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的论述，诸如“一柱上升的气流和雨水冻结成冰雹”，或“一股寒冷而潮湿的下降气流
突然穿透了云层底部，降落到地面。”但当计算机用几英里长的空间和数小时的时间整
合了这些方程式，便产生了计算机所想得到的效果。更有甚者，正是这一事实使科学家
能够用他们的计算机模式来进行实验，而这种实验在真实世界里是无法进行的。究竟是
什么导致气流上升或下降？当气温和湿度改变时，它们又会发生什么样的变化？什么是
真正影响雷暴雨的动力的因素？什么不是？在另外的雷暴雨中，相同的因素会同样重要
吗？
考温说，到了八十年代初，这种数据化的实验已经变得非常普遍了。从新机型的飞
行效果测试、汹涌流入黑洞的星际气流、到大爆炸后银河系的形成——至少在物理科学
家中，计算机模拟的整个概念已经完全被接受了。“所以你可以开始琢磨对付非常复杂
的系统的事儿了。”
但是，复杂的魅力比这还要来得深刻。部分是因为复杂系统可以被计算机模拟，部
分是因为新的数学认识。到八十年代初，科学家开始认识到，许多混乱而复杂的系统可
以被一种强大的理论描述成“非线性动力学”（nonlineardynamics）。在这个过程中，
科学家们被迫面对一个令他们窘困的事实：整体真的可以大于部分相加的总和。
对现在的大多数人来说，这一事实已是显而易见了，但对当时的物理学家们来说却
是非常令他们窘困的，因为物理学家们花费了三百年时间来热爱线性系统。在这个系统
中，整体正好等于所有部分的相加。公平地说，他们有很多理由这么认为。如果在一个
系统中，整体正好等于所有部分的相加，则每一个部分都可以自由地做自己的事，而不
用去管别处发生了什么。这样相对比较容易做数学分析。（“线性”这个词指的是，如
果你把方程式在图表纸上画出来，绘制出来的会是一条直线。）另外，大自然中的许多
事情都是线性运作的。声音是一个线性系统，这就是为什么双簧管和弦乐器合奏，你却
可以将它们单独地分辨出来。因为音波相互混合，但仍然能保持各自的特点。光线也是
一个线性系统，这就是为什么你在大太阳天也可以看到马路对面通行／禁止通行的指示
灯，因为从指示灯射出来的光线进入你的眼帘不会被从高处照射下来的阳光粉碎于地面。
各种光线独立运作、相互穿越，仿佛什么也不存在似的。在某些方面，甚至连经济也是
一个线性系统，比方小经济单位可以独立运作。又比如，某人在街头杂货店买了一张报
纸，这对你去超级市场买一管牙膏的决定不会有什么影响。
然而，大自然中的许多事情确实不是线性的，这包括使这个世界充满趣味的大多数
事情。我们的大脑肯定不是线性的系统：虽然双簧管的声音和弦乐的声音独立地进入你
的耳朵，但这两种乐器的和声在你情感上产生的影响却远远大于这两种乐器的单独作用。
（这就是为什么我们有交响乐团的原因。）经济也并非真是线性系统。数百万的个人做
出的买或不买的决定可以相互影响，从而导致经济繁荣或萧条。而经济气候反过来又会
影响到导致这种气候的购买力。确实，除了非常简单的物理系统外，世界上几乎所有的
事情、所有的人都被裹罩在一张充满刺激、限制和相互关系的巨大的非线性大网之中。
一个地方小小的变化会导致其它所有地方的震荡，就像T．S。艾略特所说的那样，我们
无法不扰乱宇宙。整体几乎永远是远远大于部分的总和。用数学来表示这个特征——假
如这样的系统可以用数学来表示的话——则这就是个非线性的方程式：画出来的图线是
弯曲的。
非线性方程式为人工所难以解开是出了名的。这就是为什么科学家们这么久以来一
直在回避这个问题的原因。但这恰恰是计算机能够介入之处。在五十年代和六十年代，
科学家们一开始玩上计算机就意识到，计算机不是很介意线性与非线性相对的问题。计
算机只管努力运算，给出答案。当科学家利用计算机的这一优势，用计算机功能来解越
来越多的非线性方程式时，他们发现了他们在对付线性系统时从未想象到的奇怪而绝妙
的情形。比如，在量子场理论中，通过一条浅狭沟渠的水波会对某种微妙的动力产生深
刻的关联：它们都是一种叫做“孤粒子”的孤立而独立动作的能量脉冲。木星上的大红
斑（The Great Red Spoton Jupiter）也许是另一个这样的孤粒子。它是一个比地球还
要大的旋转飓风，已经独立存在了至少四百年。
物理学家伊尔亚·普里戈金声大张旗鼓地宣扬的自组系统也是被非线性动力支配的
系统。确实，致使一锅汤沸腾的自组运动的动力被证实与其它非线性形态非常相似，比
如像斑马身上的斑条，或蝴蝶翅膀上的斑点。但最令人吃惊的是被称为混沌的非线性现
象。在人类的日常活动中，没有人会因为听说这儿发生的一件小事会对那儿发生巨大影
响而吃惊。但是，当物理学家开始在他们的学科领域对非线性系统给予高度重视时，他
们才开始认识到，支配非线性系统的规律有多么深奥。产生风流和潮气的方程式看上去
极其简单。比如，研究人员现在才认识到，德克萨斯州一只蝴蝶翅膀的扇动，一个星期
以后会影响到海地的一场雷暴雨的走向。或者，蝴蝶翅膀扇动朝左一毫米也许会整个改
变雷暴雨的方向。这一个又一个的例子都表明了一个相同的意思：即一切都是相互关联
的，这样的关联敏感到令人不可思议的地步。微小的不可测性不会总是很微小。在适当
的条件下，最小的不确定性可以发展到令整个系统的前景完全不可预测——或用另一个
词来形容：混沌。
反而言之，研究人员也开始认识到，即使是一些很简单的系统也会产生丰富到令人
震惊的行为模式。所有这些只需要有一点点非线性因素。比如说，从一个漏水的水龙头
滴下来的滴答滴答的滴水声，可能会像节奏器发出的节拍一样规律得让人发疯。但如果
你不去理会它，让水滴的流速稍稍加快一点儿，水滴立刻就会变得大一滴、小一滴、大
一滴、小一滴地往下滴。如果你还是不去理会，让水滴流速再加快一点儿，水流速度很
快就会成倍增加，先是四滴一个序列，然后是八滴、十六滴一个序列，一直这样下去。
最终，水滴的序列变得极为复杂，以致于水滴似乎是随机地滴下来——混沌再次出现了。
这种不断增加的复杂性，在果蝇繁殖的数目变化中、在汹涌澎湃的水流中、或在任何领
域中都可以看到。
物理学家感到难堪是毫不奇怪的。他们当然知道在量子力学、黑洞这类理论里有些
古怪的现象。自牛顿时代以来的三百年间，他们和他们的先辈们已经习惯了把日常世界
看作是一个受着他们非常能够理解的规律的支配。这个世界是一个本质上很紧凑的、可
以预测的地方。而现在看来，仿佛这三百年来他们一直是住在一个被废弃的小孤岛上，
对周围的世界漠然无视。考温说：“当你一旦离开线性近似法，你就开始航行在一个非
常广阔的海洋上了。”
罗沙拉莫斯正巧是这样一个近乎理想的从事非线性研究的环境。这不仅是因为自五
十年代以来，罗沙拉莫斯实验室一直在计算机技术上处于领先地位，同时也因为那儿的
研究人员从实验室一创立就开始探索非线性问题了。比如对高能物理学、流体力学、核
聚变、热核冲击波等问题的研究。事实上，到了七十年代初，事情已经很清楚了：许多
非线性问题从深层次上来说都是同样的问题，它们都有同样的数学结构。所以，只要人
们对这些问题一并进行研究，明显就会节省很多力气。结果在罗沙拉莫斯理论小组的热
情支持下，小组内部出台了一个非线性科学方案。这个方案最终变成了一个完全独立运
作的非线性系统研究中心。
然而，虽然分子生物学、计算机模拟和非线性科学作为单个领域都非常引人入胜，
但考温总怀疑这仅仅只是个开始。他觉得在这些领域之下有一个统一的规律，这一统一
性规律最终不仅囊括物理化学，也囊括生物学、信息处理、经济学、政治科学，以及人
类生活的每一个方面。