隨著世界變得日益複雜和相互關聯，我們面臨的一些最大挑戰開始顯得棘手。我們應該如何應對金融市場的不確定性？我們如何預測能源的供需？氣候變化將如何發展？我們如何應對快速的城市化？我們處理這些問題的傳統方法通常是定性的和分散的，並導致意想不到的後果。為了給當今時代的挑戰帶來科學的嚴謹性，我們需要發展對複雜性本身更深入的理解。
這意味著什麼？當許多部分可以以許多不同的方式相互作用，以至於整體呈現出其自身的生命力時，複雜性就發揮作用了：它適應並在響應不斷變化的條件中進化。它可能容易發生突如其來且看似不可預測的變化——市場崩潰就是一個經典的例子。一個或多個趨勢可以增強其他趨勢，形成“正反饋迴圈”，直到事物迅速失控並越過臨界點，超過這個臨界點，行為就會發生根本性的改變。
“複雜系統”之所以如此令人煩惱，是因為它的集體特徵很難從底層元件中預測出來：整體大於，並且通常與各部分之和顯著不同。一個城市不僅僅是它的建築物和人。我們的身體不僅僅是我們細胞的總和。這種被稱為湧現行為的特性是經濟體、金融市場、城市社群、公司、生物體、網際網路、星系和醫療保健系統的特徵。
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數字革命正在推動我們現在看到的日益增長的複雜性和生活節奏，但這項技術也提供了一個機會。手機和電子交易的普及、個人醫療探測器使用量的增加以及電子化“智慧城市”的概念已經為我們提供了海量的資料。藉助新的計算工具和技術來消化龐大的、相互關聯的資料庫，科學、技術、商業和政府領域的研究人員和從業人員已經開始將大規模的模擬和模型應用於以前定量分析無法觸及的問題，例如社會中合作是如何產生的、什麼條件促進創新以及衝突如何蔓延和增長。
問題是，我們沒有一個統一的概念框架來解決複雜性問題。我們不知道我們需要什麼樣的資料，需要多少資料，或者我們應該提出哪些關鍵問題。“大資料”如果沒有“宏大理論”與之匹配，就會失去其大部分效力和實用性，並可能產生新的意想不到的後果。
當工業時代將社會的注意力集中在能量的多種表現形式——蒸汽、化學、機械等等——時，普遍的熱力學定律應運而生。我們現在需要問，我們的時代是否能產生將能量與資訊整合起來的普遍複雜性定律。超越金融市場、人口、生態系統、戰爭和衝突、流行病和癌症的非凡多樣性、歷史偶然性和相互關聯性的基本原則是什麼？一個針對複雜系統的總體預測性數學框架原則上將把任何複雜系統的動力學和組織納入一個定量的、可計算的框架中。
我們可能永遠無法對複雜系統進行詳細的預測，但導致對基本特徵進行定量預測的粗粒度描述是我們力所能及的。我們無法預測下一次金融危機何時會發生，但我們應該能夠預測未來幾年內發生危機的機率。該領域正處於科學學科廣泛綜合的過程中，有助於扭轉碎片化和專業化的趨勢，並正在摸索一個更統一、更全面的框架來解決社會重大問題。人類企業的未來很可能取決於此。