经济学最基本的概念是“互替性”（substitution），同类商品的各单位之间有完全互替性，不同类商品之间常有不完全的互替性。由于这些互替性，消费者和生产者可在各种商品之间“选择”。互替性越充分，行为主体的选择就越是自由的。市场经济的自由，主要基于各种可选方案之间的互替性。以致人们常这样解释市场体制的自由：“当你的请求被一个人拒绝时，你永远可以转向另一个人。”与自由竞争相比，垄断之所以可恨，是因为它使你别无选择。

　　互补性的常识定义：在给定的价值体系之内，可选方案1与2是互补的，若它们联合作用产生的价值大于它们分别产生的价值之和。换句话说，互补性是“整体大于局部之和”的性质。在经济学教科书里最常见的互补性，是一双鞋子的左脚那只与右脚那只之间的关系。这种互补性过于强烈，以致在一只左脚的鞋与一只右脚的鞋配套之后，哪怕免费赠送更多的左脚的鞋，也不能产生价值增量。更正式的定义，必须使用“边际价值”这一观念：任两物品之间的互补性意味着它们各自产生的边际价值与双方投入的边际单位成正比。如果这两项物品各自有竞争性的市场，从而它们各自有向下倾斜的需求曲线，正常的情形（价格的收入效应不超过它的替代效应），沿任一商品需求曲线，若需求量随价格下降而增加，另一商品的需求也将增加，即需求曲线向右上方移动。

　　互替性的常识定义：在给定的价值体系之内，可选方案1与2是互替的，若它们联合作用产生的价值小于或不大于它们分别产生的价值之和。仍以一双鞋为例，两只左脚的鞋，相互之间是完全互替的。一杯水与另一杯水，相互之间是完全互替的。互替性不完全的情形，常见于住房。一套坐北朝南的住房，与一套坐西朝东的住房，尽管其它全部性质完全相同，却不是完全互替的，可能有显著不同的市场价格。虽然，我们也很少因此而坚持要买两套住房，因为毕竟，这两套住房是互替的而不是互补的。

　　教科书定义：给定目标函数（可测量的价值体系）F（x，y），变量x和变量y在位置（x*， y*）是互补的，若F（x，y）在（x*， y*）有大于零的交叉二阶导数。反之，若F（x，y）在（x*， y*）有小于零或不大于零的交叉二阶导数，就说x和y在位置（x*， y*）是互替的。诺奖经济学家希克斯，是最早系统地研究了互补性与互替性的经济学家。他说，仅从两种商品的无差异曲线族是否凸向原点，他无法判断这两种商品是互补的还是互替的。这里，决定性的根据是无差异曲线的曲率。

　　我手绘了一幅示意图，因为，教科书经济学从未全面讨论过互补性与成瘾性。在我的示意图里，浅绿色的直角线段示意“完全互补性”，深红色的直线段示意“完全互替性”，外凸的曲线示意“成瘾”行为，内凸的曲线示意“不完全互替性”与“不完全互补性”。

　　边际替代率（MRS）最初也是由希克斯系统地研究的：平面第I象限内，任两物品之间的无差异曲线族，若凸向原点，则意味着它们之间的边际替代率沿任一无差异曲线都是递增的（每一物品的边际价值随着另一物品消费量的增加而递增）；若从原点外凸，则意味着它们之间的边际替代率沿任一无差异曲线都是递减的（每一物品的边际价值随着另一物品消费量的增加而递减）。所以，无差异曲线族从原点外凸，意味着“角点解”，常见于“消费成瘾”行为。典型的案例是“网游上瘾”——用于网游之外的活动时间的边际价值随着用于网游的时间的增加而递减，于是，理性选择要求将全部时间用于网游。尽管如此，希克斯正确指出，无差异曲线族从原点外凸，对于互补性而言，是太强的条件。事实上，左脚和右脚的鞋是完全互补的，但无差异曲线族并不是从原点外凸的。另一方面，完全互替的无差异曲线族是直线。

　　企业之所以存在，典型的情形是，企业各部门之间有强烈的互补性而不是互替性。如果企业的任两部门有强烈的互替性，则更可能发生的情形是由市场而不是企业来协调这两部门的经济活动。当然需要更精确的判断，科斯的思路是，交易费用与生产费用的总合，企业竞争使这一总合最小化。

　　在知识社会里，企业的功能在于协调知识分工。贝克尔的思路是，企业竞争使专业知识之间的协调成本最小化。知识互补性远比知识互替性更普遍，这是知识社会的经济学与以往经济学的本质差异（参阅我发表于1997年《经济研究》的论文“知识沿时间和空间的互补性以及相关的经济学”）。两项知识之间如果强烈互补，它们之间的最佳协调，很可能既不是市场的也不是企业的。

　　玻尔的思路，互补性是现代物理学的核心观念。物理学家必须同时刻画波粒二象——引力是“波”而量子是“粒”，才可获得完整的世界观（参阅《大英百科》“互补性原理”词条）。物理学还远未终结，它必须整合引力理论与量子理论——所谓“量子引力”统一理论。

　　从物理和化学现象到生命现象的演化，术语是“abiogenesis”，生命从0到1的发生学。碱基对，或RNA，或DNA，最初是无生命的片段，浮游在原始海洋中，遇到互补的片段，得以复制自身。因此，生命源于“复制”互补性。参考文献很多，我推荐三本，（1）桑塔菲学者 Eric Smith and Harold Morowitz，2016，《The Origin and Nature of Life on Earth》（地球生命的本质与起源），我贴了这本书的封面，此外，它的第二章有一幅插图非常有助于读者理解地球生命现象，我写了插图的注释；（2）杰拉德夫妇2015年出版的生物学史：《The Biology Book From the Origin of Life to Epigenics --- 250 Milestones in the History of Biology》（从生命起源到表观遗传学的生物书 —— 生物学史的250座里程碑）；（3）斯普林格2019年国际天文学会百年诞辰纪念出版：《The Evolving Universe and the Origin of Life --- The Search for Our Cosmic Roots》（演化的宇宙与生命的起源：追寻我们的宇宙之根）。

　　不仅有机体是互补性的产物，而且生命的社会性，生命的“集群”或“合作”——真核细胞、藻类、植物、……、都市、人类社会、特定自然环境里的文化传统，凸显的都是互补性，即“整体大于局部之和”这一原理。

　　这幅插图的左侧：地球生命起源的必要条件，相对稳定的地壳状态、物理和化学环境。插图的右侧，生命形态的随机性质，基因型在任何偶然发生的环境之内的表型。在必然性与完全随机之间的，是地球生命的DNA互补形态，这一遗传方式也许最能适应它左侧的必然性和它右侧的偶然性。