《一种新科学》作者沃尔夫勒姆亲述：圣塔菲研究所的初创故事

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圣塔菲研究所被誉为复杂性科学的圣地，被称为“没有围墙的研究所”，那么它是如何创建发展起来的呢？2019年，为了纪念1984年圣塔菲研究所的首次学术会议，斯蒂芬·沃尔夫勒姆（Stephen Wolfram）撰写了本文。沃尔夫勒姆回忆了圣塔菲研究所的创立，与多位创始人的交往，以及自己的复杂性研究历程。

撰文 | Stephen Wolfram

翻译 | 黄磊审校 | 曾祥轩、刘培源
编辑 | 张爽
在1984年10月5号到6号的一个研讨会上，一群学者为圣塔菲研究所下了定义。我最近受邀写一篇对这次会议的回顾，以便当时和后续会议的论文集能够集结出版。

1984圣塔菲研究所首次会议论文集：

Emerging Syntheses in Science: Proceedings of the Founding Workshops of the Santa Fe Institute

目录地址：

https://www.santafe.edu/research/results/sfi-press/emerging-syntheses-science

建所前夜：1984年的圣塔菲研讨会
会议场所是一间略显阴暗的房间，装饰着美国原住民手工艺品。一张张桌子环绕房间摆放成大矩形，一群六十多岁男士坐于其间（没错，真的全是男士）。一下午的时间倏忽过去，人们就什么算是一所公认的、伟大的、崭新的交叉学科综合大学以及如何组建这样一所大学发表各自的见解。
    图1：1984年的圣塔菲研究所首届学术研讨会，与会学者的座位布局        图2：召开1984年圣塔菲研讨会的会议室现状那几天我希望自己能够耐住性子，但最终还是忍无可忍。我说的原话已经记不清楚了，不过，总结起来是这个意思：“现在只筹集到几百万美元，而不是二十亿，你们还打算要干什么？”这真是一个奇怪的时刻，毕竟我那时才25岁，是一群人里最年轻的，但我似乎扮演着让大家清醒一点的角色。 坦白地讲，在这几年之前我就已经创立了自己的第一家高科技公司，对这类好高骛远的讨论早就见怪不怪了。不过，看到他们这伙人很多都六十多岁了，还在讨论这类宏大问题，我感到惊讶，甚至有点着迷。               图3：沃尔夫勒姆的一小段笔记，记录当时的感受。
 乔治·考温（George Cowan）是曼哈顿计划参与者和洛斯阿拉莫斯国家实验室的负责人以及洛斯阿拉莫斯银行的创建者。这次会议由乔治·考温主持，我能听出他回应我的质问时，语气释然中夹杂着沮丧。原话我当然还是记不住，大概是在问“那么，你认为我们应该怎么办？” 我当时说道：“嗯，我确实有一个建议……”随后简单概括了一下。之后没多久，大家一致同意，我应该在当天晚些时候做出更为正式的表述。我的建议是，成立一个聚焦于所谓“复杂系统理论”（complex systems theory）的机构，也就是后来的圣塔菲研究所。
沃尔夫勒姆的复杂性探寻之旅
当然了，完整的背景故事精彩得多。在1972年，12岁的我看到了大学物理教科书的封面，上面描绘了分子由于互相碰撞而逐渐趋于混乱的模拟图像。我被这种现象深深吸引，很快就开始尝试用计算机理解这种现象。实际上，我并没有坚持太长时间。不过，那个时期真的是粒子物理的黄金年代啊，我“扫荡”了各种各样的宇宙学与粒子物理的出版文献。
 尽管如此，我还是在兜兜转转中回归了个人兴趣——寻找随机性或者复杂性出现的原因。
       

图4：1978 年的沃尔夫勒姆。1979年，年仅20岁的他拿到了加州理工学院理论物理博士学位。

于是1978年，在夸克之父、圣塔菲研究所的首任所长默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）的电话邀请下，我以研究生身份来到加州理工学院。 1979年，我创立了自己的第一个大型计算机语言用以辅助物理研究，即 SMP（Mathematica和Wolfram语言的前身）。1981年，SMP 的第一版完成，这时我已经有了加州理工的教职。我感觉时机已到，于是决定作出更有挑战的尝试，看看我在对随机性与复杂性的长久兴趣上到底能够搞出点什么。 当时，我已经挑选出不少有关复杂性的例子，比如自引力气体（self-gravitating gases）、枝晶生长（ dendritic crystal growth）、道路交通流（road traffic flow）以及神经网络（neural networks）。我脑子里还原论物理学家的角色要求我穷究深索找出背后的原因；而那个计算机语言设计者的角色则对我说：“发明点新玩意儿，然后看看能用它干点啥！” 没过多久，我就发明了后来被称为“元胞自动机”（cellular automata）的程序。我开始没觉得简单的元胞自动机能有什么有趣之处，不过还是利用计算机试着对它们做了些试验。令人十分惊奇的是，就算是构造极为简单的元胞自动机，它们也仍然拥有着极其复杂的行为，这对传统的科学教条真是莫大的冲击。过了些年我才意识到，这也是我写整本《一种新科学》（A New Kind of Science）的最早线索。 但对我来说，从1981年到1984年这一时期令人兴奋，因为我开始探索简单程序形成的计算世界，比如元胞自动机，并且发现了丰富的、意想不到的现象。之后《现代物理评论》（Reviews of Modern Physics）编辑戴维·皮内斯（David Pines）帮助我发表了第一份关于元胞自动机的重要论文，《自然》（Nature）编辑约翰·马多克斯（John Maddox）帮助出版了我对该论文的简介。经由洛斯阿拉莫斯实验室非线性研究中心引荐，我在1981年访问了洛斯阿拉莫斯，1983年还在此地发起组织了第一次专门的元胞自动机会议。 

1983年沃尔夫勒姆关于元胞自动机的第一篇论文 Statistical mechanics of cellular automata：

https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.55.601 

1984年10月4日沃尔夫勒姆发表《Nature》封面评论文章 Cellular automata as models of complexity：

https://www.nature.com/articles/311419a0

 1983年，由于一段知识产权纠纷，我离开了加州理工学院，转到普林斯顿大学高等研究院，还在这里组建了一个专门研究复杂系统基础科学的小组。我当时不知道在元胞自动机上发现的现象是否具有普遍性，但是可以肯定，至少有许多实例可以说明复杂性在各个领域的存在，而人们最终会找到一种基础理论来解释这些实例。 与圣塔菲研究所的一生错过
我不太确定是什么时候第一次听说里奥·格兰德研究所的项目（Rio Grande Institute，是圣塔菲研究所最开始的称呼，1985 年正式更名为圣塔菲研究所），但当时确实认为没有什么前途，因为它太像一群老物理学家的退休计划了。不过，好几个像皮特·卡拉瑟斯（Pete Carruthers，洛斯阿拉莫斯实验室理论部门的主任）一样的人鼓励我创设自己的研究机构，去推进我自认为可以实现的“那种”科学。 1984年7月份，我收到了尼克·梅特罗波利斯（Nick Metropolis）的来信。他是洛斯阿拉莫斯实验室的常驻学者，发明了梅特罗波利斯采样法（Metropolis method）。信里介绍了草创期的格兰德研究所是一家以“应对新兴科学综合体挑战”为宗旨的教育和研究机构。默里·盖尔曼也曾告诉我，这个研究所会汇聚物理学与考古学、语言学、宇宙学等学科，而“复杂性”这个词至少会频繁出现在研究所分发的文件资料里。     图5：梅特罗波利斯写给沃尔夫勒姆的邀请信
 在邀请函中对研讨会的介绍是这样的：“处理高度复杂并且互动的系统的科学研究正处于快速发展之中，亟需讨论在传授和研究这些领域时所采取的非传统方法的崭新概念“，默里·盖尔曼事实上已经成为知识界的先行者，他声称该研究所将会投入到“简单性和复杂性”（simplicity and complexity）的领域中去，并对此描绘了华丽的前景。 到了现场之后，很明显，每个人都希望自己感兴趣的领域能在未来项目中占据一席之地。我该怎么办呢？也像他们一样把我关心的新兴领域提出来吗？还是仅仅对计算机领域稍作评论，让他们尽管做自己的事情？ 我一边聆听着你来我往的发言，一边寻思我所学的东西和他们有什么关系。可对此一直没有什么头绪，比如说，当时我仍相信，相比于其他系统，自适应系统可能在本质上具有一些不同特性。即使这样，“复杂性”这个词语还是总被提起。如果格兰德研究所需要一个聚焦的研究领域，那么关于复杂性的一般性研究，最接近研究员们谈论议题的焦点。 我那时候无法预想屋子里人们对我做的“复杂系统理论”会有什么样的反应，不过我感觉我确实把真的存在“复杂性科学”（science of complexity）这一点表达清楚了，而且元胞自动机可以表达其运行原理。人们虽然已经意识到有这样的复杂或者有那样的复杂，但我至少已经开始让人们把复杂性当做一个有望获得普世理论的抽象概念来聊了。 首次研讨会后，我跟那个后来成为圣塔菲研究所的机构有了更多的交流。虽然我还是不确定这个机构以后会怎么样，不管如何，“复杂性科学”的意识算确立起来了。但是，在之后我不得不投入到自己的复杂系统研究机构创建计划中去[出于对“计算复杂度理论”（computational complexity theory）的尊重，我避免使用“复杂性理论”（complexity theory） 的叫法]。那段时间，我跟各种各样的大学接洽，实际上，戴维·皮内斯热心地建议我考虑伊利诺伊大学。 乔治·考温后来问我是否愿意投身推动圣塔菲究所的研究计划，但当时我已经决定独立做自己的研究，并且很快决定在伊利诺伊大学做。我创建的复杂系统研究中心以及期刊《复杂系统》（Complex  Systems）也于1986年的夏季开始运营。       图6：沃尔夫勒姆创建的期刊《复杂系统》 

《Complex Systems》期刊由沃尔夫勒姆于 1987 年创立，是复杂系统领域的第一本期刊：

https://www.complex-systems.com/

 独立的复杂系统研究者
不知道我如果跟圣塔菲研究所合作的话，结果会有什么不同。但实际上，我很快就厌倦了整天为复杂系统研究筹款的日子。于是我不久就离开了伊利诺伊大学，开发后来演变为 Wolfram 语言的 Mathematica 软件，并创建了 Wolfram Research 公司。
90年代初期，或许在很大程度上凭借圣塔菲研究的努力，再加上气候科学迂回助力的部分功劳，“复杂性”还真的流行了起来，一时间各种赞助纷至沓来。但我因为要运营Mathematica和自己的公司，几乎消失在这股复杂性的浪潮中，用自己创造的工具默默追求对基础科学的兴趣。我以为用不了几年就能成，但到头来用了整整十年。 在这段研究中我有了很多发现，并且意识到，当年我第一次在元胞自动机上看到的现象以及在圣塔菲研讨会上谈论的问题，实际只是一种崭新类型科学的众多线索之一。这种新的科学，对长久困扰人们的问题，对未来的世界，将产生全方位的影响。后来，我把这些发现集结成册，并在2002年出版了这部代表作《一种新科学》。 图7：沃尔夫勒姆的代表作《一种新科学》 复杂性研究的两条路线
沉寂十多年再度出现，着实有些奇怪。圣塔菲研究所在这些年里继续研究着复杂性科学，而我则低调行事，与圣塔菲研究所没有交流，不过实际上，那里还是有人对我的工作感兴趣。当2002年《一种新科学》出版时我很高兴，因为我确实完成，甚至超额完成了在1984年圣塔菲研讨会上发言时所谈论到的计划。 可惜2002年书籍出版时，1984年的那批学者们几乎都已经不在圣塔菲研究所了。取而代之的是新一代的“卫道士”（new guard），他们非但对我在推广复杂性科学领域上的贡献感到不满，而且以相当不得体的敌意来回应我。 

经历范式转移：沃尔夫勒姆回顾学界对《一种新科学》的反应

https://blog.stephenwolfram.com/2012/05/living-a-paradigm-shift-looking-back-on-reactions-to-a-new-kind-of-science/

 从1984年10月份的那些日子开始至今，这是一段有趣的旅程。今日的复杂系统研究已成显学（a thing），数百所冠名“复杂系统”的研究机构林立于世界各地（不过，我觉得与复杂性科学应用研究相比，复杂性的基础研究仍未获得应有的关注）。圣塔菲研究所仍然被认为是楷模，人们经常在我谈到复杂性研究时会问道：“你说的是不是圣塔菲研究所做的那种？” 我有时候会解释：“实际上，历史上对此还有一个小脚注。”然后我就会去谈 1984 年 10 月那个星期六下午的这篇笔记，那时候电子邮件还是新奇之物，用 ias!swolf 这个地址就能找到我。        

图8：1984年10月，在圣塔菲研究所创建之前，沃尔夫勒姆关于复杂系统理论构想的笔记

本文经授权转载自微信公众号“集智俱乐部”，原文戳“阅读原文”可查阅。

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