突变与自组织

突变是复杂系统科学中的一个主要概念——由简单的形式而发展或者演化出比较复杂的形态。突变必定是通过局部或微尺度的“自下而上”，而不是“自上而下”而相互作用的，如化学反应，个体的购买选择等。复杂形态的形成一般是很难解释说明的。除非我们首先能理解由小尺度的相互作用而产生的中间状态，然后这些中间状态又通过相互作用进而产生像完善的生态系统和城市系统这样的更高水平的复杂形态。用传统的还原式的方法来纯粹剖析单个系统元素的方法“并不能提供所有需要的信息来整合并解释说明整体形态的成因——而了解不同单元之间的相互关系才是最关键的。

自组织理论描述了突变系统内通过反馈机制——放大效应（正反馈），或抑制效应（负反馈）而形成的相互作用的关系。下图给出了正反馈的例子。自组织临界理论表明，随着系统演化到更复杂状态，它将表现出更多的不依赖于尺度的变化特征。基本上，随着系统的演变将呈现出符合幂率分布法则的变化强度和频率的关系，由也就是有大量的小事件和很少的大事件组成。对于一个地震区而言，这意味着7级地震有可能发生但我们却无法准确预测出时间！

自组织临界理论还认为，系统演化到关键状态时，它对不起眼的小影响将变得异常敏感,尤其是在它们崩溃之前。

 

图：气候变化与北极海冰覆盖间的正反馈