一個物理學(xué)家的還原論
- 發(fā)布時間:2014-12-20 01:30:50 來源:科技日報 責(zé)任編輯:羅伯特
■樂享悅讀
文·李 泳
溫伯格即將出版一本新書《解讀世界》,是一本物理學(xué)家的科學(xué)史,關(guān)心的是我們的科學(xué)方法是怎么來的。在書的尾聲,溫老討論了“宏大的還原”,大概將科學(xué)演化的路線歸結(jié)為一條還原的路線。
“還原論”(reductionism)的名聲不太好,通常認(rèn)為它將復(fù)雜問題簡單化,將整體歸結(jié)為部分之和,將生物學(xué)歸結(jié)為化學(xué)而將化學(xué)歸結(jié)為物理學(xué)最后還將物理學(xué)回歸到基本粒子……有個笑話:老師帶學(xué)生進實驗室,指著一排玻璃瓶說,人就是那些東西組成的:10加侖水,7條肥皂的脂肪,9000支鉛筆的碳,2200根火柴的磷,還有夠粉刷兩個雞棚的石灰……學(xué)生問:“人呢?”老師答:“那是哲學(xué)家的問題?!?/p>
可是,正如非線性科學(xué)先驅(qū)霍蘭德說的,過去400年的科學(xué)都是靠還原進步的。赫姆霍茲甚至認(rèn)為,“一旦把一切自然現(xiàn)象都化成簡單的力,而且證明自然現(xiàn)象只能這樣來簡化,那么科學(xué)的任務(wù)就算完成了?!彼麄冋J(rèn)為還原能逐層級回答問題,還能追溯到一個“終極問題”。所以,追求終極理論的人對還原總是懷有幾分感激。溫老好像很喜歡還原論,自稱還原論者。40年前,他為《科學(xué)美國人》寫《基本粒子相互作用的統(tǒng)一理論》,說基本粒子物理學(xué)最接近統(tǒng)一的定律。非物理學(xué)家批判那是“可怕的物理學(xué)家思維方式”,而物理學(xué)家“嫉妒”它代表的粒子物理學(xué)的高傲。凝聚態(tài)物理學(xué)家安德森給《紐約時報》寫信,抱怨粒子物理學(xué)迷惑了很多學(xué)生,還說粒子物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)不如圖靈的計算機,也不如克里克和沃森的DNA。而溫老以為,DNA恰好代表了某些生物學(xué)家的“頑固的”還原論,因為他們相信生命的全部奧秘都藏在DNA的結(jié)構(gòu)和功能里。
實際上,溫老不是人們想象的那種“極端的還原論者”;他只承認(rèn)自己是“妥協(xié)的還原論者”。他在《終極理論之夢》里“不太熱烈地歡呼”還原論的時候,也不贊同將生物學(xué)還原到化學(xué),將化學(xué)還原到基本粒子物理學(xué)。在溫老看來,還原論并不是科學(xué)進步的萬能處方,而只是自然秩序的一種陳述。他的還原,是說我們的科學(xué)解釋將走向一個共同點。換句話說,還原是對自然的一種態(tài)度,一種感覺:感覺所有科學(xué)原理都能追溯到一組簡單連貫的定律。這種感覺與愛因斯坦對自然律所懷有的“宗教感情”是一樣的。
那么,還原態(tài)度如何看待不能還原的問題呢?生物多樣性和蝴蝶飛飛,是用不著DNA的,但DNA仍然是一切生命的基礎(chǔ);復(fù)雜系統(tǒng)的有序和無序、衰亡和創(chuàng)生、模式和生命的“突現(xiàn)”(emergence)等等問題,都不能“還原”到簡單和部分,但我們?nèi)匀粚で笠环N原理的解釋——這才是溫老所說的還原的核心,即還原不教我們?nèi)绾巫隹茖W(xué)和做什么樣的科學(xué),它只陳述一種“自然秩序”。
還原的路線,也不是像工具書的“定義”說的那樣,一味地簡化和分解。它顯然已經(jīng)走出了一條(或多條)新的路線:從某一點出發(fā),卻開出一個宏大的視界,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原先的問題,還自然引出新的東西,同時解決一系列問題。例如相對論,本不是為某個具體的物理問題(它假定一個簡單的物理事實,外加一個美學(xué)的選擇),卻“在無意間”將引力問題甚至宇宙學(xué)問題轉(zhuǎn)化為時空幾何的問題。這當(dāng)然不是用部分來解釋整體,用簡單來解釋復(fù)雜。真正簡單的是邏輯和數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。沿著這條路線走下去,黑洞和引力的研究或許比基本粒子物理學(xué)更加“基本”,因而也就不會有可笑的從人到石灰的還原了。
在溫老看來,所有科學(xué)家都或多或少是還原論者(盡管有的不愿承認(rèn))。他舉例說,假如某個醫(yī)學(xué)雜志同時發(fā)表兩篇報告淋巴結(jié)核新療法的文章,一個用營養(yǎng)湯,另一個是讓人撫摩——據(jù)說理查二世撫摸過十萬人,為他們治療淋巴結(jié)核(所以淋巴結(jié)核也叫“King's evil”)。即使兩個療法的統(tǒng)計結(jié)果相同,我們多半會懷疑撫摸的療效,而營養(yǎng)湯多少還有可能發(fā)現(xiàn)生化機制的線索。我們不會相信不能用個體行為來解釋的經(jīng)濟學(xué)定律,也不會關(guān)心某個不能用量子性質(zhì)來解釋的超導(dǎo)電性的假說。這是當(dāng)今普遍的科學(xué)態(tài)度,而這樣的態(tài)度,正有著還原的精神。
于是,還原精神猶如一個過濾器,能幫助我們?yōu)V掉那些我們認(rèn)為無聊的“科學(xué)”。怎么無聊呢?溫老有個本家前輩阿爾文(Alvin Weinberg),曾任橡樹嶺國家實驗室主任,立過一個科學(xué)選題標(biāo)準(zhǔn):“在其他條件相同的情況下,具有最大價值的科學(xué)領(lǐng)域是那些為鄰近學(xué)科帶來最多貢獻(xiàn)和最大光明的領(lǐng)域?!睒?biāo)準(zhǔn)看似非常公道,卻遭到溫老的嘲笑:照這個標(biāo)準(zhǔn),就該把幾十億美元的錢用來做德州的蝴蝶分類,因為它有助于俄州的蝴蝶、甚至天下所有蝴蝶的分類——不論一個無聊的科學(xué)計劃對其他無聊的科學(xué)計劃有多重要,都不能為它自己增加一丁點兒分量(溫老看不起蝴蝶分類,與盧瑟??床黄稹凹]科學(xué)”大概是同一個傳統(tǒng))。還原精神為我們樹立的選擇標(biāo)準(zhǔn)是:應(yīng)該選擇那些能朝著某個方向匯聚的研究,那就是還原。
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