我们能为混乱的世界找到简单的描述吗？
个体行动自由不受束缚，最终如何形成统一而多变的集体？这既与物理学的主要概念问题息息相关，即理解微观规则与宏观行为之间的关系，也是社会运作的内在逻辑。
从原子到行星，从玻璃到鸟群，从股市涨落到政党选举，以至任何以人类为基础的文化、经济和社会活动，其中隐藏的运行规律，都可在复杂系统中求解。
2021年诺贝尔物理学奖得主乔治·帕里西，为我们揭示无序现象背后的简单秩序。
这一次，让一位聪明的物理学家，聊聊复杂世界的运作规律与其中蕴含的奇妙思维。
01 椋鸟的飞行藏着什么秘密
罗马黄昏时分。视线从高处出发，望向天空。
成千上万只椋鸟形成了魔幻的景象，这些舞动的小墨点格外显眼，在高速飞行中时而疏散，时而聚拢，远远看去形状变幻莫测，好像有个乐队指挥在下达指令。
不论队形多么稠密，也不论各自的路线如何纵横交错，它们都能避免相撞，仿佛进行着一场绝妙的空中表演。
如此壮观的场面，很难不引起关注与好奇。连卡尔维诺笔下的帕洛马尔先生，都会每天在阳台观察这些鸟，想靠观察时直接得出的结论来弄清心里的疑问，因为当时的科学理论对这些现象的解释很笼统。
时间跳转至二十多年后。一位同为意大利人的物理学家，面对这种源于自然生物的纯粹之美，犯起了职业病，许多问题就拍着翅膀飞进了他的脑袋：这到底是有乐队指挥还是它们自己组织的集体行为？信息是如何在鸟群中迅速传播的？它们为什么能一起转向又不发生冲撞？
疑惑暂时无解，但这项前无古人的研究并没有把物理学家吓住，毕竟这就是他该干的工作：发挥想象，做些前人从来没有做过的事。回答这些问题的人选非他莫属。
“谁也不能担保你一定会取得成功，打个比方说，你想让自己的心飞越这个障碍，但如果障碍太高，让你的心碰了壁，那最好还是打消这个念头。”
于是，他一边调侃着自己，一边组建团队进行实验研究。
解决实际问题意味着要掌控许多变量，每一个细节都决定着成败。纸上谈兵的人根本不会意识到在战场上会遇到多少问题。所幸的是，他啃下了一块块难啃的硬骨头，经过前后四年的时间，谜底被层层揭开：椋鸟的相互作用并不取决于相邻鸟之间的绝对距离，而是取决于距离的相对关系。它们运动时根据临近各鸟的位置进行自我调节。
以上是2021年诺贝尔物理学奖得主乔治·帕里西一段真实的探索故事。他以解开椋鸟飞行的秘密为引，正式邀请我们进入复杂系统的奇境。
02 重新认识复杂世界的运作方式
或许很多人会疑惑不解，物理学家为什么花这么长时间去研究鸟？
帕里西在开篇便揭晓答案：椋鸟飞行是一条重要线索，既关系到他的研究，又与现代物理学许多研究息息相关，即理解微观规则与宏观行为之间的关系。
呈现在我们眼前的，是鸟群在极速飞行中突然集体转向、变幻阵型的宏观行为。这种宏观行为，实际上由简单的微观规则造成。每只行动随机的鸟只对临近的鸟产生影响，进而产生一系列的连锁反应，形成复杂的宏观集体行为。如同社会中的自由个体，大家不知道大局是什么，最后如何呈现出大局发展的趋势，也许答案就藏在你与邻人的关系之中。
这便是复杂系统的奥秘所在。复杂系统由大量的基本单元组成，如原子、分子、神经元、人、动物、股票、网站……这些基本单元通过不同的方式相互作用，构建出难以预料的集体行为。人脑中数以亿计的神经元在相互作用下，能产生意识；微小的变动最终导致天气状况出现巨大差异。每个股票交易者自由买进或卖出，影响大盘走势……
而现代物理学肇始于伽利略的世界，与真实世界截然不同，伽利略将自然现象简化，忽略复杂性的问题。摸清复杂系统的内在运作规律，预测系统会如何随着时间的推移发生变化，似乎是不可能完成的任务。
在《随椋鸟飞行》中，帕里西的一系列论证让我们了解到，物质的无序行为能够以简单的规则系统化分析，我们可以从数学上描述各种基本单元之间的相互作用。对于物理学而言，这是一次真正的进步。
“几百年来，人们以将物理现象简化为本质的能力为肇端，不断推动物理学的发展。时至今日，物理学已变得如此博大精深，以至于可以将复杂性和无序性重新引入模型中，而这正是当年伽利略不得不放弃的东西。”
史蒂芬·霍金曾预言，21世纪是复杂性的世纪。从原子到行星，从玻璃到鸟群，从股市涨落到政党选举，以至任何以人类为基础的文化、经济和社会活动，都是复杂系统的现实表现。帕里西发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互作用，为复杂系统找到了普适性的数学描述方法，也因此获得2021年的诺贝尔物理学奖。
“这些成果不只是与生态学和进化生物学相关，而且在相当长一段时间内，可以加深人们对研究经济与社会现象的人文科学的理解。在这些学科中，我们会研究大量相互影响的人，因此有必要了解单个个体的行为与集体行为之间存在的联系。”
与此同时，帕里西为我们提供了另一种思维方式，即从微观的相互作用与宏观的集体行为之间的关系入手，在复杂中重新认识世界与理解自身。
03 天生的生活观察家与讲故事的人
“我们要以平易近人的方式解释当世的科学家都在做什么，当前他们面临的挑战是什么。这并不容易，但却有可能做到。我们需要千方百计地让许许多多的人走近现代科学。如果不这样做，作为科学家是难辞其咎的。”
在《随椋鸟飞行》中，乔治·帕里西身体力行地做到了这一点，他以即使是非专业人士也可以理解的方式，平易近人地叙述自己的科研趣事与思考过程，展示想法怎样形成、灵感从何迸发。
自旋玻璃是一种特殊的金属合金。它的磁性在宏观上呈现随机状态，是由于合金内部相邻原子的磁极方向彼此互斥，始终处于变化中。在介绍自旋玻璃这种特质时，他用生活常见的人际交往现象作类比：
“在生活中，我们往往很容易意识到自己的目标与别人的不一致，因此不得不放弃自己的追求。例如，我想与甲先生和乙先生成为朋友，但不幸的是，他们二人不睦，因此我很难同时与他们成为非常要好的朋友。这种情况本身令人沮丧不已，但涉及很多人时，就会变得更加复杂。”
原子间的互斥力如同莎士比亚笔下的人类悲剧，椋鸟的飞行状态则让他联想到物理学中的相变现象。当事物到达变化的临界点，往往没有任何微小特征表明它即将发生转变，如同鸟群在飞行中转向、水到达100℃时沸腾变成水蒸气。
作者不同寻常的思维与联想得以充分展现，同时，探索中蕴含的科学家理解未知事物的直觉非常有趣且意义非凡。
“科学建立在实验证明、分析论证和定理的基础之上。然而，在科学建构的基础上，还有不可胜数的直觉推理。就像在艺术和许多其他人类活动中一样，在科学领域，直觉也是头等重要的，然后才是准确性。”
直觉存在于从一个问题的产生到解决它所需要的脑力劳动过程中。虽然直觉推理与假设不会出现在科学出版物和专业文本中，但我们可以从《随椋鸟飞行》中一窥世界上“最聪明”的头脑如何借助直觉与灵感，思考和解决看似不可解的问题，“比推理小说更有意思、更烧脑——因为，是真的”。在这里，攻克一个个难关的艰苦过程被作者轻描淡写地略过，展现在我们眼前的是简洁优美的研究结论，正如他所说：
“在物理学和数学领域，为首次了解一项新事物需要付出巨大努力，但通过各种步骤得出的结论却又简单而自然，此二者之间的不平衡往往令人大跌眼镜。工作完成后，科学研究就像诗歌创作一样，没有任何迹象表明创作过程的艰辛，以及与之相伴的怀疑与彷徨。”
这位天生的生活观察家与讲故事的人，不仅仅是在谈物理，他通过自己与众不同的思维方式，为大家揭示复杂世界的内在规律，也慷慨地分享了自己如何答疑解惑的研究经历与思考过程，更使我们心中对一位科学家的想象和认知更加丰富饱满。
爱因斯坦曾说，世界上最不可思议的事情就是，这个世界竟然是可以理解的。
而乔治·帕里西告诉我们：无序背后，有简洁优雅的规律可循，可以证明，可以表述，且对我们的生活意义非凡。
从翻开《随椋鸟飞行》的那一瞬间开始，我们就进入了以好奇心、直觉、灵感、思维等一系列诗意存在构建而成的复杂系统奇境。
