椋鸟的飞行让我格外着迷,因为这是一条重要线索,既关系到我的研究,也与现代物理学许许多多的研究息息相关,就是弄明白一个由众多相互影响的成分(参与者)组成的系统的行为。在物理学中,根据不同的情况,这些参与者可以是电子、原子、自旋或分子,它们各自的运动规律非常简单,但把它们放在一起,就会发生非常复杂的集体行为。自19世纪以来,统计物理学就在试图回答此类问题:为什么液体在特定温度下会沸腾或结冰;为什么某些物质能传导电流并能很好地传递热量(例如金属),而其他物质则是绝缘的……这些问题的答案在很久以前就已经找到了,但我们却仍在继续探索。
在所有这些物理学问题中,我们能够以定量的方式理解集体行为是如何从单个参与者之间简单的互动规则开始的。但我们面临的挑战是将统计力学技术的适用性从无生命的物质扩展到动物,比如说椋鸟。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。
伟大的美国物理学家菲利普·沃伦·安德森(1977年诺贝尔奖得主)在1972年发表了一篇题为《多者异也》的文章,这篇具有挑战意味的文章揭示了如下观点。他认为,一个系统的成分数量增加,不仅决定了系统的量变,还决定了其质变。因此物理学应该面对的主要概念问题是,理解微观规则与宏观行为之间的关系。