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關于自然的層次理解： 導圖2016.001成立嗎？也就是我們可以將自然、一個整體的復雜性體系理解為分層的嗎？ 我們引述一些科學家的看法來談這個問題。 司馬賀[美]【1】： 司馬賀在“復雜性的構造：層級系統(tǒng)”中這樣表述他的中心思想： 復雜性經(jīng)常采取層級結構的形式，層級系統(tǒng)有一些與系統(tǒng)具體內(nèi)容無關的共同性質(zhì)。 層級系統(tǒng)釋義： 層級系統(tǒng)或?qū)哟谓Y構，指的是由相互聯(lián)系的子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)在結構上又是層級式的 直到外面達到某個基本子系統(tǒng)的最低層次。 我們通過對近可分解系統(tǒng)的動態(tài)性質(zhì)的討論已經(jīng)看到，將系統(tǒng)表現(xiàn)為層次結構所損失的信息比較少 。屬于系統(tǒng)不同部分的子部分僅以集總的方式相互作用--它們相互作用的細節(jié)可以忽略。 許多復雜系統(tǒng)都具有近可分解的層級結構這一事實，是使我們能理解、描述、甚至“看見”這種系 統(tǒng)及其部分的重大促進因素?；蛟S應當將這一命題反過來。如果世界上存在這樣一些重要系統(tǒng)，它們是 復雜的但不是分層的，那么也許在相當大的程度上，我們就無法觀察和理解它們了。對這些復雜系統(tǒng)的 行為的分析將超出我們的記憶能力和計算能力。 我們之所以能理解世界，是因為世界是層次結構的；或，世界之所以顯現(xiàn)出是層次結構的，是因為 它的非層次結構的那些方面是我們既理解不了又觀察不到的。 如果一個復雜結構完全沒有冗余，也就是說，該結構的任何方面都不能用任何其他方面來表示，那 么，它就是自身的最簡描述。我們可以表現(xiàn)它，但無法用更簡單的結構描述它。 科學的任務是利用世界的冗余性來簡單地描寫世界。 對結構的兩種理解方式是我們的經(jīng)驗的經(jīng)緯。圖畫、藍圖、大多數(shù)圖表和化學結構式是狀態(tài)描述。 處方、微分方程和化學反應方程式是過程描述。前者表征了感受到的世界，它們提供了辨認物體的標準 。后者表征了受到作用的世界，它們提供了將具備我們所想望的性質(zhì)的物體生產(chǎn)出來的手段。 感受到的世界與受到作用的世界這二者的區(qū)別確定了適應性生物的基本生存條件。生物必須逐漸搞 清楚被感知世界的目標與過程世界的行動之間的相互關系。當這些相互關系被意識到并用語言表述出來 時，它們就相當于我們通常所說的手段—目的分析。給定一想望的狀態(tài)和現(xiàn)存狀態(tài)，適應性生物的任務 就是找到這兩個狀態(tài)的差別，然后找到消除該差別的相關過程。 于是，要解決問題，就要使對同一復雜現(xiàn)實情形的狀態(tài)描述與過程描述不斷相互轉化。柏拉圖在 《美諾篇》中論證說，所有的學習都是回憶。他認為，除非我們已經(jīng)知道問題的答案，不然我們就不能 發(fā)現(xiàn)或認出這個答案，他不能做出別種解釋。這一悖論的產(chǎn)生緣由就是我們與世界的二元關系，該悖論 的解決也要靠這種關系。我們給出解法的狀態(tài)描述，這就是提出了問題。這一任務就是要找到一個能從 初始狀態(tài)產(chǎn)生出目標狀態(tài)的過程序列。從過程描述向狀態(tài)描述的轉化使我們能知道，什么時候已經(jīng)達到 了目的。對我們來說，解法真正是新的—我們并不需要柏拉圖的回憶理論來解釋我們是怎么認出解法的。 現(xiàn)在已有愈來愈多的證據(jù)表明，稱為“人類的解決問題過程”的活動基本上是一種手段—目的分析， 它的目的是：發(fā)現(xiàn)對通向想望目標的路徑的過程描述。一般范式是：給定一設計圖，找出相應的“藥方” 或?qū)崿F(xiàn)方法。很多科學活動是這一范式的應用：給定某些自然現(xiàn)象的描述，求出能描述產(chǎn)生這些現(xiàn)象的 過程的微分方程。 復雜系統(tǒng)的描述可取許多形式。尤其是，我們可以對復雜系統(tǒng)進行狀態(tài)描述（設計圖或藥方），也 可以進行過程描述（實現(xiàn)方法）。 系統(tǒng)有多復雜或多簡單，關鍵取決于我們描述它的方式。世界中的多數(shù)復雜結構有大量的沉余成分 ，我們可以利用這一沉余性來簡化其描述。但是，要想利用它，要想實現(xiàn)簡化，我們必須找到正確的表 現(xiàn)方式。 P200 約翰·H·霍蘭[美]【2】 復雜適應性系統(tǒng)（CAS）領域的先驅(qū)者之一：霍蘭，在尋找支配CAS行為的一般原理中有獨特的洞見。 我們將CAS看成是由規(guī)則描述的、相互作用的主體組成的系統(tǒng)。這些主體隨著經(jīng)驗的積累，靠不斷 變換其規(guī)則來適應。在CAS中，任何特定的適應性主體所處環(huán)境的主要部分，都由其他適應性主體構成 ，所以，任何主體在適應上所做的努力就是要去適應別的適應性主體。 霍蘭將CAS組成劃分為7個基本點，4個是特性、3個是機制：聚集（特性）、標識（機制）、 非線性（特性）、流（特性）、多樣性（特性）、內(nèi)部模型（機制）、積木（機制）。 在積木（機制）這個地方，霍蘭展現(xiàn)了他的一些認識： 我們來看看人類最平凡的一個能力，即把一個復雜事物分成若干部分的能力，......，當我們做這件 事時，組成部分絕不是任意的。它們可以一用再用，構筑和完成大量各種不同的組合，就像孩子們搭積 木一樣。事實上，這是非常明顯的，通過自然選擇和學習，尋找那些已被檢驗過能夠再使用的元素，人 們就能夠把復雜事物進行分解。 廣義地說，如果建造模型可以包攬大多數(shù)科學活動，那么，尋找積木就成為完善那項活動的一門技 術。在物質(zhì)結構的最底層，我們有蓋爾曼的夸克。夸克的組合產(chǎn)生核子，即下一層的積木。迭代這個過 程，上一層的積木通過特殊的組合，派生出下一層的積木。結果就是夸克/核子/原子/分子/細胞器/細胞/......，這個序列就是物理學研究的基礎。 將我們的注意力局限于物理學積木是錯誤的。無論在哪里，積木都是人們認識復雜世界規(guī)律的工具。 使用積木生成內(nèi)部模型，是復雜適應系統(tǒng)的一個普遍特征。 P37 菲利普·納爾遜[美]【3】： 為什么物理學能有效描述物質(zhì)世界： 對于一個由大量的全同成分組成、并且在各成分之間存在局域相互作用的系統(tǒng)，當我們在比其組分 大得多的尺度上研究它時，問題通常能得到極大簡化：只需要幾個有效自由度既可描述該系統(tǒng)的行為， 而且只涉及幾個唯象參數(shù)。 例如：工程師在設計橋梁時就不需要解釋鋼材的具體原子結構（盡管鋼材的確是由原子構成的）。 相反，他們把鋼材作為連續(xù)體處理，這種連續(xù)體具有一定的抗變形能力，這種能力由兩個數(shù)字表征（稱 為體積模量和剪切模量）。 正是因為橋梁比鐵原子大得多，才使得連續(xù)介質(zhì)彈性理論獲得成功。 上述的另外一個表述方式是：大自然按空間尺度劃分為不同的結構層次，而每個層次與更低層次的 幾乎所有細節(jié)都是無關的，毫不夸張的說，正是這一原則解釋了物理學事業(yè)究竟何以可能。從物理學史 來看，有關物質(zhì)結構的思想先是從分子發(fā)展到原子，接著是質(zhì)子、中子、電子，進一步到組成質(zhì)子和中 子的夸克，也許將走到更深的物質(zhì)結構層次。如果在取得任何進展之前都需要所有深層次的結構，那么 這個事業(yè)根本不可能起步！相反，雖然已知物質(zhì)是由原子構成的，但如果必須將橋梁看作是原子的集合 的話，我們將根本無法理解它們的結構。每一個新的空間尺度上都會出現(xiàn)簡單的規(guī)律。 很明顯，品茗中的香氣、口感是嗅蕾、味蕾神經(jīng)網(wǎng)絡的生物神經(jīng)元或神經(jīng)團的電位發(fā)放特性，而生 津回甘這個生理現(xiàn)象的驅(qū)動著：體溫不同于靜息的上升，是基于細胞熵減的做功放熱過程，完全的不在 一個層次上。 香氣、口感這種品茗的愉悅性，與生津回甘這種品茗的愉悅性，是兩個不同層次的品茗愉悅性。 這種不同層次上的研究，構成了不同科學共同體所遵循的范式，有自己獨特的描述語言，她們具有 不可通約的性質(zhì)。 這里我們介紹一下托馬斯·庫恩[美]的科學哲學內(nèi)容（引用２０１２年度文章已經(jīng)成型的內(nèi)容）： 關于托馬斯·庫恩的科學哲學及他的《科學革命的結構》 范式&不可通約性概念： 不可通約概念來自數(shù)學用法中指“沒有公約數(shù)”，庫恩的不可通約概念是指對于處在同一條歷史線 索上的理論來說，這一術語意味著沒有一種共同的語言可以完全翻譯這兩個理論，雖然庫恩指前后相繼 的舊與新理論而言，但對平行的理論推廣來說，一個理論的某些陳述不能用任何適合表達另一個理論的 語言來表述，反之亦然， 也是成立的。 庫恩是這樣描述的： 同一個言語共同體的成員也是共同文化的成員，因此呈現(xiàn)在他們每個人面前的應該是同一范圍的對 象和境況。如果他們要互相指稱，那么他們每個人都必須把每一單個的術語與一套規(guī)則聯(lián)系起來，這套 規(guī)則盡管無須區(qū)分其他僅憑想象的對象，但卻要足以區(qū)分其指稱對象與該共同體世界實際呈現(xiàn)的其他種 對象或境況。因此，正確識別一組成員通常也需要了解參照組的知識。沒有一個指稱術語和表述是在孤 立于世界或彼此孤立的情況下習得的。 庫恩稱： 科學研究中的范式共同具有兩個基本的特征：它們的成就空前地吸引一些堅定的擁護者，使他們脫 離科學活動的其他競爭模式。同時，這些成就又足以無限制地為重新組成的一批實踐者留下有待解決的 種種問題?！?】思想可能需要在科學共同體的社會學中，才能被確立起來?！?】“范式”在一段時間 里為實踐共同體提供典型的問題和解答?！?】不同學派之間的差別，不在于方法的這個或那個的失效， 差別在于我們將稱之為看待世界和在其中實踐科學的不可通約方式?！?】范式通過革命向另一種范式的 過渡，便是成熟科學通常的發(fā)展模式。【8】學派都從它與某種特定的形而上學的關系中吸取力量，每一 個學派都強調(diào)作為范式觀察結果的現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象正是該派理論最能解釋的。其他的觀察通過特設性的 精心說明來對付，或者把它們作為突出問題留待做進一步的研究?！?】理論要作為一種范式被接受，它 必須優(yōu)于它的競爭對手，但它不需要，而且事實上也決不可能解釋它所面臨的所有事實。【10】 參考文獻： 【1】《人工科學》【美】司馬賀著 【2】《隱秩序--適應性造就復雜性》 【美】約翰·H·霍蘭著 周曉牧 韓暉譯 上海科技教育出版社 2011.08 【3】《生物物理學--能量、信息、生命》 【美】菲利普·納爾遜著 黎明 戴陸如譯上?？茖W技術出版社 2006.12 【4】《科學革命的結構》【美】托馬斯·庫恩著金吾倫胡新和譯 【5】《科學革命的結構》【美】托馬斯·庫恩著 金吾倫 胡新和譯 【6】《科學革命的結構》【美】托馬斯·庫恩著 金吾倫 胡新和譯 【7】《科學革命的結構》【美】托馬斯·庫恩著 金吾倫 胡新和譯 【8】《科學革命的結構》【美】托馬斯·庫恩著 金吾倫 胡新和譯 【9】《科學革命的結構》【美】托馬斯·庫恩著 金吾倫 胡新和譯 【10】《科學革命的結構》【美】托馬斯·庫恩著 金吾倫 胡新和譯 |
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