创新的科学

来自复杂性物理学的经验教训可以帮助组织实现突破

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


为什么团队规模扩大后创新能力会下降?大型团队、公司或研究小组如何才能更快、更好地创新? 

在过去的二十年中,科学家们一直在转向涌现科学,即研究令人惊讶的集体行为,以帮助我们理解广泛的系统:鸟群如何聚集、鱼群如何游泳、大脑如何工作、疾病如何爆发、生态系统如何崩溃,以及最近,人群如何行为。现在,我们可以运用类似的原则来帮助我们设计更适合孕育激进新想法的团队——我们迫切需要这些突破来治疗癌症,例如,或扭转气候变化。

涌现的近期复兴可以追溯到物理学家和诺贝尔奖获得者菲利普·安德森于1972年撰写的一篇经典文章:“更多即不同”。安德森抨击了一种普遍观点,即唯一重要的科学是微观科学——自然的“基本”规律——并论证了理解宏观科学的优点:涌现行为。


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这篇至今仍值得一读的文章指出,我们永远无法从适用于更小距离尺度(如量子电动力学)的理论来解释涌现行为,例如超导性,即金属内部的所有电阻突然消失。安德森写道,在自然的每个层次上,“都需要全新的定律、概念和概括,这需要与前一个层次一样伟大的灵感和创造力。”换句话说,他继续说道,整体“不仅大于其各部分之和,而且与各部分截然不同。”更多即不同。

安德森专注于物质的迷人特性,例如金属-绝缘体转变或超导性。研究人员将这些思想扩展到任何复杂系统,即由许多相互作用的部分组成的整体,这些部分遵循某些规则或原则。关键是识别整体的特性,这些特性对这些部分的细节不敏感。例如,分析大量买家和卖家之间的互动可以帮助我们识别金融市场的集体属性。(诺贝尔经济学奖获得者保罗·克鲁格曼指出:“当亚当·斯密写到市场引导参与者的方式时,‘仿佛被一只看不见的手’……他描述的不正是涌现属性吗?”)

最近,吉姆·塞思纳在“重金属音乐会上的撞头和甩圈人群”中发现了涌现行为,乔纳森·图布尔使用了类似的技术来解释“潮人效应”:为什么反传统主义者看起来都一样。

最近的一项分析应用了类似的原则,以帮助我们理解团队和公司的行为。该分析为我们提供了关于设计更具创新性的组织的新见解。

以下是它的工作原理:从超导性到金融市场,所有这些应用中的关键见解都是从一个足够简单的底层系统模型开始。换句话说,一个模型捕捉到相互作用的足够多的真实世界属性,以便我们能够看到我们希望研究的系统的关键特征,但又不会过多以至于问题变得棘手。一位朋友曾将此概括为“保持简单,但不要过于简单化。”

我们希望在任何复杂系统中理解的一个关键特征是两种类型的涌现行为之间的突然变化:相变。例如,水会突然从液态变为固态。金属会突然从普通导体变为超导体。为什么?

当微观拔河比赛的局势发生转变时,系统就会骤变。结合能将水分子锁定为刚性结构。熵鼓励这些分子漫游。随着温度降低,结合力变得相对更强,而熵力变得相对更弱。当这两种力的强度交叉时,系统就会骤变。水结冰了。

所有相变都是两种竞争力的结果,就像水中结合能和熵之间的拔河比赛。这就是我们从团队和公司开始的地方:当人们为了完成任务而组织成任何形式的群体,并且有一个与该任务相关的奖励系统时,他们也会创造出两种竞争的力量——两种形式的激励。我们可以将这两种竞争的激励松散地视为对结果的投入职位的特权

随着结构的变化,一种力量增强,另一种力量减弱。例如,当团队规模较小时,每个人对团队项目成果的投入都很高。在一家小型生物技术公司,如果药物有效,每个人都会成为英雄和百万富翁。如果失败,每个人都会去找工作。与这些高风险相比,职位的特权——职位头衔或晋升带来的薪资增长——微不足道。

随着团队和公司规模的扩大,对结果的投入减少,而职位的特权增加。当两者交叉时,系统就会骤变。激励机制从鼓励关注项目和结果转变为鼓励关注政治和晋升。组织内部激励机制的一个简单但非简单化的模型使我们能够计算出这种转变何时会发生。

这对创新意味着什么?

最重要的突破——那些改变科学、商业或历史进程的突破——是脆弱的。它们很少以响亮的喇叭声和红地毯宣布,以其光彩夺目地让所有人眼花缭乱。相反,它们通常带着缺陷而来——失败和看似显而易见的它们永远无法奏效的原因使它们很容易被忽视。它们穿过漫长的怀疑和不确定性的黑暗隧道,它们的拥护者被斥为疯子。由于缺乏更好的术语,我称它们为异想天开的想法

在上述团队组织的第一个阶段,当对结果的投入占主导地位时,激励机制有利于围绕这些早期项目团结起来。个人对他们的任务结果有如此多的集体投入,以至于他们会团结起来将这些项目从不可避免的绊脚石和错误的方向中拯救出来。我们可以称之为异想天开的想法阶段

在第二个阶段,当职位的特权占主导地位时,激励机制有利于关注职业和晋升。带有缺陷的早期项目被拒绝,而倾向于阻力最小的想法。这些通常是特许经营项目:现有产品或计划的下一代(下一代他汀类药物,下一部复仇者联盟电影)。我们可以称之为特许经营阶段

这两种涌现行为之间的突然变化是相变。

关于组织中这些变化的坏消息是,相变是不可避免的。所有液体都会结冰。好消息是,理解导致转变的力量使我们能够管理它。水在华氏32度时结冰。在下雪天,我们在人行道上撒盐以降低冰点温度。我们希望雪融化而不是凝结成冰。 

我们使用相同的原理来设计更好的材料。在铁中添加少量碳可以制造出强度更高的材料:钢。在钢中添加镍和钨可以制造出我们所知的最坚固的合金之一:用于喷气发动机和核反应堆内部的钢。

理解控制团队和公司内部转变的类似控制参数有助于我们设计更具创新性的组织。

通过单独分析个人的行为,这些见解都不可能实现,正如我们永远无法通过单独分析单个分子来理解液体为什么流动或固体为什么破碎一样。

良好创新是一种涌现行为。更多即不同。

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