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事实上，提到圣塔菲研究所，阿瑟并非唯一一个感到困惑的人。每个初识它的人都会受到冲击，这个地方颠覆了人们对研究所的刻板印象。它是由一群功成名就的学者、诺贝尔奖得主所创立的机构——它的创始人们完全可以安处于盛名之下，却致力于以圣塔菲研究所为平台，掀起一场科学革命。
圣塔菲研究所的研究人员主要由来自核武器研究基地——洛斯阿拉莫斯国家实验室的骨干物理学家和计算机高手组成。然而，研究所走廊里回荡的满是对“复杂”这门新科学的激动人心的热议：这是一种大统一的整体论，涵盖了从进化生物学到经济学、政治学、历史学等模糊学科，不用说也包含如何帮助我们建立一个更可持续、更和平的世界。
简而言之，这完全是一个悖论。如果你把圣塔菲研究所的诞生设定为发生在商业场景中，这就好比一位IBM集团的研究主管离开公司，然后在自家车库里创办了名为“新时代因果论”的咨询服务公司，然后去说服施乐、大通曼哈顿、通用汽车的董事长们加入。
更值得一提的是，乔治·考温就对应该场景中的那位创业者。他曾是洛斯阿拉莫斯国家实验室的前任研究主管，但看起来是一个与新时代完全不相关的人。67岁的考温年近退休，言语温和，穿着高尔夫球衫和开扣的毛衣，形象如特蕾莎修女一般。他为人低调内敛，在人群中通常是那个默默站在一边倾听的人。他也不擅长夸夸其谈，任何人问他为什么要组建这样一个研究所时，他总会针对21世纪科学的形态以及抓住科学机遇的必要性给出精准且富有远见的论述——这样的回答完全可以作为《科学》杂志上一篇严肃的客座评论文章。
事实上，只有通过慢慢了解，人们才会逐渐发现，考温实际上是一个热情而坚定的人，有独特的思维方式。他认为圣塔菲研究所的成立绝非一个悖论。相反，圣塔菲研究所承载的使命的重要性远远超过其创建过程中的各种偶然因素，包括乔治·考温、洛斯阿拉莫斯国家实验室。甚至，这一使命的重要性超越了圣塔菲研究所本身。考温常常说，如果圣塔菲研究所的尝试未能成功，那么20年后必然还会有人再次挑起这个重担。对考温而言，圣塔菲研究所不仅代表着一项使命，更代表着整个科学界实现救赎和重生的机会。
在那个看似遥远的战争时代，一位怀抱理想主义的年轻科学家为了更美好的世界而全身心投入核武器研发，这是完全合理的。乔治·考温从未对此后悔。他说：“我这一生都在反思，但是在道德层面上没有遗憾。如果没有核武器，我们可能已经走上了生化武器这条更具毁灭性的道路。我怀疑，如果20世纪40年代那些事件没有发生的话，最近50年的人类历史可能更加残酷。”
他甚至认为，在那些日子里，核武器研究几乎是道义上的必然。战争期间，在考温和他的科学家同事们看来，自己正在和纳粹进行一场争分夺秒的竞赛。纳粹分子中仍旧有一群世界上最顶尖的物理学家，被认为在原子弹设计上遥遥领先（虽然这一认识后续被推翻了）。“我们知道，如果不加紧行动，希特勒就会先制造出原子弹，届时一切将会终结。”考温说。
事实上，在“曼哈顿计划”之前，考温就已经被卷入了原子弹研发工作。那是1941年秋天，21岁的考温刚从位于家乡马萨诸塞州的伍斯特理工学院获得化学学士学位，就开始在普林斯顿大学的回旋加速器项目上工作，那里的物理学家正在研究新发现的核裂变过程及其对铀-235同位素的影响。考温原本打算边工作边学习物理学研究生课程，但是到了1941年12月7日，实验室突然实行每周七天工作制，他的计划被无限期搁置。考温说，早在那时，人们就非常担心德国正在研制原子弹，物理学家们正急切地想知道这种事情是否可能发生。“对于确定能否在铀中实现连锁反应，我们正在做的测量工作尤为重要。”考温说。研究结果肯定了猜测。联邦政府突然意识到考温的工作正是当下所急需的。“化学和核物理结合的特殊背景使我成为原子弹项目所需要的跨领域专家。”
从1942年直到战争结束，考温都在芝加哥大学的冶金实验室工作。在那里，意大利物理学家恩里科·费米正在领导建造世界上第一个原子反应堆。该反应堆由铀和石墨块堆叠而成，实现了可控的链式反应。作为团队中的初级成员，考温成了多面手，他铸造铀金属，加工控制原子反应堆反应速度的石墨块，做任何其他需要完成的工作。当费米的原子反应堆在1942年12月成功达到临界状态时，考温发现在这里的工作经验使他成了“曼哈顿计划”中放射性元素的化学专家之一。于是，项目经理开始经常指派考温到田纳西州的橡树岭等地匆忙建成的核试验基地，协助那里的工程师们准确计算钚的产量。
“因为我是单身，所以他们会把我派到全国各地。”他说，“哪里出现瓶颈，哪里就有我。”事实上，考温是极少数可以在不同项目组之间自由穿梭的人之一。出于保密原因，这些项目本来是被严格划分的。“我也不知道他们为什么这么相信我，”考温大笑起来，“我喝酒也不比别人少。”他仍然保留着一份那段时期的纪念品：一封由芝加哥大学人事办公室向伍斯特地方征兵委员会出具的信件。信中说，考温先生拥有对战争工作特别有用的技能，总统本人批准他延期服役，请不要再把他归为1-A（即适合服役人员）。
战争结束后，美国科学家们与希特勒之间争分夺秒的竞赛，演变成了与苏联之间焦虑重重的竞赛。考温说，那是一段非常糟糕的时期。斯大林对东欧的掌控、柏林封锁，再加上朝鲜战争，冷战距离升级成全面热战看起来仅一步之遥。苏联正在研发自己的核力量，这已不是秘密。要长期维持岌岌可危的力量平衡，并捍卫民主自由事业，唯一的办法似乎就是继续改进美方的核武器。这种紧迫感促使考温在1949年7月回到洛斯阿拉莫斯。此前3年，他在匹兹堡的卡内基理工学院攻读物理化学博士学位。这并非冲动的选择，而是考温经过深思熟虑和自我反省后做出的决定。很快，他的这个决定就被证明是对的。
考温回忆道，在抵达洛斯阿拉莫斯一两周后，放射化学研究部门的主任顺道来访，并间接、隐晦地询问考温的新实验室是否完全没有放射性污染。在考温给出肯定回答后，他和他的实验室立刻被征用，进行一项紧急优先且绝密的分析工作。空气样本就在当晚被送达，考温没有被告知样本来自何处，但可以猜到是从苏联边境附近某处获取的。一旦考温和同事们从中检测到放射性尘埃的蛛丝马迹，他们就面临一个无法回避的事实：苏联人已经试爆了自己的原子弹。
“所以他们最终让我加入了华盛顿的一个小组，这是一个非常隐蔽的小组。”考温说。这个神秘的小组代号“贝特小组”，得名于其首任主席——康奈尔大学物理学家汉斯·贝特。它实际上是由一群原子科学家组成的，旨在跟踪苏联核武器的发展。此时的考温正值而立之年。政府高级官员最初认为，化学家们检测到的放射性尘埃并不足以说明苏联人已经试爆了原子弹。官员们相信肯定是苏联人的反应堆爆炸了，因为他们认为斯大林还需要几年时间才能造出原子弹。考温说：“但放射化学的优势是，你可以据此准确推断出发生了什么。”反应堆所产生的放射性同位素的分布，与原子弹爆炸产生的分布非常不同。“经过充分辩论，他们终于被说服了。”最终，那些资深官员别无选择，只能接受这无可辩驳的证据。为了纪念约瑟夫·斯大林，苏联的第一颗原子弹在西方的代号是“约瑟夫1号”。核武器竞赛就此拉开序幕。
因此，考温说，他并不为自己从事核武器方面的工作感到抱歉。但是对于那个年代他确实有一个非常大的遗憾：他觉得科学界集体放弃了为自己所做的事负责。
当然了，这种失责不是瞬间发生的，也并非一开始就这么彻底。1945年，在芝加哥，一些参加了“曼哈顿计划”的科学家发出一份请愿书，竭力主张在一座无人居住的岛屿上展示原子弹的威力，而不是将其投向日本本土。而现实是，原子弹被投向了广岛和长崎，战争结束了。在此之后，参加“曼哈顿计划”的许多科学家开始组建政治活动家团体，呼吁要对核武器实施尽可能严格的限制——要由文官控制，而不是交由军队掌控。也正是在那几年，《原子科学家公报》（The Bulletin of the Atomic Scientists）创刊，致力于论述核力量带来的社会和政治影响；原子科学家联合会（现为美国科学家联合会）等活动组织成立，考温便是其中的一员。考温说：“那些参与‘曼哈顿计划’并且后来去了华盛顿的科学家，他们的意见备受重视。”因为在20世纪40年代原子弹被研发出来后，物理科学家被视为创造奇迹的人。他们参与起草了《麦克马洪法案》，推进成立原子能委员会，将原子能置于文官控制机制之下。
考温说：“但这一努力并没有得到科学家们理应提供的全力支持。”1946年7月《麦克马洪法案》通过后，科学家们的行动积极性基本上消失殆尽了。考温认为，这可能是难以避免的。科学文化与政治文化并不相融。“以科学家身份去华盛顿的人，通常会尖叫着离开，”他说，“政界对科学家来说是完全陌生的。他们希望在逻辑和科学实证的基础上制定政策，而这大概率只能是空想。”但无论出于什么原因，研究人员最后都高高兴兴地回到了实验室，把战争留给了将军，把政治留给了政治家。考温说，在这样的过程中，科学家错失了一个可能再也无法得到的获取影响力和参与决策的机会。
考温没有将自己从这种对科学家的控诉中排除，尽管他在接下来的时间依旧比大多数科学家更多地参与社会活动。例如，1954年，在麦卡锡主义最泛滥时，考温就任洛斯阿拉莫斯科学家协会的主席，并会见了原子能委员会主席刘易斯·施特劳斯。当时，来自威斯康星州的参议员麦卡锡试图要让所有人都相信，美国到处充斥着共产主义者。考温和同事们抗议这场针对共产主义者的政治迫害，主张实验室里需要扩大信息自由并降低保密等级。他们还试图为“曼哈顿计划”前主管J.罗伯特·奥本海默辩护，但没有取得多大成效。当时，奥本海默甚至被剥夺了安全许可，理由是他可能与一些曾在20世纪30年代参加过共产党会议的人有过接触。
同时，考温继续在贝特小组服务，这是他坚持了近30年的事情。也正是这一过程中，他逐渐意识到华盛顿这个地方是多么糟糕且幼稚。考温说，二战后，从战前孤立主义走出来的美国清醒地认识到，军事力量极其重要。但是，吸取了这一教训后，几乎所有的官员都开始对军事之外的事情视而不见。“他们的观点是，‘必须用强权铁腕拿捏对手’。”考温说，“我感觉权力就像一支交响乐队，但是太多人只会弹奏低音声部。”
事实上，在考温看来，苏联比华盛顿更了解权力这支交响乐队内部那些错综复杂的和声，这让他非常痛心。“苏联似乎非常注重权力在智识层面的感召力，关注情绪和意识形态方面的权力。在那时，我认为他们也在科学方面投入了非常多的注意力。我们原以为苏联人似乎无所不能，但后来的结果证明并非如此，我们高估了对手。但我当时一直在对比思考苏联和美国的做法。他们好像在下一盘很大的棋，有许多策略和步骤，而我们似乎玩的是维度更加单一的游戏。”
甚至在那时，考温就在思索这是不是科学家们未能尽责的另一个领域。“尽管我当时并不能像现在一样在脑海中清晰地表达出来，但我感觉科学家们应该能够站在一个更宽广的视角来看待战后世界的本质。”但事实是，他们没能做到这一点，更重要的是，考温自己没能做到。时间不等人。1949年8月，苏联试爆了“约瑟夫1号”后，洛斯阿拉莫斯国家实验室铆足全力要设计出一种威力更强的热核武器：氢弹。随后，在1952年秋天第一颗氢弹试验成功后，实验室继续马不停蹄全力推进更小、更轻、更稳定、更易于操作的核武器的研发。考温说，在朝鲜战争和美苏于欧洲持续对峙的背景下，“人们有一种强烈的感觉，就是核武器将以某种方式打破力量平衡。核武器研发已成为一项极其重要的任务”。
此外，考温在洛斯阿拉莫斯国家实验室所承担的管理责任越来越重，这导致他没有太多时间从事科研。作为团队主管，他只能利用周末来做自己的实验。“所以我的科研生涯走向了庸碌无为。”考温带着一丝伤感如此评价道。
然而，权力和责任的问题仍然困扰着他。1982年，考温辞去了洛斯阿拉莫斯国家实验室研究主管的职务，并在白宫科学委员会任职，这些问题再次占据他的身心。也正是在这时候，他开始看到新机会到来的可能。
且不说别的，单单是考温在白宫科学委员会参加的那些会议，已经生动地解释了为什么1946年那些研究者如此急切地返回实验室。考温要与白宫科学委员会其他成员一起——他们都是备受尊敬的科学家，端坐在华盛顿新行政办公大楼的某张会议桌旁。然后，总统科学顾问乔治（杰伊）·基沃思二世，会抛出一系列问题请他们评论。基沃思于一年前被任命担任这一职务，此前他在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作，是考温手下一名年轻的部门领导。考温不得不承认，他对这些问题毫无头绪。
“艾滋病问题在当时尚未引起大规模关注，但每次会议时，它都会给人一种突如其来的恐慌感。坦率地说，我不知道如何回应。”这是公共卫生问题还是道德问题？答案在当时似乎并不明朗，考温说。
“另一个问题是载人航空飞行与无人驾驶太空探测之争。我们被告知，国会不会为没有载人部件的无人驾驶太空项目投入一分钱。但我无从判断是真是假。这更像是一个政治问题，而非科学问题。”
接着是里根总统的“星球大战”战略防御计划，这是一个基于太空的防御项目构想，旨在保护国家免受大规模核武器袭击。这在技术上可行吗？能在不致国家破产的前提下建成吗？即使能建成，这样做明智吗？这难道不会破坏力量平衡，使世界陷入另一场毁灭性的军备竞赛？
至于核能问题，在核反应堆熔毁的风险和核废料处理的困难与化石燃料燃烧所必然造成的温室效应之间，我们应如何进行平衡？
就这样，考温发现这段经历非常令人沮丧。他说：“这是一系列科学、政治、经济、环境甚至宗教和道德相互交织的挑战性课题。”然而，他无法提供相关建议。白宫科学委员会的其他学者似乎也没好到哪去。他们怎么可能做得好呢？这些问题都需要广泛的专业知识。然而，作为科学家和管理者，他们中大多数人一生都致力于在某一个领域里成为专家。这是科研界的文化环境所要求的。
“通向诺贝尔奖的康庄大道通常是还原论方法”，考温说，这种方法就是把世界分解成尽可能小、尽可能简单的部分。“你致力于解决的是一些多少有些理想化、与真实世界有一定脱节并且有足够多限定条件的问题，针对这些问题虽然能找到解决方案，但这会导致科学越来越碎片化。而真实世界需要的是整体论方法，尽管我讨厌‘整体’这个词。”每一个部分都会影响到其他所有部分，这就要求你必须理解整体的关系网络。
令考温更加痛心的是，对于年青一代科学家，情况只会变得更糟。以洛斯阿拉莫斯国家实验室的年轻科学家来说，他们聪明且精力充沛，但深受当下科学文化的限制——这种文化在不断强化知识的碎片化。从制度层面（区别于政治层面）来说，大学是非常保守的地方。年轻的博士们不敢打破陈规，他们必须花费近10年时间，在现有学科院系中追求终身教职。这就意味着他们所做的研究，最好是院系的终身教职评定委员会能够认可的。否则，他们就会遭遇类似这样的质疑：“乔治，你一直在和生物学家一起努力工作，但是，这怎么能说明你是物理学界的领军者呢？”与此同时，资深的研究人员为了支付他们的研究费用，不得不把时间都花在拼命寻求资助上。这意味着他们最好调整其研究项目以符合资助机构认可的学科类别。否则，他们就会听到这样的话语：“乔治，这是一个好主意，只是太可惜了，不属于我们的学科领域。”而且，每个人都必须在公认的学术期刊上发表论文——这些期刊几乎只接受公认的专业领域内的论文。
就这样历经几年之后，如同井底之蛙的研究者们会变得越来越麻木和习以为常。根据考温的经验，这些洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员在学术上造诣越深，就越难参与团队工作。“我和这种制度文化抗争了30年。”他叹了一口气。
然而，当考温想到这些时，最令他痛心疾首的就是这个碎片化的过程对科学整体造成的影响。传统学科已然如此根深蒂固，彼此孤立，以至于它们似乎在将自己逼上绝路。到处都有丰富的科学机会，但太多的科学家似乎对此视而不见。
考温思考着，如果说要举个例子，只需要看看一些崭新的机会正出现在——他还没找到一个恰当的词来指代那个领域。如果说考温在洛斯阿拉莫斯看到的是某种早期迹象的话，那么它指向的是一场正在酝酿的重大变革。在过去10年间，考温开始越来越强烈地意识到，旧的还原论方法已经走到了尽头，甚至一些最核心的物理科学家也逐渐厌倦忽视了真实世界的复杂性的数学抽象方法。这些学者似乎在有意无意地探索一种新方法。考温认为，在这个过程中，他们正在以一种数年来甚至数百年来未有的方式，突破科学传统的界限。
足够讽刺的是，这些物理学家的灵感来源之一竟然是分子生物学。大多数人显然不会认为一个“武器实验室”会对分子生物学感兴趣。但考温表示，事实上物理学家从一开始就深度参与了分子生物学研究。该领域的许多先驱原本都是物理学家，促使他们转变研究方向的一大动力是一本名为《生命是什么》的小册子。这本小册子发表于1944年，作者埃尔温·薛定谔是奥地利物理学家，也是量子力学的奠基人之一，他在这本书中就生命的物理和化学基础提出了一系列富有启发性的猜想。逃离希特勒的纳粹政权的统治后，薛定谔在爱尔兰都柏林安然度过了战争时期。弗朗西斯·克里克正是受到这本书影响的人之一，他在1953年与詹姆斯·沃森一起，利用X射线晶体学——一种早在几十年前由物理学家研发的亚显微成像技术——获得的数据，推导出DNA的分子结构。事实上，克里克最初是一名实验物理学家。匈牙利理论物理学家乔治·伽莫夫是宇宙起源大爆炸理论的早期倡导者之一，他在20世纪50年代初对遗传密码的结构产生了浓厚的兴趣，并助力更多的物理学家投身这一领域。考温说：“我第一次听到的关于这个主题真正富有洞察力的讲座就是由伽莫夫做的。”
考温说，从那时起，他就迷上了分子生物学，尤其是在20世纪70年代早期重组DNA技术的发现，使生物学家们获得了几乎可以进行逐个分子分析和操纵生命形式的能力。因此，当1978年考温成为洛斯阿拉莫斯国家实验室研究主管时，他很快就支持了该领域的一项重大研究计划，名义上是为了研究细胞辐射损伤，但实际上是要让洛斯阿拉莫斯更广泛地参与分子生物学领域。考温回忆道，当时是一个特别好的时机。在哈罗德·阿格纽的领导下，洛斯阿拉莫斯国家实验室的规模在20世纪70年代几乎翻了一番，并开启了更多非涉密的基础研究和应用研究。考温对分子生物学的重视可谓恰逢其时。而这一项目反过来又对实验室里的科学家的思维产生了巨大影响，尤其影响了考温。
“几乎可以这么说，从定义来看，”考温说，“物理科学就是以概念优雅和分析简洁为特征的学科。因此你会以之为导向，避开其他复杂的领域。”的确，物理学家对社会学或心理学等试图解决现实世界复杂性的“软”科学嗤之以鼻，这是出了名的。然而，分子生物学的出现改变了这一切，它描述了极其复杂的生命系统——尽管复杂，这些系统仍受深层原理的支配。考温说：“一旦你和生物学为伴，你就放弃了优雅，放弃了简洁。你会陷入混乱。但以此为起点，你会更容易发散到经济和社会问题上。一旦你涉足其中，不妨开始尽情游弋。”
与此同时，考温说，科学家们开始思考越来越复杂的系统，还因为他们具备了思考复杂系统的能力。当你只能用纸和笔解决数学方程时，你最多能处理几个变量？3个？4个？但当你拥有足够强大的计算能力时，你可以处理任意数量的变量。到了20世纪80年代初，计算机已经得到普及，个人电脑也开始兴起。科学家们纷纷开始装载高性能图形工作站。大型企业和国家实验室的超级计算机如雨后春笋般涌现。突然间，有无数变量的复杂方程看起来不再那么复杂了。从海量数据中提取有用信息似乎也不再是那么遥不可及的事情。一串串的数字和长达数英里的数据带可以转换成彩色编码地图，以显示农作物产量或数英里厚的岩石下的含油地层。考温轻描淡写地说：“计算机是个伟大的记账机器。”
但计算机的功能远不止于此。编程可以让计算机成为完整的、独立的世界，科学家们可以通过各种方式探索这个世界，从而极大地丰富对现实世界的理解。实际上，到了20世纪80年代，计算机模拟已经变得如此强大，以至于有人开始将其视为介于理论和实验之间的“第三种科学范式”。例如，对雷暴的计算机模拟就像是一个理论，因为在计算机内部，除了描述太阳光、风和水蒸气的方程式之外，没有其他任何东西。但这种模拟也像一个实验，因为这些方程过于复杂，无法手动求解。因此，科学家们在电脑屏幕上观看模拟雷暴时，会看到他们的方程式以从未预测到的模式展开。即使是非常简单的方程式有时也会产生惊人的行为。雷暴的数学模型实际上描述了每一股空气如何推动其周围的空气，每一股水蒸气如何凝结和蒸发，以及其他类似的微观现象；而没有明确地描述“一股上升的气流中雨水冻结成冰雹”或“一股冷湿的下沉气流从云底喷出并沿地面扩散”。但当计算机整合在数英里的空间尺度和数小时的时间尺度内的这些方程时，这正是它们所呈现出的行为。更进一步，这一事实使科学家们可以用现实世界中无法实现的方式，对计算机模型进行实验。究竟是什么真正引起了这些上升气流和下沉气流？当改变温度和湿度时，它们会如何变化？在这场风暴的动力机制中，哪些因素是真正重要的，哪些并不重要？在其他风暴中，这些因素是否同样重要？
考温说，到20世纪80年代初，这样的数值实验已经司空见惯。比如一种新型飞机的飞行设计，进入黑洞的星际气体湍流，大爆炸后星系的形成，考温说，至少在物理科学家中，计算机模拟的整套观点越来越被接受。“所以，我们可以开始思考处理非常复杂的系统了。”
但考温说，复杂性的迷人之处远不止于此。计算机模拟的实现，再加上新的数学洞见，使物理学家在20世纪80年代初开始意识到，许多混乱、复杂的系统可以用一种强大的理论来描述，这就是“非线性动力学”。在这个过程中，他们被迫直面一个令人不安的事实：整体确实可能大于部分之和。
现在，对大多数人来说，这个事实显而易见。然而，它却让物理学家感到坐立不安，只因为他们在过去300年一直钟爱线性系统——在线性系统中，整体恰好等于各部分之和。公正地说，他们有充分的理由这样认为。如果一个系统恰好等于其各部分的总和，那么每个部分都可以独立行动，不受其他部分的影响。这使得数学分析相对简单。（所谓“线性”指的是，如果你在坐标图上绘制出方程对应的图形，会得到一条直线）。此外，大自然中有许多现象似乎确实符合这种规律。声音就是一个线性系统，这就是为什么我们可以在弦乐伴奏下听到并识别出双簧管的声音，因为声波虽然混合在一起，但仍保持各自的特性。光也是一个线性系统，这就是为什么在阳光明媚的日子里，你仍然可以看到街对面的“通行”或“禁止通行”标志：从标志反射到你眼睛的光线并不会被从上方照射下来的太阳光干扰。不同的光线独立运行，互不干扰。在某种意义上，甚至经济也是一个线性系统，因为小的经济主体可以独立行动。例如，当有人在街角的杂货店买一份报纸时，丝毫不会影响你正在超市买一管牙膏的决定。
然而，事实上自然界中还有许多现象并不是线性的，其中就包括这个世界上大多数真正有趣的事物。我们的大脑当然就不是线性的：尽管双簧管和弦乐的声音在进入你的耳朵里时是各自独立的，但这两种声音混合在一起对情绪产生的影响可能远超单独一种声音。（这正是交响乐团能够持续存在的原因。）经济也并不真正是线性的，数以百万计的个体做出的购买或不购买的决定可以相互影响，从而造成市场的繁荣或衰退。然后这种繁荣或衰退的经济环境又会反过来影响人们的购买决定。事实上，除了最简单的物理系统以外，这个世界上几乎每一件事、每一个人，都身处一张巨大的非线性网中。这张网是由激励、约束与联系这些要素织就。一个地方的轻微变化会引起其他地方的震动。化用T.S.艾略特的说法，我们无法不去扰乱宇宙。整体几乎总是远大于各部分之和。在某种程度上，这种系统可以用数学来描述——那就是非线性方程，其对应的坐标图形是曲线。
众所周知，要手动解出非线性方程是极其困难的，这也是科学家们长期以来试图回避这个问题的原因。而计算机的出现恰好解决了这一问题。早在20世纪50年代和60年代，科学家刚开始使用这些机器时，他们意识到计算机根本无关乎线性还是非线性的问题。不管怎样，计算机都会设法找出解决方案。当科学家开始利用这一优势，将计算机的强大计算能力应用于越来越多的非线性方程时，他们开始发现一些研究线性系统时从未预料到的奇特而美妙的现象。
例如，水波在浅运河表面的传播，被证明与量子场论中某些微妙的动力学有着深刻的联系：两者都是孤立的、自我维持的能量脉冲，被称为孤子。木星上的大红斑可能是另一个孤子的例子，它是一个比地球还要大的风暴气旋，已经自我维持了至少400年。
物理学家伊利亚·普里戈金大力倡导的自组织系统也受到非线性动力学的支配。实际上，一锅汤在沸腾过程中的自组织运动，与其他种类的非线性模式（或斑图）生成，例如斑马身上的条纹或蝴蝶翅膀上的斑点，其背后受控于相似的动力学。
但最让人震惊的是被称为混沌的非线性现象。在人类世界的日常生活中，我们并不会对一处微小的变动可能在另一处引发巨大影响感到惊讶，比如因为缺失了一颗钉子而丢了一个马蹄铁，因为少了一个马蹄铁而毁了一匹战马，等等。但当物理学家开始认真关注自己研究的领域中的非线性系统时，他们开始意识到这是一个多么深刻的原理。例如，控制风和水汽流动的方程看似简单，直到研究者们意识到：得克萨斯州的一只蝴蝶扇动一下翅膀，就可能会改变一周后海地飓风的路径；或者，那只蝴蝶的翅膀稍微向左扇动一毫米，可能会使飓风转向一个完全不同的方向。无数的例子都传达出同样的信息：万物皆有关联，而且这种关联常常具有不可思议的灵敏度。微小的扰动并不总是微小的，在适当的条件下，最微小的不确定性也可能会逐渐放大，直到系统的未来变得完全无法预测，或者用一个词来形容，那就是混沌。
反过来，研究人员也开始意识到，即使是一些非常简单的系统，只要有一点非线性，就能产生超乎人们想象的极其丰富的行为模式。例如，水龙头滴滴答答漏水时，只要滴水的速度足够慢，水滴的节奏就可以像节拍器一样规律。但是，如果你让它继续漏水，并让滴水速度稍微加快一点点，那么水滴很快就会在大滴和小滴之间交替：大滴，小滴，大滴，小滴。如果你依然让水龙头继续漏水，并进一步加快滴水的速度，那么水滴很快就会以4滴、8滴、16滴……的序列往下滴。最终，这个序列会复杂到看似随机，也就是混沌现象出现了。此外，这种复杂性程度逐渐增加的模式也可以在果蝇的种群数量波动、流体的湍流，或者其他许多领域中观察到。
这也难怪物理学家会感觉到不安，他们比谁都清楚在量子力学和黑洞等领域正发生着一些有趣的事情。但是自牛顿时代以来的300年里，物理学家及其前辈已经习惯性认为日常世界基本上是整齐的、可预测的，遵循已知的规律。现在看来，过去的3个世纪他们仿佛都生活在一个小小的荒岛上，对周围的一切视而不见。“当你一旦偏离线性近似时，就会发现自己正航行于一片广阔的海洋上。”考温说。
恰好，洛斯阿拉莫斯国家实验室几乎堪称非线性研究的理想环境。考温说，该实验室自20世纪50年代以来，就一直是先进计算领域的引导者；而且从实验室成立开始，那里的研究人员就一直在解决非线性问题，无论是高能粒子物理学、流体动力学、聚变能研究，还是热核冲击波等。到了20世纪70年代早期，已经很明显，这些非线性问题中有许多在本质上是相同的问题，在某种意义上具有相同的数学结构。因此，人们明显地感觉到如果能并肩解决这些问题，将会节省很多精力。结果，在洛斯阿拉莫斯国家实验室理论研究组的热情支持下，理论部门内部建立了一个充满活力的非线性科学项目，并最终成立了完全独立运作的非线性系统中心。
然而，尽管分子生物学、计算机模拟和非线性科学各自分别引发了人们的好奇，但考温怀疑这仅仅是开始。考温的怀疑还仅停留在直觉阶段，但他感觉到这里存在一种潜在的“统一性”——这种统一性最终不仅会囊括物理学和化学，还会涵盖生物学、信息处理、经济学、政治学等人类社会的方方面面。在考温脑海中的，是一个近乎中世纪的学术概念。如果这种统一性是真实的，考温认为，它将是一种认识世界的新方式，生物科学和物理科学之间、自然科学与历史或哲学之间，都几乎不再加以区分。考温说，曾经“人类智识的版图是没有缝隙的一整块”，也许它可以再次变得如此。
对于考温来说，这似乎是一个极好的机会。但为什么大学里的科学家们并没有蜂拥而上呢？在某种程度上，确实有科学家这样做了，只不过他们散落各处。但考温所期待的一片真正广阔的视野，似乎正在被忽视。究其本质，这种研究超越了任何单一专业院系的范围。尽管大学里到处都有“跨学科研究所”，但在考温看来，这些研究所只不过是一群人偶尔共享一下办公室。教授和研究生仍然要忠于他们的第一专业院系——真正有权授予他们学位、终身教职和决定他们的晋升机会的机构。考温认为，如果任由大学自行其是，至少在一代人的时间里，他们都不会主动去从事复杂性研究。
不幸的是，洛斯阿拉莫斯似乎也没有意识到这一点。这实在令人遗憾。通常，要开展这种广泛的多学科研究，武器实验室有着比大学更适合的环境。这一点常常让来访的学者感到惊讶。但考温表示，这种情况可以追溯到实验室的创立。“曼哈顿计划”最初是为了应对一个具体的研究挑战——制造原子弹，因此聚集了来自所有相关专业的科学家，以团队的形式共同应对这一挑战。诚然，这是一个卓越的全明星团队，成员有J.罗伯特·奥本海默、恩里科·费米、尼尔斯·玻尔、约翰·冯·诺依曼、汉斯·贝特、理查德·费曼、尤金·维格纳——当时有人称其为雅典时代以来最伟大的一次智者盛会。从那时起，这就一直是实验室的研究方法，管理层的主要任务就是确保让合适的专家相互沟通。考温说：“我有时觉得自己就像一个媒人。”
唯一的问题就是，考温的科学“大综合”想法不是实验室的主要任务。实际上，它与核武器的开发相去甚远。只要和实验室的主要任务无关，就意味着能拿到科研经费的机会几乎为零。考温认为，实验室肯定会继续进行零星的复杂性研究，就像过去一直做的那样，但仅此而已，不可能再多了。
这样可不行。考温思考着，现在只剩下唯一的路了。他开始筹划一个全新的、独立的研究所。理想情况下，这个研究所要能结合大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的优点：既拥有大学的广泛章程，又拥有洛斯阿拉莫斯国家实验室整合不同学科的能力。考温知道，这个研究所在地理位置上必须与洛斯阿拉莫斯国家实验室分开，但如果可能的话不要离太远，这样便可以共享实验室的科研人员以及计算机设备。离这里只有35公里的圣塔菲无论从哪方面来说，似乎都是最好的选择。但无论其位置如何，考温都认为，这个研究所应该是一个能够吸引优秀科学家的地方——这些科学家在各自领域有深厚造诣，并能在这里接触更广泛的研究课题。在这里，资深研究者可以大胆探索新思想而不被同事嘲笑，天才的年轻科学家可以与世界级科学家并肩工作从而获得声誉。
简单来说，它应该是一个可以培养二战后稀缺类型科学家的地方。“一种21世纪的文艺复兴式人才，”考温说，“能够从科学出发，去应对混乱的现实世界，这个世界并不优雅，科学也从未真正直面过它。”
这个想法是不是太天真了？当然是。但是考温认为，只要他能提出一种超乎寻常的科学挑战的愿景来吸引人们，这个想法或许就可能奏效。他质问自己：“面对20世纪80年代和90年代的天才科学家，应当传授给他们一种什么样的科学呢？”
那么，谁会愿意倾听这个想法呢？而且，谁有能力来实现这个想法呢？一次在华盛顿时，考温试着向总统科学顾问基沃思和白宫科学委员会成员、惠普联合创始人戴维·帕卡德解释了创办研究所的想法。令人惊讶的是，他们并没有嘲笑考温。事实上，他们都对此表示了鼓励。于是，在1983年春天，考温决定把这个想法带给每周共进午餐的同伴们，也就是洛斯阿拉莫斯国家实验室的资深研究员们。
他们认为这个主意太棒了！