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发表于 2006-1-29 20:15:18 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
论科学的复杂性
—兼评科学终结论
陈雨思
摘要:围绕“科学终结论”所展开的讨论,使我们看到科学本身是复杂的,因此,本文探讨科学本身的复杂性。由于任何事物都可以看成一个系统,因而研究科学本身的复杂性,就必然要研究系统的复杂性。本文发现,系统的复杂既是差异性的复杂,也是同一性的复杂。系统的同一性、同一性分布和同一性结构的复杂使科学表现出了科学现象和规律的复杂性、科学领域的时空复杂性和科学发展的时空复杂性。在此基础上,本文分析了“科学终结论”出现的原因,认为“科学终结论”的产生是由于人们基于一种简单的同一性思维方式,因而对于科学的复杂性认识不足所致。最后,本文对当代科学发展的广阔空间进行了简略的分析。  

关键词:科学复杂性;科学终结;同一性的复杂性  

(注:本文是全国“复杂性与系统科学的理论、方法及其应用学术研讨会论文”)
1996年,美国《科学美国人》的专栏作家约翰·霍根出版了一本题为《科学的终结》的书。(1)他通过对当代科学前沿几大领域有代表性的数十名科学家的访谈,得出了 “科学已经终结,伟大而又激动人心的科学发明时代已一去不复返了” 的结论。认为,各类科学“大的理论框架已经构就,大的发现已经发现完毕,剩下的或者是一些无法证明对也无法证明错的玄想,或者是一些扩展应用领域的技术活。”
这本书一出版,就在西方国家引起了广泛讨论,随后又在我国引起了广泛讨论。这些讨论,涉及到科学的过去、现在和未来的许多方面,涉及到科学与文化的种种问题。这些讨论使我们看到:科学本身不是简单的,而是复杂的。因此,在研究复杂性科学的时候,来探讨一下科学本身的复杂性,对于复杂性科学的发展是有意义的。特别是,研究科学本身的复杂性,对于提高我们对于科学的认识,从而在全民族中大力弘扬科学精神,促进我国科学的发展,更好地坚持和落实科学发展观,也具有重要意义。因此,本文拟对此进行一些讨论。
1关于科学终结论的讨论
对于科学终结论,绝大多数科学家、哲学家和人文社会科学学者都明确表示不赞成。他们从各个方面对科学终结论进行了驳斥。他们的观点归纳起来有10多种,这些观点是:
(1)时间外推论。时间外推论认为,现代科技只有几百年的历史,然而人们在这期间取得的科技进步已经在很大程度上改变了世界的面貌,如果再过几百年、几千年、几万年、几十万年,科技的进步将是难以想象的。因此,科学终结论是不成立的。
(2)科技问题存在论。科技问题存在论认为,事实上科学的任务远远没有完成,物质本质、宇宙演化、生命起源、自我意识等种种科学悬案、自然之谜都向人们敞开了一个科学的未知世界。因此,科学远远没有终结。
(3)观点统计论。美国国家科学基金组织等发起的一项对有博士学位的科学家的调查,在1500份有效问卷中,2/3的人预测本世纪科学将会加速发展,对社会的冲击还要更大。
(4)过去的终结观失败论。在科学史上,19世纪末科学界曾经一度流行过科学终结观,但是相对论和量子论的建立,有力地说明科学终结观不成立。从历史的经验看,现在的科学终结观也不会成立。
(5)科学限度论。此论认为人类在科学研究中每认识到一处带根本性的极限,就是一个新科学方向的开始。霍根是错把极限当终结。
(6)科学目标不当论。此论认为霍根之所以得出科学终结的结论,是他及许许多多的人把科学目标订得太高。 
(7)科学多元论。科学多元论者认为科学既有追求统一的倾向,也有追求差异性、独特性的倾向。分久必合,合久必分。不管怎样,都不会终结。
(8)科学层次论和突现论。科学层次论和突现论认为不同的物质结构层次,会突现出新的规律。因此,科学也不会终结。
(9)社会现象论。此论从社会现象角度寻找科学终结论出现的原因。例如,一些人因为科学变得日益深奥、复杂、抽象、难以理解,而对科学产生反感;有些人因为在科研中遇到困难而出现悲观情绪;浪漫主义的人文主义者认为现代科学强调理性、客观性、非人格化,使人生失去了魅力。
(10)交叉科技论。此论认为,大量交叉科技、边缘科技、横向科技、综合科技的产生标志着一个崭新的超常规科学技术时代的到来。二十一世纪将是一个超常规科技大发展的时代。根本谈不上科学终结。
上面这些观点,对于科学终结论的驳斥是有力的。但是,仍然有一些更深入的问题需要我们去回答,这些问题是:
大的理论框架是否已经构就?
大的发现是否已经发现完毕?
剩下的是否只是一些科学无法解决的玄想?
技术活造就的世界中是否存在重大科学问题?
我们今后还会做出重大科学发现吗?
如果能的话,那将是什么样的发现?
这些问题的回答,都要涉及到一个基本问题,这就是科学的复杂性问题。因此,我们首先来讨论科学的复杂性,然后来回答上面的一些问题。
2什么是科学的复杂性
所谓科学的复杂性,定量地说,就是指科学信息量的巨大。协同学的创始人哈肯把复杂性定义为一个计算机程序的最小长度,(2)我们可以按照他的思路,把所有涉及科学的信息都存储入计算机,那么,我们将发现,它所占据的计算机空间是巨大的;如果这个空间的大小还能够被确定的话,我们就能够对科学的复杂性做定量的把握。但是,这还不足以说明科学的复杂性,因为科学中还包含大量不能够存储入计算机的东西,它们只能存储于人的大脑中,或者存储于物化了的自然中。再进一步说,即使我们把计算机、人脑和物化了的自然中的全部科学信息统统包含在内,是否就能说明科学的复杂性呢?仍然不能。因为科学的复杂性主要不是就已经知道的东西而言,而是就未知的东西而言,正是由于未知科学的复杂性,才为科学提供了广阔的发展空间。
可见,科学的复杂性本身是一个复杂的问题。怎样来把握科学的复杂性呢?这又涉及到系统的复杂性问题。
3系统的复杂与科学的复杂
要研究科学的复杂性,就必然要涉及事物的复杂性,而任何事物都可以看成一个系统,因而,要研究科学的复杂性,就必然要涉及系统的复杂性。
3.1系统复杂性的含义
在《论复杂系统同一性的复杂性》一文中,(3)讨论了系统的复杂性。什么是系统的复杂性?科学界有各种不同的说法,甚至有人说,复杂性的定义与研究者一样多。我认为,协同学创始人哈肯把复杂性定义为一个计算机程序的最小长度,是比较接近问题实质的。哈肯的定义实际上是把复杂性看成了系统所包含的信息量;这个信息量又实际上反映了系统差异的多少; 而“系统差异”则主要是指“系统要素之间关系”的差异,或者说指“系统结构”的差异。因此,可以把复杂性定义进一步明确为:复杂性是系统结构的差异的总和。
系统如何才能形成结构呢?系统要素之间必须通过关系而同一(统一)起来,才能形成结构。而“结构的差异”,从某种意义上来说,就是关系的差异,或者进一步说,是同一性的差异,由此可以见到,上述定义包含了差异与同一两个方面。
按照这个定义,系统的复杂性就与系统“差异性”的复杂性和“同一性”的复杂性联系起来了。
那么,一个系统怎样才是复杂的呢?
在《论复杂系统同一性的复杂性》一文中,曾经指出:
“一个系统的复杂当然意味着它存在许多差异,但是,如果一个系统仅仅存在差异,它还不是一个复杂系统,而是一个简单系统。因为没有同一的差异就是没有关系的差异,这只能是要素之间的绝对差异。绝对的差异是系统的沙漠化。”
“在相反的情况下,如果一个系统仅仅存在同一而缺乏差异,它也不是一个复杂系统,而是一个简单系统。因为没有差异的同一就是忽视系统要素特性的绝对同一。绝对的同一是系统的平板化。”
“一个系统的复杂性既不是仅仅取决于其差异性,也不是仅仅取决于其同一性,而是取决于系统复杂的差异与复杂的同一的共存。或者进一步说,系统的复杂既是差异性的复杂,也是同一性的复杂。”
由于系统的复杂既是差异性的复杂,也是同一性的复杂,因此,科学的复杂性就与系统复杂的差异性和复杂的同一性相关。
3.2科学、差异性与同一性
要弄清楚科学的复杂与系统复杂的差异性和复杂的同一性之间的关系,先要弄清楚科学与差异性和同一性有什么关系。
什么是科学,有各种不同的观点。在《中国大百科全书》中,对于科学提供了这样一个定义:科学是以范畴、定理、定律形式反映现实世界多种现象的本质和运动规律的知识体系。在这个定义中,有两个关键词,一个是“现象”,另外一个是“规律”。
科学的现象和规律与差异性之间的关系自不待言。科学研究有两个重要任务,一是要发现新现象,二是要发现新规律。发现新现象是科学研究的基础工作。例如发现新的行星、新的元素、新的化合物、新的生物大分子、新的物种和新的微生物等等,这些都是非常基础的科研工作。发现新规律则是科学的最高目的。发现新规律就是要从已经有的现象和新发现的现象中寻找出解释因素,从而对这些现象给以合理的解释。
新现象和新规律的“新”,是与已知的现象和规律进行比较的“新”,是差异于已知现象和规律的“新”,因此,发现新现象和新规律,就是发现事物的“差异”,着重事物的“差异”,而如果事物不存在“差异”,则无从去发现,科学研究也就无从谈起。可见,科学与差异性密不可分。
然而,科学的现象和规律与同一性之间的关系则更加突出。可以说,没有同一性,就没有科学;有同一性,才有科学。
首先来看科学现象。
什么现象才能称为科学现象呢?只有满足可重复性的现象才能称为科学现象。现象满足可重复性,也就是所发现的现象必须能够再现,不仅是发现者能够再现,而且是其他科学工作者也能够再现。不可再现的现象是不可证实的,我们既无法证明其存在,也无法证明其不存在,因此,它不能称为科学现象。现象的可重复性说明两次现象之间具有一定的同一性。
再来看科学规律。
科学的核心是科学规律,而科学规律反映的是事物共同的、必然的和本质的联系,这是事物最基本的同一性。
一个科学规律只有经过反复验证之后,才能确立为科学规律。“反复验证”就意味着验证可以重复进行,而“可重复”就意味着各次验证之间具有同一性。
科学规律必须能够对事物的发展做出正确解释和预见,这意味着由科学规律所解释和预见的事物发展情况与事物的实际发展情况之间具有同一性。
由此可见,科学与同一性密不可分。无论是科学现象还是科学规律,都存在一个同一性前提,失去了同一性这个前提,就失去了科学;有了同一性这个前提,才有科学。
3.3同一性的复杂性
虽然科学现象和科学规律都存在一个同一性前提,但是,这个同一性前提不是简单的,而是复杂的,正是由于存在这样一个复杂的同一性前提,才使得科学成为复杂的。因此,有必要讨论一下同一性的复杂性问题。
在《论复杂系统同一性的复杂性》一文中,讨论了同一性的复杂性问题。文中指出,由于事物的对称破缺,系统同一性不仅仅只有“完全同一”一种情况。 “完全同一”仅仅是同一性=1的特殊情形,系统同一性是可以取值于(0,1)集合的任何位置的。(0,1)集合是一个无穷点集,它的取值可以是无穷的,因而系统同一性的取值可以是无穷的,由此我们可以看到系统同一性的复杂性。
文中进一步指出,不仅系统的同一性是复杂的,而且系统同一性的空间分布和时间分布也是复杂的。例如,规律的对称破缺表现为系统同一性的变化,而在一个复杂系统中,可能同时包含确定性规律,不确定规律和完全混沌状态。确定性规律中又有线性规律、非线性规律等的区分;不确定规律也有不确定程度的不同;完全混沌状态也具有程度上的差异,这些规律的差异都要在同一性分布中反映出来,从而使复杂系统的同一性分布变得来非常复杂。
文中还指出,不仅系统的同一性和同一性分布是复杂的,而且系统的同一性结构也是复杂的。它包括复杂系统同一性静态结构的复杂、动态结构的复杂和动力学结构的复杂等等。
综合考虑系统的同一性、同一性分布和同一性结构的复杂性,就可以使我们进一步了解系统同一性的复杂性。
系统同一性的复杂性,必然导致科学的复杂性。
4.科学的复杂性
在存在复杂同一性的前提下,科学就表现出了复杂性。这种复杂性体现在科学现象和规律的复杂性、科学领域的时空复杂性和科学发展的时空复杂性三方面。
4.1科学现象和规律的复杂性
由于科学与同一性密不可分,“任何科学都存在一个同一性前提”这句话也就意味着:存在同一性的任何现象都可能成为科学的对象。具体说来,系统中产生的任何现象,只要其中包含着“可再现”这样一个同一性条件,它就应该是科学现象,因而也就可以成为科学的对象;而一些科学现象之间如果包含着某种同一性,它们中间就可能存在科学规律,因而也就可以成为科学的对象。
由于系统同一性的复杂性,就使得科学的对象成为复杂的,从而使科学现象和规律成为复杂的。例如,地球上已发现的生物有数百万种,它们具有共同的本质—核酸和蛋白质的存在方式,这是它们最根本的同一性,当然应该成为科学的对象。不过,每一种生物都各有其特殊的生命形态,包含着不同于其他生命形态的特殊同一性。这种特殊的同一性,就决定了每一种生命形态都可以成为科学的对象。而这样一来,我们就可以发现,科学的对象是极其复杂的,因而,科学的现象和规律也就是极其复杂的。
科学的现象和规律的复杂,集中体现在科学规律的复杂上面。
从本质上说,科学规律的复杂,是由于事物(系统)规律产生对称破缺从而使同一性出现变化的结果。
在系统研究中,我们经常谈论线性、非线性、不确定性等术语,这些术语实质上反映了系统规律的对称破缺。
什么是系统规律的对称破缺呢?系统规律的对称是系统规律通过某种中介而变化时出现的同一性,而系统规律的对称破缺则是其对称性减小,表现为同一性的减小。
以微积分为例。系统规律可以表示为一个微分或者积分。在对称的情况下,知道了微分,就知道积分;知道了积分,就知道微分,这时,微分和积分之间是完全同一的,其同一性为1。但是,在非线性情况下,知道了微分,就不一定知道积分,这就出现了微分和积分之间的对称破缺。这时,微分和积分之间的同一性就不再是1,而变成(0,1)之间的某个数。
系统规律的对称破缺有程度上的不同。例如,考察局部与整体之间相互关联的规律,可以分为下面四种:
(1)可加和性规律,表示为:1+1=2。在这种情况之下,整体等于局部之和,这时,局部与整体之间的同一性比较大。
(2)非加和性规律,表示为:1+1≠2。在这种情况之下,整体不等于局部之和,不过,局部与整体之间仍然可以通过非线性关系而达到比较大的同一性。但是,局部与整体之间的同一性显然小于可加和性的情况。
(3)不确定性规律,表示为:1+1=1。此时,非线性关系进一步发展,出现了所谓初始条件的敏感性,稍微改变初始条件,系统就发生很大的变化。在这种情况之下,很难通过局部来描述整体,这时,局部与整体之间的同一性比较小。其规律是混沌规律。
(4)不相关现象,表示为:1+1=φ(φ表示空)。在这种情况之下,局部的情况对于整体几乎不发生影响,局部与整体之间的同一性很小。在极端情况下,可以认为局部与整体之间没有同一性,同一性=0。其规律是高度不确定的。
不过,对于复杂系统而言,仅仅划分成为上面四种情况是远远不够的。实际上,在这四种情况之间,还存在许多其他情况。例如,同样是非线性系统,它们的非线性程度可能很不一样,因而它们对称破缺的程度也可能很不一样。可以说,在复杂的系统中,其规律的对称破缺可以取(0,1)集合中的任意值;在极复杂的系统中,其规律的对称破缺的取值可能充满全部的(0,1)集合。
从系统规律的对称破缺可以看到,系统中的规律是非常复杂的。现代科学研究也表明,客观世界存在局部性规律、全局性规律,以及确定规律、不确定规律、模糊规律、灰色规律等等复杂情况。
4.2科学领域的时空复杂性
在一个复杂系统中,不仅其同一性是复杂的,而且这些复杂的同一性在系统中的分布也是复杂的。复杂系统同一性分布的复杂性,就导致了科学的复杂性,特别是导致了科学领域的时空复杂性。
复杂系统同一性分布可以分为同一性的时间分布和空间分布两个方面。在《论复杂系统同一性的复杂性》一文中,曾经讨论过复杂系统同一性的时空分布问题。文中这样写道:
“托夫勒在为《从混沌到有序》一书所做的序言中提出了一个问题,他说:‘因为假如普里高津和斯唐热是对的,偶然性在分叉点或接近分叉点处起作用,此后决定论过程再次接替,直到下一个分叉,那么他们不是把偶然性本身镶嵌到一个决定论的框架之中吗?对偶然性赋予一种特殊作用,他们不就解除了其偶然性吗?’ 普里高津则这样回答,‘是的,这也许是对的,但是我们当然决不可能确定下一次分叉将在何时发生。’ 托夫勒和普里高津在这里讨论的实际上是与时间相关的同一性分布。在分叉点或接近分叉点处,是偶然性规律在起作用,这时候,原因和结果之间的同一性小于1;分叉以后,则是决定性规律在起作用,这时候,原因和结果之间的同一性等于1,两种规律共存于一个系统中,而在不同的时间段上表现出来,从而形成同一性的时间分布。”
“在一个复杂系统中,不仅有与时间相关的同一性分布,而且有与空间相关的同一性分布。例如,一个风筝在天上飞,它的内部结构可以应用确定性的牛顿定律来描述,因果之间的同一性等于1;但是,风筝在天空中怎样飘,涉及风从何处来、放风筝的人的心情如何、放风筝的环境怎样等等,这要用随机运动规律来描述,在这里,因果之间的同一性小于1,不是完全同一的。所以在风筝运动中,两种规律共存于一个系统中,而在不同的空间上表现出来,从而形成同一性的空间分布。”
对于一个复杂系统而言,其在时空上的同一性分布是非常复杂的。因而在不同的时空上,其呈现出来的规律就是非常复杂的。一个复杂系统可能在不同的空间上同时包含确定性规律,不确定规律和完全混沌状态,也可能在同一空间的不同时间段上分别出现确定性规律,不确定规律和完全混沌状态。
复杂系统同一性分布的复杂性,使得科学研究的领域变得来非常宽广,因为在复杂系统的任何时空上,在各个时空的连接点上,特别是在复杂系统的总体时空上,都存在着一系列重大的科学问题。而对于一个具体的复杂系统来说,这些问题的研究需要解决这样一些问题:
(1)一个系统在什么地方(空间)、什么时候(时间)服从确定性规律,在什么地方(空间)、什么时候(时间)服从不确定性规律,在什么地方(空间)、什么时候(时间)是处于完全混沌的情况。
(2)确定性规律、不确定性规律和完全混沌之间是什么关系?
(3)确定性规律、不确定性规律和完全混沌在时空上的分布以及它们之间的相互关系怎样导致系统分叉和系统的进一步演化。
这些问题的回答,涉及广阔的研究范围,充分体现出科学领域的时空复杂性。
4.3科学发展的时空复杂性
在一个复杂系统中,不仅其同一性和同一性分布是复杂的,而且其同一性结构也是复杂的,系统同一性结构的复杂性,就导致了科学的复杂性,特别是导致了科学发展的时空复杂性。
在上面的讨论中,我们主要从客观世界的角度来看科学的复杂性,不过,科学毕竟是有人参与的事情,是人对客观世界进行认识的结果。在科学活动中,人与客观世界相结合,构成了一个复杂系统。我们可以从这个复杂系统出发,来讨论科学发展的时空复杂性问题。因为科学的发展,是以这个复杂系统同一性结构的变化为前提的。
在人与客观世界相结合的复杂系统中,科学发展时空上的复杂性至少表现在两方面,一方面是人与客观世界沟通的复杂性;另一方面是科学体系自组织过程的复杂性。
自从人类出现以来,人类就不断与客观世界进行沟通,不过,这种沟通总是局部的。直到现在为止,人类的科学活动仍然带有明显的局部特征。由于人类科学活动的局部特征,人类各部分所获取的客观世界信息必然是局部的,他们总是根据这些局部信息来理解这个世界,从而形成自己的科学认识。而人类各部分所处的局部又是不一样的,他们与客观世界之间的联系和相互作用情况因而也是不一样的,这样,他们获取的客观世界信息就不一样,处理这些信息的方法也不一样,由此而形成的科学认识就不一样。但是,从各自的局部情况来看,人类各部分的科学认识都有他们的合理性,因为这种认识与他们获取的客观世界信息之间达到了比较大的同一性,因而,这些认识可能都是科学的。而这样一来,人类对客观世界的科学认识就是各式各样的,对这些科学认识加以发展的思路也就是各式各样的,这就使科学的发展呈现出了空间上的复杂性。
由于获取的客观世界信息不一样,获得的科学认识不一样,对于科学认识的发展思路不一样,就导致了科学的发展过程不一样,从而使科学的发展呈现出了时间上的复杂性。
例如,中医和西医面对的都是人体系统,虽然它们对于防病治病都有效果,因而都是科学的,但是,两者从理论和实践上都有很大的不同,这是科学发展时空复杂性的明显例证。
科学发展的时空复杂性,还表现在科学体系自组织过程的复杂性上面。
在科学发展过程中,各个局部获取的信息,获得的科学认识和关于科学发展的思路,有可能出现聚集、交流和自组织的情况,这使得大量信息可以在一个极小的空间中聚集,大量重复信息得到简化,从而使客观世界更深刻的同一性得以突现,这就可能导致科学概念的变革和科学规律的发现,从而出现科学体系的自组织。
科学体系的自组织,往往表现为科学知识从简单到复杂,再从复杂到简单的交替过程。在科学发展的某阶段,各种新现象、新规律层出不穷,科学体系的复杂性增加,科学知识表现为从简单到复杂的过程;到了一定的时候,这些新发现的现象和规律之间,以及新发现的现象和规律与原来已经发现的现象和规律之间更深刻的同一性得以突现,形成涵盖范围更广的新规律和新理论,从而使科学知识得到重新整合,科学知识又表现为从复杂到简单的过程。由此以往,就形成了科学知识从简单到复杂,再从复杂到简单的交替过程。
例如:元素周期表出来以前,人们学化学要记大量的元素,大量的无联系的知识,因此是一门非常艰难的学问;元素周期表出来以后,人们把握了化学更深刻的同一性,学化学就容易多了。现在的医学也如此,要学七年,现在医学更深刻的同一性还没有找到,所以有大量的个案描述,个人的医疗经验。人们现在还没有寻找到生命更深刻的同一性, 正因为如此,人的寿命才短,如果寻找到了生命更深刻的同一性,应当说活几百岁是不成问题的。
科学知识从简单到复杂,再从复杂到简单的交替过程,不是一个简单的过程,而是一个复杂的过程。
科学知识从简单到复杂的过程是复杂的,这不言而喻,因为这涉及到新现象和新规律发现中的各种问题。而科学知识从复杂到简单的过程也是非常复杂的,因为这涉及到科学知识的压缩和突现、渐变和突变、重新结构和层次划分等一系列过程。另外,科学知识自组织过程往往不是从简单到复杂或者从复杂到简单的单一过程,而是这两类过程的复杂组合。例如环境科学,不仅要涉及一系列生态、生化、生物、地质、物理等自然科学方面的知识,而且要涉及一系列社会制度、政策法令、人口控制、历史沿革等社会科学方面的知识。这些知识都必须在“环境”这个基点上进行重新结构,这个重新结构过程必然是从简单到复杂或者从复杂到简单这两类过程的复杂组合过程。
由此可见,科学体系的自组织过程是十分复杂的。
通过上面对科学现象和规律的复杂性、科学领域的时空复杂性和科学发展的时空复杂性的讨论,使我们看到:科学的确是复杂的。
5科学终结论产生的原因分析
科学在现象、规律、领域和发展方面的复杂性,使得科学发展的未知空间非常大。从复杂同一性来看,科学发展仅仅涉及到了系统复杂同一性很小的空间,还有大量的空间等待人们去发现。既然如此,为什么还会出现科学终结论呢?
从根本上说,科学终结论出现的原因,是由于人们基于一种简单同一性的思维方式,因而对于科学的复杂性认识不足。
众所周知,自从文艺复兴以来,西方科学一直采取分析或者还原的方法。分析或者还原的方法包含着这样一个前提:知道了局部,就一定知道整体。如微积分通过“以直代曲”,把极短的直线加和起来,就可以精确描写非常复杂的曲线。
西方科学方法还包含着其他一些前提。
知道了现在,就一定知道未来。如拉普拉斯就说过:“你给我初条件,我就可以把世界完全预言。”
知道了确定,就一定知道不确定。如当量子力学产生的时候,产生一场大争论,哥本哈根学派认为,量子运动是几率性的,具有不确定性;而爱因斯坦、薛定谔、普朗克、狄拉克等则坚决反对,爱因斯坦写信给玻恩说:“我们已成为相对立的两极。你信仰掷骰子的上帝,我却信仰客观存在的世界中的完备和秩序。”
知道了线性,就一定知道非线性。人们往往把非线性看成是线性的叠加,就如整体是局部的叠加一样。
基于这样一些前提,人们就根据局部来描述整体、根据现在来预测未来、根据确定来把握不确定、根据线性来刻画非线性。
西方科学方法的这些前提,暗含着这样一些似乎是不证自明的观念:
局部与整体之间是完全同一的;
现在和未来之间是完全同一的;
确定与不确定之间是完全同一的;
线性与非线性之间是完全同一的。
这些观念可以概括为一个公式:1+1=2,或者表示为形式逻辑的公式:A=A。
这些观念必然导致一种简单的同一性思维方式,这种简单的同一性思维方式对于纷纭复杂的现象进行了约化,即:
把整体约化为局部;
把将来约化为现在;
把不确定约化为确定;
把非线性约化为线性;
这种约化的代价是牺牲了世界的复杂性与丰富性,使现代科学不能解释复杂系统丰富多彩的现象,从而导致“复杂性困惑”。
西方科学的简单同一性思维方式是根深蒂固的,无论在理论探索还是科学实验中,都贯穿着这样一种思维方式。例如,爱因斯坦就这样说过:(4)“我想知道上帝是如何创造这个世界的。对这个或那个现象、这个或那个元素的谱我并不感兴趣。我想知道的是他的思想,其它的都只是细节问题。”
在科学的发展史上,科学实验具有重要的地位。耗散结构理论的创造者,诺贝尔奖获得者普里戈金在谈到实验方法时曾说到:(5)“实验对话相当于一种高度特殊的过程。自然在某些先验原理的名义下,像在法庭上那样受到实验的盘查。自然所作的回答被最精确地记录下来,但这些回答之间的关联正是用指导该实验的理想化来评价。所有其他的东西都不是信息,而是瞎扯,是可以忽略的次级效应。”“在自然现象的具体复杂性中,必须选择一种现象,认为它最能以明确方式体现这种理论的含义。然后把这个现象从周围环境中抽象出来并“搬上舞台”,使理论能以可传授的和可再生的形式受到检验。”
爱因斯坦和普里戈金的这些话,说明近代科学无论在理论上还是在科学实验上,都普遍存在着忽视 “细节问题”,忽略“次级效应”的现象。而从复杂同一性的观点来看,这样做也就是忽视了大量的科学现象和科学规律,从而牺牲了世界的复杂性与丰富性。
从简单的同一性思维方式出发,当科学在某些未知空间发展到一定程度的时候,人们就会做出“大的理论框架已经构就,大的发现已经发现完毕”的断言,从而提出科学终结论。诸不知还有大量的未知空间等待人类去探索。
在科学发展过程中,如果对科学在现象、规律、领域和发展的任何方面的复杂性认识不足,都可能出现科学终结论。例如,微观粒子探索到一定的时候,新现象的发现变得来非常困难,就可能出现“微观科学现象探索已经完结”的结论。
一个特别值得注意的现象是,在科学发展自组织过程的转折点上。当一个过程终了而另外一个过程开始的时候,比较容易出现科学终结论。例如,19世纪末,当经典物理学大厦基本完成后,就出现过科学终结论,而相对论和量子论的建立,则有力地说明科学终结论不成立。
目前,科学发展突飞猛进,科学成果急剧爆发,使科学系统出现宏观无序,微观有序的混沌状态,这时,科学面临从混沌到新的有序的转折,在这种转折点上,就可能出现科学终结论,而且果然出现了科学终结论。
6当代科学发展的广阔空间
根据科学复杂性的观点来进行分析,科学终结论是不成立的,当代科学发展具有十分广阔的空间。
自文艺复兴以来,近代科学确实取得了一系列重大发展,从简单同一性思维方式来看,似乎“大的理论框架已经构就,大的发现已经发现完毕”,但是,从系统复杂的同一性来分析,近代科学发展仅仅涉及到系统复杂同一性很小的空间,还有大量的空间等待人们去发现。因为从同一性的珠子模型看,近代科学主要发展了基于完全同一性的科学,而剩下了同一性处于(0,1)之间的大量科学;从同一性的分布看,近代科学主要发展了基于单一同一性的科学,而剩下了系统存在同一性分布情况下的大量科学;从同一性的结构来看,近代科学对于同一性之间存在复杂关联情况下的科学还基本没有触及。
具体来看,科学发展究竟还剩下一些什么空间呢?
从科学研究的地域上看,西方发展了分析性科学,剩下的是综合性问题;东方发展了综合性科学,剩下的是分析性问题;东方和西方发展了综合性科学和分析性科学,剩下的是综合性科学和分析性科学的综合问题。例如,中医学长期游离在现代科学体系之外,就是一个重大的科学问题。
从科学研究的领域上看,近代科学发展了物质世界的科学,剩下的是人类世界的科学;发展了客观世界的科学,剩下的是主观世界(意识世界)的科学;发展了现实世界的科学,剩下的是虚拟世界的科学。
从科学研究的对象上看,近代科学发展了基元层面的科学,剩下的是关系层面和整体层面的科学;发展了简单性科学,剩下的是复杂性科学;发展了分析性科学,剩下的是综合性科学;发展了线性科学,剩下的是非线性科学。
由于科学发展剩下了这么多有待发展的空间,所以,科学发展不仅不是只剩下“一些无法证明对也无法证明错的玄想,或者是一些扩展应用领域的技术活。”而是除了存在几乎无穷无尽的所谓“小叙事”问题外,也存在大量重大问题等待人们去解决。兹举几个例子来说明。
(1)两个世界怎样统一?
大半个世纪以来,牛顿、爱因斯坦向我们展示了自然界的一幅可逆的、决定论的、连续的、稳定周期运动的图画,然而今天,普里戈金、哈肯以及在各个领域的科学家却在所有的层次:基本粒子、生物学、天体物理、社会科学中向我们展示出自然界另一幅不可逆的、随机性的、多样化的、非连续的、不稳定的图画。那么,在什么地方牛顿、爱因斯坦对?在什么地方普里戈金、哈肯对?这两个世界的统一性在哪里呢?
于是问题产生了:两个世界怎样统一?
(2)两个演化方向怎样统一?
克劳胥斯说:孤立体系永远向无序的方向运动。因此,系统的演化方向是无序;
达尔文则说:生物不断从无序走向有序。因此,系统的演化方向是有序。
虽然普里戈金他们进行了大量研究,但是,由于没有找到系统演化的普适判据,所以,我们不知道一个复杂系统在什么情况下走向有序,在什么情况下走向无序。
于是问题产生了:两个演化方向怎样统一?
(3)两种科学怎样沟通?
直到今天,古老的中华文明仍然向现代科学发着史克芬克斯谜式的微笑。
现代科学对于中医理论能说些什么呢?
对于经络和针灸能说些什么呢?
对于都江堰(这是个最稳定的大型自控系统)能说些什么呢?
对于孙子兵法能说些什么呢?
于是问题产生了:两种科学怎样沟通?
另外,在复杂系统研究中还出现了大量问题,如复杂系统的演化有普适判据吗?非线性微分方程能够求解吗?系统演化有规律吗?整体为什么大于部分之和?信息是什么?等等,这些都是重大问题。
另外,在与人的生存和发展相关的领域,也存在大量科学问题,这些问题是:
地球能把握吗?气候可调节吗?环境可控吗?
怎样进行生物多样性保护?是否存在物种冗余?生态系统的关键种及其作用如何?物种之间的关系如何影响生态过程和生态平衡?
三十亿个碱基对是如何协同工作的?三十亿个碱基对怎样进行自组织?
大脑是如何工作的?大脑怎样进行选择性自适应?大脑与行为的自组织是何关系?思维与智能的本质是什么?大脑如何组织其信息存储?大脑与机体免疫功能是何关系?智力怎样起源?大脑是怎样认知外界视觉世界的?心思的脑机制是什么?
生命怎样起源?细胞怎样起源和进化?有机体信息系统的演化在物种生存、适应过程中有何作用?RNA与生命起源有何关系?细胞如何调控基因组的有序活动?细胞为何凋亡?怎样医治各种顽症?
这些问题,为当代科学发展提供了广阔的空间。
参考文献
1(美)约翰·霍根. 科学的终结. 远方出版社,1997年第1版
2 哈肯.信息与自组织.成都:四川教育出版社,1988年6月
3陈雨思. 论复杂系统同一性的复杂性—兼论后现代思潮颠覆同一性的双重意义. 复杂性与系统科学的理论、方法与应用学术研讨会论文. 2004年10月,西安
4 [美]阿·热著,荀坤、劳玉军译.可怕的对称.长沙:湖南科学技术出版社,2002年11月第1版
5 伊.斯唐热、普里高津著,曾庆宏、沈小峰译.从混沌到有序-人与自然的新对话.上海:上海译文出版社,1987年8月第1版,第77-80页;第71-72页)


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