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翔宇沙龙

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《从混沌到有序》9

2006-09-18 23:08:51|  分类: 翔宇沙龙 |  标签: |举报 |字号 订阅

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结论:从地到天——自然界的再迷惑

  在任何要把属于我们自然界的精神方面和物质方面的经验领域联结起来的企图当中,时间都占据着关键的地位。
  A.S.爱丁顿
  1开放的科学
  科学当然包括对自然界的操纵,但它也在试图理解自然,试图更深入地钻研那些曾被一代又一代人提出来的问题。其中的一个问题就像是几乎摆脱不了的主题,贯穿在本书的始终,如同它贯穿在科学与哲学史中一样。这就是存在与演化之间的关系问题,永恒与变化之间的关系问题。
  我们已经提到过前苏格拉底的一些猜测:变化(有变化才有事物的生与灭)是由外界强加给某种惰性物质的吗?还是物质独立的内在活性的结果?必须要有一个外部推力吗?还是演化本来就是物质内所固有的呢?十七世纪的科学是在和那些自然存在物自发和自主组织的生物学模型的对立中兴起的。但它又面对着另一个基本对手。大自然本质上就是随机的吗?有序的行为只是原子及其不稳定结合体偶然碰撞的一种瞬时结果吗?
  近代科学中魅力的主要源泉之一恰好就是这样一种感觉:认为它已经发现了在自然界变化的核心处的永恒规律,因而也就祓除了时间和演化这类“邪祟”。这种对自然秩序的发现产生了法国社会学家莱维-布鲁尔(Lévy-Bruhl)所说的那种智慧的安全感:
  这种智慧的安全感是如此深地扎根于我们之中,以致我们从来也看不到它怎么可能被动摇。即使我们假设我们可能观察到某种看上去十分神秘的现象,我们也还是继续相信我们的无知只不过是暂时的,这现象肯定服从因果关系的总规律,这现象发生的原因迟早会被确定。我们周围的自然界是有序和有理性的,恰如人类的思维一样。我们每天的活动便隐含着对自然规律普适性的完全信赖。
  这种对于自然界“理性”的信赖感现在已经被粉碎了,这部分地要归因于科学在我们时代里的吵吵闹闹的成长。正如我们在序言中所提到的,我们的自然观正在经历着根本性的变化,向着多重性、暂时性和复杂性的变化。其中某些变化在本书中已有论述。
  我们过去一直在寻求能用永恒规律表达的那种包罗万象的普遍模式,但是我们却发现了时间、事件、演变着的粒子。我们也一直在寻求对称性,却由于发现了在各种层次(从基本粒子直到生物学和生态学)都存在着对称破缺过程而感到吃惊。我们在本书中已经讨论过动力学(它暗含着时间对称性)与热力学第二定律(在它那里时间是有方向的)之间的冲突。
  一种新的统一正在显露出来:在所有层次上不可逆性都是有序的源泉。不可逆性是使有序从混沌中产生的机制。但是我们的自然观怎么能在过去几十年这相对说来是较短的时间间隔里就发生如此根本性的转变呢?我们认为这表明智力结构在我们的实在的概念中起着重要的作用。玻尔在访问克伦堡城堡时与海森堡的谈话中很好地表达了这一点:
  只要有人想象出哈姆雷特曾住在这里,这个城堡便发生变化,这不是很奇怪吗?作为科学家,我们确信一个城堡只是用石头砌成的,并赞叹建筑师是怎样把它们砌到一起的。石头、带着铜锈的绿房顶、礼拜堂里的木雕,构成了整个城堡。这一切当中没有任何东西能被哈姆雷特住过这里这样一个事实所改变,而它又确实被完全改变了。突然墙和壁垒说起不同的语言……然而,我们关于哈姆雷特所知道的一切就是在十三世纪的编年史中出现过他的名字……但是,人人都知道莎士比亚曾经让他提出的那些问题,让他去揭露的人性深度,因而他也必须在克伦堡这里有一席之地。
  实在的意义这个问题是爱因斯坦与泰戈尔之间一场使人着迷的对话的中心议题。爱因斯坦强调科学必须和任何观察者的存在无关。这导致他否认时间作为不可逆性、作为演变的真实性。反之,泰戈尔主张即使存在着绝对真理,它也是人的思维所难以接近的。非常奇怪,当前科学的演变正朝着这位伟大的印度诗人所说的方向前进。无论我们把实在叫作什么,它只是通过我们所参加的活动结构而被揭示给我们的。这正像科塔里(D.S.Kothari)简单明了地表达的:“简单的事实是,没有一种相关的理论框架,就不可能有测量、实验与观察。”
  2时间与时代
  时间基本上是一种几何参数,它使得遵循一系列动力学态的相继展开成为可能,这种主张在物理学中已经存在了三百多年了。埃米尔·迈耶森(Emi1eMeyerson)试图把近代科学的历史描述成他所认为的人类推理的一种基本范畴的逐渐实现:不同的和变化着的东西必须被约化成同一的和永恒的东西。时间必须被消去。
  距现今再近一点,爱因斯坦似乎成了这种朝着某种物理表述发展的驱动力的化身,在这种表述中不考虑那种在基本层次上的不可逆性。
  1922年4月6日在巴黎哲学会上发生了历史的一幕。当时,柏格森试图捍卫共存的“生活”时间的多重性的原因以反对爱因斯坦。爱因斯坦的答覆很干脆:他明确地拒绝所谓“哲学家的时间”。生活经验救不了已经被科学否定了的东西。
  爱因斯坦的反应多少有些道理。柏格森显然是误解了爱因斯坦的相对论。但是在爱因斯坦一方也还有些片面之处:期间,也就是柏格森的“生活时间”,涉及演化的一些基本维,即爱因斯坦只在现象论的水平上乐于接受的不可逆性。我们已经讲到过爱因斯坦和卡尔纳普的谈话(见第七章)。对他来说,过去、现在与未来之间的差别是在物理学范畴之外的。
  注意一下爱因斯坦和他年青时候在苏黎世的最亲密朋友米歇尔·贝索(Michele Besso)之间的通信是很有意思的。尽管贝索是一位工程师和科学家,但在晚年时他却越来越关心哲学、文学和那些围绕着人类存在核心的问题。他固执地一次又一次重复着那些同样的问题:什么是不可逆性?它与物理定律之间的关系是什么?爱因斯坦也一次又一次地怀着只对这位密友才表现出的耐心回答说,不可逆性只不过是由“未必有的”初始条件产生出来的一种幻觉而已。这种对话一直进行了许多年,直到这位比爱因斯坦大八岁的贝索去世为止(在爱因斯坦逝世前一个多月[*])。在给贝索的妹妹和儿子的最后一封信中,爱因斯坦写道:“米歇尔已经在我之前离开了这个奇怪的世界。这并无所谓。对我们这些信念坚定的物理学家来说,过去、现在与未来之间的差别只是一种幻觉,虽然是一种长久不变的幻觉。”在爱因斯坦试图理解物理学基本定律的努力中,“可以理解的”一词指的就是“永不改变的”。
  为什么爱因斯坦如此强烈地反对把不可逆性引进到物理学中来呢?对此我们只能猜测了。爱因斯坦是位相当孤独的人,他只有为数不多的朋友、同事和学生。他生活在一个悲伤痛苦的时代:发生了两次世界大战,又兴起了反犹太主义。毫不奇怪,对他来说,科学是跨过这混乱年月走向胜利的途径。但是,这与他的科学工作形成了怎样的对照!他所在的世界充满了观察者,充满了处在各种各样互相运动着的坐标系中的科学家,处在各种具有不同引力场的星球上的科学家。所有这些观察者正在通过信号进行着整个宇宙范围内的信息交换。爱因斯坦首先想保留的是这种通信的客观意义。但我们或许可以说,爱因斯坦突然停下来了,没有接受通信和不可逆性密切相关的观点。而以通信为基础的逐渐增加知识,大概是人类思维所能接近的最不可逆过程。
  3熵垒
  在第九章中,我们把第二定律描述成是一种选择原则:对于每个初始条件,都有一个“信息”与之相应。含有有限信息的所有初始条件都是可能存在的。可是要想把时间方向倒转过来,我们就必须有无限的信息;我们不能创造出一种能向我们的过去演化的情形!这就是我们已经介绍过的熵垒。
  与作为信号传输最大速度的光速的概念有一个很有趣的类比。正如我们在第七章中已经看到的那样,这是爱因斯坦相对论的基本假设之一。光速壁垒的存在是给出因果意义所必需的。设我们能够乘坐一艘科学幻想飞船以大于光速的速度离开地球,那我们就能追上光信号,从而跑到我们自己的过去的前面去。同样,熵垒是给出通信意义所必需的。我们讲过,不可逆性与通信是密切相关的。诺伯特·维纳论述过,如果存在两种时间方向,将会有灾难性的后果。在这里很值得引用一下他那本名著《控制论》中的一段话:
  的确,幻想一个理智动物,其时间方向和我们相反,是一个非常有趣的智力实验。这个动物和我们之间的一切通信都是不可能的。他发出的任何信号到达我们这里的时候,逻辑的顺序改变了:在他看来是结果的部分,在我们看来却是原因。这些原因应该都在我们的经验中出现过,我们很自然地就用它来解释他的信号,并不去设想这是由一个有理智的动物发来的。如果他给我们画一个正方形,我们一定会把他的最后几笔看成是最前几笔,而且他所画的正方形,在我们看来,就好像是这些笔迹的奇怪的结晶(这总是可以解释清楚的)。这个图形的意义是那么出人意外,就像我们把一个人的面孔看作高山悬崖了。这种正方形的画法对我们说来成了一种突然的变动,由于这种突然的变动,正方形不存在了。这的确很突然,但用自然定律还是可以作出解释的。我们的对方对我们也会有完全类似的想法。能够和我们通信的任何世界,其时间方向和我们相同。正是无限大的熵垒保证了时间方向的唯一性,保证了不可能把时间从一个方向切换到相反方向。
  在本书中,我们已经强调指出,不可能性的证明是多么重要。事实上,当爱因斯坦把他的相对同时性概念建立在信息不可能以大于光速的速度传输的基础上时,他是第一个理解了这种重要性的人。相对论的整个理论就是围绕着排除一切“不可观察的”同时性而建立起来的。爱因斯坦把这一步骤看作有些像在热力学中采取的把永恒运动排除在外的那一步骤。但是他的一些同代人,例如海森堡,强调指出了在这两种不可能之间有一个重要区别。在热力学中,把某种状态定义为不可能在自然界中存在;而在相对论中,被定义为不可能的是观察,也就是一种对话,一种在自然界与描述它的人之间的通信。于是,当海森堡在排除了量子测不准原理所定义的不可观察的东西的基础上建立起量子力学时,他看到他自己是在按照爱因斯坦的样子做,虽然爱因斯坦所持的是怀疑态度。
  只要认为第二定律不过是表达那些实际上不大可能有的事,它就没有什么理论上的用处。你可能总是希望能有足够的技术办法来克服它,但我们已经看到这是办不到的。在它的根子上是要选择一种可能的初始状态,只有选择了初始状态之后,概率解释才成为可能。确实,像玻耳兹曼首先论述过的,熵的增大表达出概率的增大、无序的增大。但是他的这番解释是根据“熵是打破时间对称性的选择原则”这个结论做出来的。只有在经过这个对称破缺之后,某种概率解释才成为可能。
  尽管我们重复了玻耳兹曼关于熵的许多解释,我们对于他的第二定律的解释的基础是根本不同的,因为我们有这样一种思路:
  第二定律作为一个对称破缺选择原则
   ↓
  概率解释
   ↓
  不可逆性作为无序状态增大

  只是通过引进新的选择原则而把动力学与热力学统一起来才能给第二定律赋予其作为科学进化范式的基本重要性。这一点很重要,因此我们将比较详细地来讨论它。
  4进化范式
  动力学世界,无论是经典的或量子的,是一个可逆的世界。正如我们在第八章中强调的那样,任何进化都不能归因于这个世界;按动力学单位表达的“信息”仍然是个常量。所以极为重要的是某个进化范式的存在现在可以在物理学中确立起来,不仅是在宏观描述层次上,而且在一切层次上。当然,这得有一定的条件:正如我们已看到的那样,一定要有最低限度的复杂性。不过,不可逆过程的极端重要性表明,我们感兴趣的大多数系统是满足这个要求的。显然,对定向时间的理解水平随着生物组织水平的提高而提高,很可能在人类意识中达到它的最高点。
  这种进化范式究竟有多么普遍呢?它包括孤立系统(它们要演变成为无序)和开放系统(它们要演变到越来越高级的复杂形式)。毫不奇怪,熵这种隐喻已经吸引了不少作者用它去论述社会或经济问题。显然,在这里我们必须十分小心;人类并非动力学的研究对象,向热力学的过渡不能被表述成一种由动力学所保持的选择原则。在人类生存这个水平上,不可逆性是一个更基本的概念,对我们来说,它不能与我们自身存在的意义分割开。但仍然重要的是,从这个角度看来,我们不再把不可逆性的内部感觉看作是把我们和外部世界隔开的主观印象,而是看作我们参加在一个由某种进化范式统治着的世界内的标志。
  宇宙论的问题相当困难。我们还不知道引力在早期宇宙中的作用是什么。能够把引力作用包括在某种形式的第二定律之中吗?或是在热力学与引力之间有着某种辩证的平衡吗?在一个时间可逆的世界里,当然不能突然现出一个不可逆性来。不可逆性的起源是一个宇宙论问题,而且要求对宇宙的最初阶段进行分析。在这里我们的目标还是别太过分。我们还是只探讨:不可逆性在今天意味着什么?它与我们在我们所描述的世界中的地位有怎样的关系?
  5演员和观众
  用物理学来否定演化,这就在科学内部产生了深深的裂痕,并且使科学与哲学越来越疏远。起初作为大胆的赌注来对抗占优势地位的亚里士多德的传统的那些观点,逐渐变成了一种武断主张,它直接反对一切认为在自然界中存在着定性差别的学者(化学家、生物学家、医生)。到了十九世纪末,这种冲突已经从科学内部转移到了“科学”与其他文化(尤其是哲学)之间的关系上。我们在第三章里论述过西方思想史的这个方面及其为完成知识新统一而进行的持续斗争。现象学家的“生活时间”,与科学的客观世界相对立的“生存世界”,都可以和为反抗科学入侵而建立起壁垒的需要联系起来。
  今天,我们相信,确定性与绝对对立的时代已经过去了。物理学家已经不再掌握任何种类的“治外法权”了。作为科学工作者,他们属于他们那个文化,他们又对那个文化做出基本的贡献。我们已经达到了一种接近于在社会学里很早以前就认识了的状态:默里·庞蒂(Merleau-P0nty)早就强调过应当牢牢记住他所谓的一种“状态内的真理”。
  只要我保持一种绝对观察者的理想,没有任何观点的知识的理想,我就只能把我的状态看成是一个错误的源泉。可是一旦我确认通过它使我适合所有活动和所有对我有意义的知识,确认它逐渐被可能是对我有关的每一事物所充满,那末在我这个状态的有限范围内,我与社会的接触就向我显示成像是所有真理(包括科学)的起点。我们所能做的事不外就是在这个状态内部定义一条真理,因为我们已经有了一些关于真理的思想,也因为我们是在真理内部而不能到它外面去。
我们通过本书来探索的正是这种既作为参与者又作为旁观者的知识概念。
  默里·庞蒂在他的《主旋律》(Themes)一书中还断言,科学中“哲理性”的发现,科学的基本概念的转变,经常是反发现的结果,这种反发现为改变观点提供了机会和起始点。在相对论、量子力学或热力学中,各种不可能性的证明都向我们表明了自然界不能“从外面”来加以描述,不能好像是被一个旁观者来描述。描述是一种对话,是一种通信,而这种通信所受到的约束表明我们是被嵌入在物理世界中的宏观存在物。
  我们可以把我们今天看到的情况概括成下面这张图的样
《从混沌到有序》9 - 翘楚 - 翔宇沙龙
我们从观察者开始,他测量坐标和动量并研究它们随时间的变化。这就使得他发现不稳定的动态系统以及其他有关内在随机性和内在不可逆性的概念,如我们在第九章中讨论的那样。一旦我们有了内在不可逆性和熵,我们就遇到了远离平衡系统中的耗散结构,我们就能理解观察者的时间定向活动。
  没有一种科学活动不是时间定向的。准备一个实验首先要求区分出“实验之前”与“实验之后”。只是由于我们知道了不可逆性,我们才能认识可逆的运动。上面那个图表明,我们现在已经走完完整的循环,我们可以把自己看作是我们所描述的宇宙的一个部分。
  我们提出的这个图式并不是可以从某些逻辑结构中推演出来的那种先验图式。事实上耗散结构在自然界中的存在,没有什么逻辑上的必要性;要使宏观世界成为“观察者们”居住的世界,也就是成为一个有生命的世界,必需的是有一个远离平衡的宇宙这个“宇宙学的事实”。所以我们给出的这个图式并不与逻辑学真理或认识论真理相当,但却考虑到了我们作为一个远离平衡世界中的宏观存在物所处的条件。而且这个图式的根本特点在于它不对描述的任何基本方式作什么假设,每一个描述层次都隐含着另一个层次,也被另一个层次所隐含。我们需要的是多重化的层次,它们都联系在一起,任何一个都不要求突出。
  我们已经强调指出过,不可逆性并不是一种普适的现象。我们可以在有限的一部分空间里做出与热力学平衡态相应的实验。而且,时间尺度的重要性也是多种多样的。一块石头是按地质演变的时间尺度在变化着;人类社会(尤其是在当代)显然就有着短得多的时间尺度。我们也讲过,不可逆性是从复杂性最低的动态系统开始的。有意思的是,随着复杂性的增高,从石头到人类社会,时间之矢的作用(也就是演变节奏的作用)在增长。分子生物学表明,一个细胞中的各种东西并非以同一种方式活着。有些过程达到平衡,另一些则被一些远离平衡态的调节酶支配着。与此类似,在我们周围的宇宙中,时间之矢所起的作用也很不相同。根据这一观点,在这种时间定向活动的意义上,人类的条件似乎是单一的。正如在第九章中说的那样,在我们看来,相当重要的一点是:不可逆性(时间之矢)隐含着随机性。“时间就是建设”,这个由瓦莱利完全独立地作出的结论带来一个走到科学本身之外的信息。
  6动乱的自然界中的一个旋风
  我们的社会有着范围广泛的认识手段,其中科学占有着一种对自然界进行诗一般的询问的特殊地位,——按词源学意义,诗人是一个主动的、操纵着的和探索着的“创造者”。而且科学现在能尊重它所研究的自然界。从由经典科学开始的与自然的对话(以及经典科学把自然看作是一个自动机的观点)中,生出了一种完全不同的观点,在这种观点中,向自然界提问的活动性是它内在活动性的一部分。
  正如我们在本章开头所写的那样,我们关于智力的安全感已被粉碎了。我们现在能够以非争辩的方式正确评价科学与哲学的关系。我们讲到过爱因斯坦与柏格森的冲突。柏格森在某些技术要点上无疑是“错的”,但他作为一个哲学家的任务是试图在物理学内部使时间的一些他认为被科学所忽略的方面成为明显的。
  对这些看来既是科学的又是哲学的基本概念的含意和一致性进行探索,可能是件冒险的事,不过它在科学与哲学的对话中却可能是大有成果的。让我们简要地引用一下莱布尼兹、皮尔斯、怀特海和卢克莱修的观点来说明这件事。
  莱布尼兹引进了一个“单子”的陌生概念,这指的是一种不进行通信的物理实体,“它没有任何窗口可供东西进出”。他的观点常常被认为疯狂而不予考虑,然而就像我们在第二章里看到的,所有可积系统的基本特点就是在这些系统中存在着一种变换,这种变换可以用非相互作用实体来描述。这些实体通过它们的整个运动改变着自己的初始状态,但同时就像单子一样,和其他实体共存于一种“预先建立”的和谐之中;在这种表示下,每个实体的状态尽管完全自己确定,却也反映了整个系统直至最小细节的状态。
  因此,所有可积系统都可以看成是“单子”系统。反之,莱布尼兹的单子论也可以翻译成动力学语言,就是:宇宙是一个可积系统。这样,所谓单子论就成了对一个去掉了演化的宇宙的最重要的表述。考虑到莱布尼兹为理解物质活性所作出的努力,可以衡量十七世纪与我们时代之间的差距。那时工具尚未准备好;在一个纯机械宇宙的基础上,莱布尼兹不可能说明物质活性。但是他的某些思想,物质是活性的思想,宇宙是一个相互联系的单元的思想,仍然和我们伴随,并在今天采取了新的形式。
  很抱歉,我们不能用更多的篇幅去谈及皮尔斯的工作,不过至少要引用他的一段很引人注意的文字:
  关于能量的耗散,你们已经都听说了。已经发现,在能量的一切转变中,有一部分转为热量,而热量总是在趋向于使温度达到均匀。其结果就是,宇宙的能量依其必然规律逐渐趋向宇宙的死亡——那时将没有力,只有热,而且到处温度会一样……
  可是,尽管没有什么力量能抵消这个趋势,机遇可能有和将会有对立的影响。力从长远看来是耗散的;机遇从长远看来是聚集的。能量按正规的自然规律耗散着,也正是按这些规律,伴随着越来越有利于它靠机遇而重新聚集的环境条件。所以必定有这样一个点,在这里两种趋势处于平衡,而且毫无疑问,这正是目前整个宇宙的实际情况。
们又一次看到,皮尔斯的形而上学被认为是与现实脱节的哲学的又一例。但事实上,在今天,他的工作看来似乎正是朝着理解包含在物理定律中的多元论而迈出的开创性的一步。
  怀特海的哲学则把我们带到另一个极端。对他来说,存在与演化不可分割。他写道:“对于‘一切都在流动着’这句话的含义的解释,是形而上学的主要任务之一。”今天,在一个世界性概念中,物理学和形而上学确实走到一起来了,在这个概念中,过程或演化被当作物理存在的第一要素,而且与莱布尼兹的单子概念不同,存在着的实体可以互相作用,因而也就有生有灭。
  经典物理学中的有序世界,或是并行变化的单子理论,类似于卢克莱修的原子通过无限空间进行的同样是并行、有序的和无休止的下落。我们已经提到过片流的趋向性和不稳定性。可是我们能走得更远。正如塞利指出的,这种无限下落提供了一个模型,我们关于引起万物出生的扰动的自然起源概念就建立在这个模型的基础上。如果垂直下落过程没有被一种趋向性“毫无理由”地打断(这趋向性导致均匀下落的原子之间的相遇和联系),就不会生成什么自然;所有重新被生成的只是在命运规律所支配的相同的原因与结果之间的反覆联系。
  再者,如果一切的运动
  永远是互相联系着的,
  并且新的运动总是从旧的运动中
  按一定不变的秩序产生出来,
  而始基也并不以它们的偏离
  产生出某种运动的新的开端
  来割断命运的约束,
  以便使原因不致永远跟着原因而来,
  如果是这样,那末大地上的生物
  将从何处得到这自由的意志……?
  人们会说卢克莱修以考古遗迹被“发明”的同样方式发明了趋向性:在开始挖掘考古遗迹之前已经有人“猜到”它们在那里了。如果只有均匀可逆的轨道存在着,那我们所产生与经历的不可逆过程又来自何处呢?自然界的开始是由一个点标志着的,在这一点轨道不再被确定,在这一点上支配着有序和单调的决定论变化的世界的命运规律中断了。这个点也标志着一门新科学的开始,这门科学论述自然存在物的出生、增殖与死亡。“下落的物理学、重复的物理学、严密联系的物理学被有创造力的关于变化与环境的科学所取代。”“命运规律”被“自然法则”所取代,这个“自然法则”正像塞利强调的那样,既意味着自然“规律”(局部的、奇异的、历史上的联系),也意味着一种“联盟”——与自然界的一种合作形式。
  于是我们在卢克莱修的物理学中再次发现了我们在近代知识中发现的那种联系,这是在作为物理学描述的基础与作为关系到人在自然界中的地位的哲学、伦理学或宗教概念的基础的选择之间的联系。普遍联系的物理学处在与另一门科学对立的地位上,这门科学以法律和统治的名义不再和扰动或随机性进行斗争。而从阿基米得到克劳修斯的所有经典科学都是与关于湍流和关于分叉变化的科学相对立的。
  正是在这里,希腊人的智慧达到了它的一个顶峰。人在世界中,同时人也是世界的,人在物质中,同时人也是物质的,他不是个陌生者而是一个朋友,是大家庭中地位平等的一员。他与万物之间有着一种协议。相反,其他许多系统和科学都是建立在打破这种协议的基础上的。对于世界,对于黎明,对于天空,对于一切事物,人都是陌生者。他憎恶这一切,与这一切作斗争。他的环境是一个危险的敌人,需要与之战斗,需要把它征服……。伊壁鸠鲁和卢克莱修生活在一个和谐的宇宙中,在那里物的科学与人的科学完全一致。在这个动乱的自然界中,我则是一个扰动,一个旋风。
  7在同义反覆之外
  经典科学的世界是这样的一个世界,能在这个世界里发生的任何事件都是可以根据系统瞬时状态推断出来的。奇妙的是,这个概念就是追溯到伽利略和牛顿的时代,在当时也不是什么新鲜事。的确,它可以看成就是亚里士多德的神圣和不变天国的概念。按亚里士多德的观点,只有这个天上的世界可望运用精确的数学来描述。我们在导论中曾经重复过这样的抱怨,即科学已经使这个世界“解除迷惑”。但是这个迷惑的解除,却是佯谬地由于对地上世界的推崇,使得这地上的世界值得某种智力的追求,而这是亚里士多德为天上世界保留的。经典科学不承认演化和自然界的多样性,这两点被亚里士多德看作是月下尘世的属性。在这个意义上,经典科学把天带到了地。但这显然并不是近代科学奠基者们的意愿。在向亚里士多德关于“自然是在数学完结之处开始的”的看法挑战时,他们并未想去发现隐藏在变化后面的不变的东西,而是把变化着的、会腐朽的自然界扩展到宇宙边界。在《关于两大世界体系的对话》一书中,伽利略表示对下面这种见解很吃惊:如果在那大洪水之后只留下一片冰海,或是如果地球具有不易腐朽的碧玉的硬度,那这个世界将是一个更高尚的地方;让那些认为地球在被变成晶球后会变得更美的人被美杜莎的目光盯成金刚石雕像吧!
  最早的物理学家们选择了一些物体来探索定量描述的有效性,如作保守运动的理想摆,简单机械,行星轨道等等,但发现这些物体与某个唯一的数学描述相对应,这个描述实际上重复了亚里士多德天体的神明理想。
  与亚里士多德的上帝类似,经典动力学的对象只和它们1自己有关。它们不会从外界学到任何东西。在任何瞬间,系统中的每个点都知道它需要知道的一切——即质量在空间的分布以及它们的速度。每个状态都包含着与所有其他可能状态有关的全部事实,每个状态都可以用来预言另外的状态,而不论它们在时间轴上各自的位置如何。在这个意义上,这种描述导致一种同义反覆,因为过去与未来都包含在现在之中。
  近代科学观点上那种向非永恒性过渡、向多样化过渡的根本性改变,可被看作是一种把亚里士多德的天带到地的运动的倒转。而如今我们正在把地带到天。我们正在发现时间与变化的首要地位,从基本粒子的层次到宇宙学模型的层次。
  所以无论是在宏观层次还是在微观层次,自然科学已经使自己摆脱了一种客观现实的概念,这种概念意味着必须把新颖性和多样性在不变的普适规律的名义下排除出去。它们已经使自己摆脱了一种对被认为是封闭的理性和被认为是几乎获得的知识的强烈爱好。它们现在已经向那些意想不到的东西开放,不再把它们看作是知识上不完整或控制上欠缺的结果了。
  科学的这种开放已经被塞奇·莫斯科维奇定义为“开普勒革命”,以区别于那种坚持绝对观点思想的“哥白尼革命”。在本书导言中引用的许多段落中,我们把科学比作世界的“解除迷惑”。我们现在再来引用一下莫斯科维奇关于今天科学正在继续进行的变化的描述:
  科学已被卷入这场冒险,我们的冒险,为了更新它接触到的每件事物,为了使得它渗透的一切——我们所在生活的地球和能让我们生存的真理——都变得有生机起来。每一次我们听到的都不是死亡的回声,不是宣告逝去的钟声,而是人类和物质性再生和重新开始的声音,是在它们短暂的永恒中重新固定一瞬的声音。这就是为什么伟大发现不是像哥白尼的发现那样到灵床上才揭示出来而是像开普勒的发现那样在充满梦幻和激情的大路上呈现出来的原因。
  8有创造性的时间进程
  人们常说,如果没有巴赫,就不会有“圣·马太受难”那回事,可是如果没有爱因斯坦,相对论仍然会被发现。与艺术史中所包含的不可预知性大为不同,科学被认为有一个决定论的进程。当我们回顾科学发展的奇怪历史时(我们已经概略叙述了其中三百年来的情况),可能会怀疑上述那种断言的有效性。有一些明显的例子,说明由于当时没有准备好了的文化气候把一些事实并到一个一致的模式中去,使这些事实被忽略了。化学钟的发现大概可以一直追溯到十九世纪,可是它的结果却似乎与均匀地衰退到平衡态的思想相矛盾。陨星被从维也纳博物馆中扔出来,是因为在太阳系的描述中没有它们的位置。我们的文化环境在我们所提出的这些问题中起着积极的作用,但是在风格与社会接受能力的问题之外,我们能够识别每一代都在注意的若干问题。
  时间问题肯定是这些问题之一。这里,我们有点儿不同意托马斯·库恩(Thomas Kuhn)关于“常规”科学形成问题的分析。在现代大学里,研究工作与对未来的研究人员的培养教育是结合在一起的,在这样的大学里考虑问题时,科学活动和库恩的观点相当一致。而如果作为一般意义上对科学的描述(这描述导致关于知识一定是什么的结论),库恩的分析就可以被约化为科学发展的实证主义概念的一种新的心理社会模式,就是说,越来越专门化和间隔化;“常规”科学行为和“严肃”、“沉默”的研究者(他绝不在有关他的研究的总意义的“一般”问题上浪费时间,而是盯住那些专门化的问题)的行为等同;以及科学发展对于文化、经济和社会问题的基本独立性。
  在十九世纪,出现了使库恩所描述的“常规科学”得以实现的学院式结构。库恩强调,以练习的方式反覆解答上一代人的范式问题,学生就能学习到作为研究基础的那些概念。按这种方式就能给予他们一些判据,使他们能确定某个问题是否有益,某个答案是否可以接受。这样就形成了一步一步地从学生到研究人员的过渡。科学家们也使用同样的技术继续去解决问题。
  库恩的描述与我们这个时代最有关。可就是在这个时代,它也只涉及科学活动的一个特殊方面,这个方面的重要性随着具体研究人员与研究所的环境而改变着。
  按照库恩的观点,一个范式的变换似乎是一种危机:不再保持一种无声的和几乎看不到的规则,取代沉默不语的是实际上在做的对原来范式的质询。不再作那种异口同声式的和谐工作,这个科学团体中的每个成员都开始问一些“基本”的问题并向目前方法的合理性提出挑战。经过训练达到整齐一致的小组现在开始多样化起来:观点上的、文化经历上的和哲学信念上的不同现在被表达出来,而且常常在新范式的发现过程中起决定性作用。新范式的出现进一步增加了辩论的激烈程度,各种竞争着的范式都要被加以检验直到学术界决定谁是胜利者。随着新一代科学家的出现,再一次出现沉默和一致,新的教科书写出来了,事情又一次变得“理所当然”了。
  按照这种观点,隐藏在科学革新后面的推动力倒是科学团体的猛烈的保守行为,它们顽固地把同样的概念、同样的技术加给自然界,却总是以遇到自然界同样顽固的反抗而宣告结束。当自然界最后被看成拒绝用已被接受的语言表达它自己时,危机就猛烈地爆发了。这种猛烈性是由于信念被打破而引起的。在这个阶段,所有智力资源都被集中来研究一种新语言。于是科学家们不得不对付这些违反他们的意志而强加给他们的危机。
  我们已经研究的问题引导我们去强调那些与库恩所描述的大不相同的方面。我们已经详细论述了连续性,不是“明显的”连续性,而是那种包含着种种难题的隐蔽式的连续性。这些难题一直被许多人斥为不合理、不真实,却又被一代又一代的人们重提出来。例如:复杂系统的动力学,化学和生物学的不可逆世界与经典物理学所提出的可逆描述之间的关系,等等。事实上我们对这些问题能引起兴趣并不感到惊奇。对我们来说,更确切的是要理解,在狄德罗、斯达尔、维耐尔和其他人的工作之后,这些问题怎样一直被忽略。
  过去一百年已经被一些危机打上标记了,这些危机与库恩给出的描述相当一致。其中没有一个被科学家探求过。发现基本粒子的不稳定性和发现演变中的宇宙就都是例子。但是,一系列问题又成了近年来科学史的特点,这些问题是被那些知道问题既有科学一方面又有哲学一方面的科学家们提出来的深思熟虑和明白清楚的问题的推论。所以科学家们并非注定要作出像“睡子”那样的行为的!
  重要的是应当指出,我们描述过的科学新进展(把不可逆性纳入物理学)并不被看作是某种“意外”,使占有它的人会因此而与他自己所处的文化世界分开。反之,这个发展清楚地反映出科学的内部逻辑和我们时代文化和社会的发展脉络。
  特别是,在物理学中重新发现时间这件事正好发生在人类历史发展极其迅速的时候,这怎么能被看成是偶然的呢?文化上的约束不能作为全部答案,但也不能被排斥。我们必须把关于产生科学概念的“内部”和“外部”决定因素间的复杂关系结合起来。
  在本书序言中,我们曾强调过,它的法文名字《新的联盟》表示“两种文化”走到一起来了。可能这种合流在任何地方也没有像在我们在本书第三编中讨论过的不可逆性的微观基础的问题中那样清楚。
  正如我们反覆提到的,经典力学和量子力学都基于任意的初始条件和决定论法则(对于轨道或波函数)。在某种意义上说,定律使得在初始条件中已经存在的东西变得十分明显。当考虑不可逆性时,情形便不再如此。从这个角度来看,初始条件是从以前的演变中生成的,并通过以后的演变被变成同一类别的状态。
  因此,我们更加接近西方本体论的中心问题:存在和演化之间的关系。我们已在第三章对此问题作了简要说明。值得注意的是,在本世纪最有影响的著作中,有两部书就正是讨论这个问题的。我们想起怀特海的《过程与实在》和海德格尔的《存在与时间》。在这两种情形中,目的都是要跟随自从柏拉图和亚里士多德以来的西方哲学的主流,超出把存在和没有时间视为等同的范围。
  但明显的是,我们不能把存在约化为时间,我们不能讨论一个缺乏时间内涵的存在。不可逆性的宏观理论所取的方向为怀特海和海德格尔的推测给出了新的内容。
  进一步详述这个问题将超出本书的目标;我们打算在别处去做这事。让我们注意,在系统某一状态所概括出来的初始条件是和存在联系在一起的;相反,涉及时间变化的那些定律则是和演化相联系的。
  在我们看来,存在和演化并非是彼此对立的,它们表达出现实的两个有关方面。
  一个时间对称破缺的态是从一个时间对称破缺的定律中得出的,该定律把该态传播到属于同一范畴的态。
  在最近的一本专著(《从存在到演化》)中,本书作者之一把下面这段话作为结论:“对于经典科学的大多数奠基者——甚至爱因斯坦——来说,科学乃是一种尝试,它要越过表面的世界,达到一个极其合理的没有时间的世界——斯宾诺莎的世界。但是,也许有一种更为精妙的现实形式,它既包括定律,也包括博弈,既包括时间,也包括永恒性。”
  这正是不可逆过程的微观理论正在采取的方向。
  9人类的条件
  我们完全同意赫尔曼·魏尔的话:
  如果科学家忽略了这样的事实,即理论结构并非研究生命现象的唯一方法,那是错误的;另一种方法,即从内部(解释)去理解的方法,也对我们开放着……。对于我自己,对于我自己的知觉、思想、意志、感情和行为等活动,我有一种直接的知识,和用符号代表“并行”大脑过程的理论知识完全不同。这个对自己的内部知觉乃是我理解我所遇到的同伴的基础,我确认这些同伴是和我同样的存在物,我跟他们进行交流,有时会如此亲密,好像要去分享他们的快乐,分担他们的烦恼。但是,到最近为止,一直有一种值得注意的对比。外部世界像是遵守决定论因果律的一个自动机,同我们经历的自发活动和不可逆性形成了鲜明对照。这两个世界现在正越来越靠近在一起。这是自然科学的一种损失吗?
  经典科学的目标是达到一种对物理世界的“透明”的观点。在每种情形中你都能辨别出原因和结果来。只要随机描述成为必要的,情况就不再这样。我们不再能谈到每一次实验的因果性,我们只能谈统计的因果性。事实上,自从量子力学诞生起,就一直是这样,不过,在最近的一些发展中这一点被放大了,最近的发展表明,随机性和概率甚至在经典动力学或化学中也起着主要的作用。因此,现代的倾向和经典倾向相对比,引出一种“不透明性”,和经典思想的透明性形成对比。
  这是人类思维的一个失败吗?这是个困难的问题。作为科学家,我们没有任何选择;我们不能向你把这世界描述成我们愿意看到的那样,而只能描述成如我们能通过实验结果和新理论概念的联合作用所看到的那样。我们也相信,这种新情况反映出我们像是要在我们的精神活动中找到的那种情况。经典心理学以意识活动即透明的活动为中心;现代心理学为非意识的不透明功能增加了很大的分量。也许这是人类存在的基本特点的一种形象。请记起伊底巴斯(Oedipus)来,在斯芬克斯面前他的思维是那样清晰,而当他面对自己的身世时又是那样愚钝和昏暗。也许,我们对我们周围的世界和我们内部的世界的洞察一起到来,正是我们要描述的科学的最近演变的一个令人满意的特点。
  很难不得出这样的印象:一方面是在时间中存在的东西,不可逆的东西,另一方面是在时间之外的东西,永恒的东西,这两者之间的区分正是在人类符号活动之始。也许在艺术活动中尤其这样。确实,一个自然客体,一个石头,在它转变成一个艺术对象时,转变的一个方面是和我们对物质的作用密切相关的。艺术活动打破了该客体的时间对称性。它留下了一个标志,这个标志把我们的时间不对称性翻译成该客体的时间不对称性。从我们所在生活的可逆的、近乎循环的噪声水平中升起了同时是随机的又是时间定向的音乐声。
  10自然的更新
  十分值得注意的是,我们正处在这样的一个时刻,关于自然的科学概念发生着深刻的变化,与此同时,由于人口的爆炸,人类社会的结构也发生着深刻的变化。于是,人和自然之间以及人和人之间都需要有一种新关系。我们不再能接受在科学价值和伦理价值之间的那种古老的先验区分。当外部世界和我们的内部世界像是要冲突并要几乎正交的时候,这种区分是可能的。今天我们知道,时间是一种建设,因此负有一定的伦理责任。
  在本书中我们花了很大篇幅去讨论的思想——不稳定性的思想,涨落的思想——扩散到社会科学中。现在我们知道,社会是极为复杂的系统,包含着潜在地巨大数目的分叉,以在一段相对短的人类史中演变的各种文化为例证。我们知道,这样的系统对涨落高度敏感。这既引出希望,也引出一种威胁。说希望,是因为哪怕是小的涨落也可能增长并改变整个结构。结果,个别活动不是注定不重要的。另一方面,这也是一种威胁,因为在我们的宇宙中,稳定的、永恒的规则的安全性似乎一去不复返了。我们正生活在一个危险的和不确定的世界中,它不唤起任何盲目的信念,也许只能唤起和犹太教法典的某些条款看来归因于《创世记》的上帝的那种合格希望相同的感情:
  二十六种尝试发生在今天的创生之前,所有的尝试都注定地失败了。人的世界是从先前的碎片的混沌中心出现的,他也暴露在失败且无任何回报的危险面前。“让我们希望它工作吧!”上帝在创造这个世界时这样呼喊过。这个希望(和这世界及人类的所有后来的历史相伴)恰从一开始就强调了:这个历史被打上了根本的不确定性的印记。

注释:
  [*]贝索1955年3月15日在日内瓦逝世,爱因斯坦1955年4月18日在美国普林斯顿逝世。——译者

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