之間，除了無情的競爭之外，還會產生其他的，像是愛情、友情等等關係？在一個好人總是吃虧的世界裏，為什麼還是有信賴或合作這樣的事情？還有，為什麼信賴和合作的精神不只存在，還發揚光大？
．達爾文的天擇說怎麼解釋像眼睛或腎臟這麼精巧複雜的構造？難道生物體內令人難以置信的精巧結構，只不過是演化過程中偶發的意外嗎？還是，在過去四十億年間發生了許多達爾文所不知道的事情？生命到底是什麼？生命只不過是一種特別複雜的有機化學產物嗎？還是更微妙的東西？
．我們怎麼解釋像電腦病毒這種東西？電腦病毒只是惱人的仿生命物體嗎？還是基本上它也真的活著？
．什麼是心智？像腦袋這樣一團三磅重的普通物質，怎麼會產生像感覺、思想、目的及意識等等不可言喻的特質？
．也許最根本的問題是，為什麼世間會有生命，而不是空無一物？宇宙從大霹靂（Big Bang）後的混沌中開始，從此之後就如熱力學的第二定律所形容，失序、分裂、腐敗等趨向殘酷的主宰著整個宇宙，然而，宇宙仍然設法產生了各種不同層次的結構：銀河系、恆星、行星、細菌、植物、動物和腦子。怎麼辦到的呢？是不是宇宙在不可抗拒的走向失序的同時，也有一股同樣強大的力量把它拉向秩序、結構和組織？如果真是這樣，兩種截然不同的過程如何齊頭並進呢？
超越自我
乍看之下，這些問題唯一的共同點就是答案相同：沒有人曉得。有些問題甚至不像科學的議題。但是，再進一步思考，相同點就一個個冒出來。例如，每個問題都提到一個複雜的體系，也就是許多各自獨立的物體以多種不同的形式，彼此互動。想想組成活細胞的那些數以千萬億計、相互起化學作用的蛋白質、油脂和核酸，或是幾十億相互連接、構成頭腦的神經細胞，或是幾百萬相互依賴，組成人類社會的個人吧！
更重要的是，在每一種情況中，豐富的互動關係使整個體系經歷了自發的自我組織過程。因此，物質需求使人類不自覺的經由無數的個人買賣行為，形成經濟體系，其中並沒有任何人刻意規畫或負責總其成。成長中的胚胎基因自行以一種方式組合成肝細胞，又以另一種方式組合成肌肉細胞。飛鳥適應鄰居的行為之後，不自覺的聚集成鳥群。經由演化，生物不斷的彼此適應，也因此組成協調的生態系統。原子也藉著化學結合，組成分子結構。
在每種狀況下，尋求相互適應及自我調和的物體以某種方式超越了自我，獲得群體特性，例如生命、思想及意向，這是他們個別可能永遠無法擁有的。
更重要的是，這些複雜、自我組織的系統具有適應能力，並不是只像地震中滾動的石頭一樣，被動的對事件作出反應。它們會主動的把發生的情況轉變為自己的優勢。因此，人類頭腦不斷組合及重組數十億的神經連線，以便能從經驗中學習。物種在變動的環境中不斷演化，以便能活得更好；產業和企業亦是如此。而市場更是不斷回應改變的品味及生活方式、技術發展、原料價格的起伏及其他許許多多可能影響市場的因素。
最後，在這些複雜、自我組織、有適應能力的系統中的每一分子，都有一種活力，使它們和電腦晶片或雪花等雖然複雜、但卻靜態的物體不同；真正的複雜系統自發性更強，更沒有秩序，也更活躍。
但是同時，它們特殊的活力也正好遙相呼應所謂混沌（chaos，請參考天下文化出版的混沌一書）的奇怪、無法預測的螺旋狀運動。在過去二十年，混沌理論動搖了科學的根本基礎，讓我們了解到簡單的動力學原則會產生不尋常的複雜行為；如碎形（fractal）無窮的精緻之美及河水波紋的騷動就是明證。然而單靠混沌，還無法解釋複雜系統的結構、一致性和自我組織的結合力。
混沌邊緣的活力
事實上，所有的複雜系統都有一種能力，能使秩序及混亂達到某種特別的平衡。在這個我們稱之為混沌邊緣（the edge of chaos）的平衡點上，系統的組成分子從來不會真正鎖定在一個位置上，但也從來不會分解開來，融入混亂之中。在混沌邊緣，生命正好有足夠的穩定性來維繫生命力，而也正好有足夠的創造力，使其不負生命之名。在混沌邊緣，嶄新的想法及創新的遺傳形態永遠在攻擊現狀，儘管是最警衛森嚴的舊勢力都終將瓦解。在混沌邊緣，美國長達數世紀的奴隸制度和種族隔離，突然就在一九六○和七○年代向民權運動豎起白旗；七十年紅透半邊天的蘇聯共產政權，一夕之間在政治騷動中崩潰。也在混沌邊緣，在無數世代中循序漸進的物種演化，也突然出現大規模的物換星移。
混沌邊緣是停滯和混亂之間不斷變動的戰鬥區。在混沌邊緣，複雜體系能自動自發的運作、富適應性，並且充滿活力。
複雜、適應性、混沌邊緣的騷動，這些一再出現的主題光芒四射，愈來愈多科學家相信，其中的奧妙絕不止於它們彼此之間的相似之處而已。而掀起這個運動的神經中樞，是個名叫聖塔菲研究院（Santa Fe Institute）的智庫，位在美國新墨西哥州。聖塔菲研究院在八○年代中期創立，最初設於峽谷路上聖塔菲藝術區中租來的修道院房舍內，舉辦研討會的地方過去是一所小教堂。
在這裏聚集的科學家包括了各路英雄好漢，從綁著馬尾的研究生到物理學界的泰斗葛爾曼（Murray Gell︱Mann, 1929︱）和安德森（Philip Anderson。1923︱）、經濟學界的艾羅（Kenneth Arrow, 1921︱）等諾貝爾獎大師。他們的共同看法是：萬物皆有其一致性，複雜科學的理論架構將能同樣的解釋大自然與人類的種種變化。他們相信，經由過去二十年在神經系統、生態、人工智慧和混沌理論累積的知識，他們已經掌握了創造這種理論架構的數學工具。他們也相信，應用這些想法，他們將能以前所未有的方式，來了解這個世界自發而且自我組織的活力，並且會對經濟、商業、甚至政治行為產生巨大的影響。他們相信，聖塔菲研究院正在架構的理論是第一個能替代自牛頓以來，主宰科學界的線性、化約論（reductionism）想法的嚴謹方案，而且這個方案能充分解釋今日世界的種種問題。套句聖塔菲研究院創辦人柯文（George Cowan）的話：他們相信，他們正在開創二十一世紀的新科學。
以下就是他們的故事。