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科学研究方法的还原论本质 王克迪

 知愚草堂 2011-04-25
科学研究方法的还原论本质 王克迪  
  
 
 
    一,何为还原论?
    近现代科学特别是物理学运用许多具体的研究方法,例如,实验方法,模型方法,统计与概率方法,类比方法等等,科学巨匠牛顿在构建他的引力学说中甚至还使用过历史方法。特别值得一提的是,牛顿和莱布尼兹发明了微积分,迄今为止最重要的数学分析方法,一项了不起的成就。
    微积分不只适用于求面积、体积和速度,它还主要用于推导出力的公式和大小随时间与空间发生的变化。力是一种自然作用,在牛顿的理论体系中,物体及其相互作用是被“放”到时间和空间框架中的。牛顿根据人类的日常体验与直觉认识假定,空间的部分之和等于整体,由此出发推导出求解曲线包围面积的微积分公式。当牛顿运用相同的方法推算物体间相互作用力时,实际上假定了,自然作用也与时间空间关系一样,是部分之和等于整体的。其实,这样的想法和做法,并不是牛顿的原创,伽利略在对斜面上物体受力情况进行分解时,已经做出了相同的假定:合力等于各分力之和。
    微积分的意义远远不仅限于数学运算和帮助牛顿推导出物体的运动轨迹与引力理论,更重要的意义在于,牛顿极为成功地把它与公理化演绎理论体系结合在一起,使之成为强有力的理论分析工具。公理化体系是古希腊欧几里德的发明的一种理论形态,他把概念、公理(事实)和定理用逻辑关系整合在一起,成为一种层层推进、步步关联的理论织体,这是人类发展出的最严谨最精密的思维成果,欧几里德的《几何原本》就是这样的洋洋大观的理论体系。牛顿用自己发明的微积分方法详尽描述了物体的运动,把由此获得的运动规律与他提出的运动的公理(三定律)与若干基本物理与力学概念结合在一起,构成了一个庞大的公理化理论体系,把当时已知自然知识几乎全部囊括其中。伴随着经典物理学的成功,公理演绎体系成为科学理论的“标准模型”,与此同时,微积分作为标准的数学分析工具也成为一种几乎无坚不摧的科学方法。
    人们把微积分的基本思想升华为一种哲学世界观:每一种事物都是一些更为简单的或者更为基本的东西的集合体或者组合物;世界或系统的总体运动,是其中每一个局部或元素的运动的总和。这种观点称为还原论。采用这种由确知局部或部分之数学和物理特性,再通过求和来了解整体特性的方法,就成为还原论方法。熟悉微积分推导过程、极限理论就会知道,还原论非常合乎人的直观感觉、合乎人的日常生活经验。其基本含义就是整体可以分割为多个部分,所有部分之总和等于整体。这在平面几何上是直观地正确的,在立体几何上也是完全不难想像的。这是空间方面。在时间上似乎也没有太大问题。
    二,科学方法本质上
    就是还原论方法
    从牛顿以降,运用还原论方法研究自然,再把获得的知识纳入公理化演绎体系加以表达,成为科学研究的“标准操作”。不过分地说,所谓科学方法,本质上就是还原论方法;所谓科学精神,所谓实事求是精神,本质上就是科学研究中那种追求细致入微、理论与实际相互印证的精神。整个近代科学中,所有科学分支都以牛顿的力学理论为基石,用还原论方法来研究各自的对象,用公理化理论(至少是追求用这样的理论)解释自然。化学原子―分子学说、生物细胞学说甚至进化学说,能量守恒原理等等,都深深打上还原论方法的烙印。
    还原论方法最大的成功之处在于,用这种方法建立起来的科学理论,不仅具有精确严密的特质,还具有强大的预言能力,这种预言经得起实验的检验。无论是哈雷彗星的发现与确认,海王星的发现,大量新基本粒子的发现认证,大爆炸学说的检验,还是各类化学药物的发明与临床验证,直至认识生命本质、遗传工程,奔月工程、地下资源开发等等,所有这些都是以科学理论为指导,在科学实践中取得成功的,而这些科学理论无不是还原论方法的成功应用。与此同时,公理演绎体系的成功则在于,人类对于自然认识的每一个事实、每一个概念和理论推演,都被纳入一个前后关联的逻辑统一体中,使得人类的关于自然的认识和思考,成为知识体系。
    借助公理理论体系严密的逻辑关联,还原论的另一个优点是,每当预言失败时,或者理论计算与实验结果发生重大偏差时,人们能够根据逻辑和理论推导上溯到起点,调整理论预设或假定,从而建立起新的理论,做出新的预言,实现理论创新,甚至完成科学革命――对客观自然的基本原理做出全新的假定,或者重新建构关于自然基本作用的规则。我们在观察电磁理论的创立、量子力学和相对论理论的发生时,都会对这一点印象至深。这正是还原论的力量所在。在20世纪里,分子生物学、大爆炸宇宙学、超弦理论也都是沿着相似的路径发生的。
    近现代几百年科学研究实践的历史的经验证明,科学家们自觉使用的还原论方法不但已经建立起几乎全部的关于自然的知识,而且这种方法还正在继续显示出强大的生命力。它的生命力显现在它的不断创新、不断贡献给人们新知识的过程中。现在,这种生命力已经延续到了社会科学中,例如,经济学,它的一个重要目标就是吸收来自自然科学的分析工具,建立起一种公理化的理论体系。而心理学,则由于成功地引入实验方法和科学的分析手段,已经被广泛认可为合格的自然科学学科。
    三,还原论方法
    是否可以被轻易取代
    20世纪中晚期,兴起了一些反对还原论方法的见解,认为这种方法已经过时,科学的前途在于使用一些尚未经过成功检验的所谓新的“科学”方法。例如,一种叫做系统论的学说,提倡一种新哲学观,系统哲学观,又叫整体观。还有一种学问,叫复杂性研究,也认为在复杂系统之中,部分之和大于整体,盖因整体之功能不能完全解析为各个部分的功能之和。二者异曲同工,对还原论观念和哲学提出批判,主张应该用整体观点看待事物,从宏观上把握事物。应该说,这些批判是部分合理的,还原论方法没有解决全部问题,科学家们不讳言这一点,反而把这当作继续努力的鞭策。
    世界是复杂的,是一种巨大的复杂巨系统。运用这种叫做系统观或复杂观的见解,我们的确注意到一些我们原先使用还原论没有发现的问题。例如,我们对单个原子已经比较了解,但是,当数百个原子组成一个纳米结构时,它表现出的某些理化特性却是始料未及的。还有一个著名的例子,耗散结构,讲的是在一个与外部环境交换物质与能量的系统中,会自发形成某种有序结构,它的发明人普利高津因此获得过诺贝尔奖。
    然而,这并不意味着,还原论方法可以轻易被新方法(如果有这样的所谓方法的话)所取代,这些新方法试图割断自己与还原论的联系,也是不成功的。
    实际上,经典物理学家们在处理多粒子系统问题时,早已认识到问题的复杂性。无论是研究过统计物理学的麦克斯韦、玻尔兹曼还是吉布斯,还是明确提出在微观领域因果性失效因而量子现象需要进行统计解释的玻尔,都不敢断下结论说传统的科学研究方法失效,爱因斯坦更是从不越雷池半步,对妄论科学研究方法的见解敬而远之,而冯·诺依曼最终还是仿照牛顿建立起量子力学的公理化理论体系。这些在不同时间、从不同侧面发动过物理学革命的大科学家都在运用还原论方法。
    另一方面,不仅经典科学研究的多粒子体系,包括信息论、系统论在内,甚至复杂性研究本身,以及20世纪的所有重要研究成果,也都是循着还原论路径获得的,它们的理论推导都要使用最基本的微积分工具。这提示我们,如果要否定还原论,又要保留微积分工具,至少在策略上和行为上似乎是存在内在矛盾的。而且,从这些科学成果引申出的种种所谓新的科学研究方法和哲学意义,迄今没有带来有真正价值的新知识新见解,更没有能够做出有效的科学预言,指引人们去切实认识了解自然的努力方向。
    再举一个读者都熟悉的例子。计算机运用十分普遍,它包含有硬件和软件两大部分。硬件中最有代表性的是中央处理器,软件中则是操作系统。人们常用集成度来说明中央处理器的复杂程度,现在的奔腾4代处理器集成了约数千万个元件。从还原论角度看,处理器由大量单元逻辑电路组成,这些电路其实很简单,都是由十多个元器件组成的单稳或双稳电路,经典电子电路理论早已对这些电路进行过透彻精确的分析――顺便提及,电子线路的动态分析,也需要微积分工具;另一方面,操作系统看上去是一个整体,其实是由大量功能软件整合在一起的。所有这些软件都是运用某种程序语言逐行逐句地编写出来的,就像哲学家编写著作那样。一个操作系统包含有数千万行这样的指令。在机器里,软件被翻译成源代码,再转译成机器码,也就是尽人皆知的0和1,或者说有与无。当电脑运行时,这些0与1在处理器里转化成高与低(电平),运算处理之后输出运算结果,当然这些结果是将转化成人们能够懂得的自然语言或图形的。要紧之处在于,计算机的性能,决定于机器内的每一个单元电路每一个微小的元器件,决定于每一行程序指令,没有对这些细节的透彻认识与刻意安排,没有这些细节的通力配合,计算机的运算功能无从实现。
    试想,如果只是从总体上对计算机做一番笼而统之的观察,说一些它是个很复杂的巨系统,包含有多少个诸如此类的功能子系统,有很强大的运算能力之类的话语,总结出它有若干种“性质”,我们对计算机的了解究竟能增加多少?又在多大程度上能够帮助计算机科学的进步?
    幸运的是,上述计算机的问题对于不是科学家的我们来说更多地只是个已知世界的问题,我们大可以仰赖计算机专家的工作,而只满足于不求甚解。可是,当我们面对迄今为止仍然隐藏在未知领域中的事物时该怎么办呢?该如何入手去了解它呢?同理,我们面对更加复杂得多又变动不居的社会时,如果不仔细考察社会中的个人、家庭、人群的种种情况并得出切实的认识,不了解村舍、工厂、商店的运行机理,不理解他们为了生存和发展所付出的挣扎和努力,我们的认识又在多大程度上能够确保其科学性呢?
 
 

还原论(Reductionism

 

还原论是主张把高级运动形式还原为低级运动形式的一种哲学观点。

它认为现实生活中的每一种现象都可看成是更低级、更基本的现象的集合体或组成物,因而可以用低级运动形式的规律代替高级运动形式的规律。

还原论派生出来的方法论手段就是对研究对象不断进行分析,恢复其最原始的状态,化复杂为简单。

还原论是一种把事物分解成小的单元,再通过小的单元的性质推导出整体属性的一种科学思想。

 

牛顿在《光学》中阐述了他的原子思想:在我看来,上帝在最初造物时,可能使用的是固态的、有质量的、坚硬的、不可穿透的和可动的微粒;这些微粒的大小、形状、所拥有的其他性质、在空间中的比例等等,都最适合于他造物的目的;这些固态的初始粒子无比地坚硬于由它们构成的多孔的物体,坚硬到绝不会磨损,不会破碎成小块;任何普通的力量都不可能把上帝在第一次创造时的初始粒子破开。牛顿以其力学原理建立了机械性的原子论世界模式。认为世界万物象机器一样,是按力学原理由零部件组装起来的,最小的零部件是惯性实体原子。它在结构上可以分为若干层次,因而在研究中应当也可以按层次进行分解。直到作为其本原的最终的实体原子。牛顿从这种世界观出发,提出了分解还原的方法论原理:在自然科学里,应该象在数量里一样,在研究困难的事物时,总是应当先用分析的方法,然后才用综合的方法。用这样的分析方法,我们就可以从复合物论证到它们的成分,从运动到产生运动的力。一般地说,从结果到原因,从特殊原因到普遍原因,一直论证到最普遍的原因为止。在牛顿看来,上帝在开始时创造了物质粒子,它们之间的引力和基本的运动定律。按照这种方式,整个宇宙象一架机器一样,在一个永不改变的法则支配下,不断地、永远地运转。巨大的宇宙机器完全是因果决定的,发生的一切,都有一定的原因。一定的原因产生一定的结果,只要知道该系统在任何时刻的任何状态的所有细节,原则上就可以绝对确实地预言该系统任何一个部分的未来。

 

基于牛顿经典力学的拉普拉斯模型是这种还原论的最好陈述。拉普拉斯是一位法国天文学家,也是数学家,他把牛顿的力学体系做了进一步的数学化和普遍化,并成功运用于天体力学中。他说,对一个具有非凡计算能力的妖来说,只要给它一个初始条件,它就可以知道宇宙的过去、现在和未来的一切,这个妖史称拉普拉斯妖,集中体现了近代数理实验科学的理想。这个理想就是要把全部的事务都还原到一个决定论的理论体系中。 近代技术的发展使我们找到了这个拉普拉斯妖,这就是计算机。计算机发明当初主要是用来计算的,可现在,它几乎无所不能。特别是他的发展速度更令人惊叹,个人计算机每17个月速度就可增加一倍,这就是著名的摩尔定律。在计算机发展的近20年里,这个摩尔神化一直在不断成为现实。人工智能最终能达到怎样的程度,它会超越人的智能吗?成为人们关注的一个重要话题。乐观者一直认为,这只是时间问题。当IBM公司的计算机深蓝战胜了国际象棋大师卡斯帕罗夫的时候,人类为自己所造的机器震惊了。现在,大型计算机已经可以成功模拟核实验,进行中等尺度和精度的天气预报。会不会有一天,我们可以模拟种子的萌发、人的思维、地球的理化过程,从而成功的预测地震、台风,甚至是某位领导人的决策呢?计算主义者相信这一天迟早是会来的。在许多科幻电影中,机器人和人相比已经有过之,而无不及了。计算主义就是现代的还原论。

 

笛卡儿不但认为世界和万物是由分散的要素组合而成的,而且认为物质宇宙是一架机器,并且不仅是一架机器。植物和动物同样是机器。人的身体也是一架机器。一个病人就象一只有毛病的时钟。整个世界自然地按力学定律运转,物质世界中的一切包括生命都可以按照其各个部分的排列和运动来加以解释。对于机器这样的世界和事物,当然可以象拆卸机器一样地进行分解研究。他在著名的《方法论》一书中第一次明确地表达了还原论的基本思想,在提出的方法论4条规则中,第二条写道:把我们所考察的每一个难题,都尽可能地分成细小的部分,直到可以而且适于加以圆满解决的程度为止。笛卡儿在方法论上的这一贡献具有划时代的意义,成为以后自然科学研究的基本思路。

兼容与超越还原论的研究纲领
作者/出处:张华夏 日期:2005-06-11

本文的目的旨在阐明20世纪以来理论还原的研究纲领的巨大成就及其局限,附带讨论这个研究纲领是否可以由更加广泛、更具有包容性的科学研究纲领所代替,系统思维的研究纲领是否有可能成为这样的新研究纲领的候选者。     

       一、亨普尔、纳格尔还原模型
       还原,一般说就是认为一个现象的领域可以归结到另一个更低层或更深层的现象领域来加以理解,如此类推,就会导出一个这样的论题,一切科学真理最终可以通过揭示支配那些最基本层次的实体与行为的基本规律来加以说明。这是几千年来科学家们和哲学家们的一种理想、一种追求和甚至是一种信仰。古有泰勒土的"万物起源于水和复归于水"的论断以及赫拉克利特的"火"和德谟克里特的"原子";今有沃森和克里克的DNA和爱因斯坦和温伯格的"统一场"。不过,将科学的这种还原精神和还原"情结"从哲学上总结为一种科学研究的方法、科学认识论的模型或科学研究的纲领,人们便可以对它进行批判性的讨论了。
       在20世纪首先对科学还原作了全面的论证和较精确的表述的是逻辑经验论者,并且首推亨普尔(C. G. Hemple)和纳格尔(E. Nagel),由于纳格尔建立的还原模型最为清晰明确,所以我们从他的模型开始分析:
       纳格尔认为,所谓还原指的是两个理论之间的关系,而所谓理论必须包括基本理论规律和特有的理论词项和观察词项,并已作了明确的表述和界定。这样,令T1和T2为两个理论,则说T2还原为T1,当且仅当下列两个条件成立:
       1、可连通条件(The Condition of Connectability)。形式地说就是:对于T2中的所有不出现在T1中的每一个词项M,总存在着出现在T1中而不出现在T2中的理论词N,使得:

                                   (x)(N(x)  ←→  M(x))
                      或           (x)(N(x)       M(x))
成立。这两个陈述,被称作桥接原理(Bridge Principle),有时又称为"对应规则",因为它像一座桥一样将T1与T2这两个不同理论或不同学科的词项相互连通起来。当然,纳格尔明确指出,这种桥接原理的主要表达形式是双条件语句,并且桥两岸的概念只要求共外延。因为T2中的某些词A,如果不能用T1的词B作充分必要条件的代入(replaceable)"这样一来,A就不可以为B所代入,因此从属学科(T2)一般来说就不能从基本科学的一个理论(T1)中推出" 。科学理论中有大量说明这种桥接原理的事例。例如青霉素、胆固醇、尿素这样一些生物学的术语,经过多年的研究,被证明是可以用一定的分子结构的纯粹化学的术语来"定义"的。热力学中的"温度"与统计力学的"理想气体分子平均动能"是相对应的。
       2、可导出条件(The condition of derivability)。一个理论T2要还原为理论T1必须要求T2的所有规律必须由T1的规律以及相关的桥接原理逻辑地推导出来。令L2与L1分别为T2与T1的规律,B为桥接原理,则可导出条件可表示为:
                    (L1  &  B)├ L2
这是 ├ 表示推出。
       亨普尔和纳格尔的理论还原模型相当杰出,也在相当大的程度上表现了科学研究中的还原理念和还原方法。但它面临一系列难题。      

       二、奥本海默的科学统一的纲领
       逻辑经验论的理论还原的主张不仅是作为科学中理论还原方法的一种表达,而是作为科学进步的基本规律和科学研究的基本纲领即通过理论还原而达到科学统一的纲领而进行的论证。纳格尔等人认为,当着一个理论被还原为一个更加广泛和更深层次的理论时,我们就有了一个客观的、积累的科学进步的典范。从热力学到统计力学,从伽利略力学和开普勒天体理论到牛顿力学,以及牛顿力学到相对论力学就是这种科学知识稳定增长的典范。
       关于通过还原来实现科学统一的纲领的代表作,就是1958年美国科学哲学家奥本海默(Paul Oppenheim)和普特南(Hilary Putnam)合写的论文《作为工作假说的科学统一》,其要点如下:
       1、什么是科学统一。所谓科学统一就是:"所有科学词项都还原为一门科学(例如物理学)的词语""所有科学的规律都还原为某一门科学的规律",前者叫做语言统一,后者叫做规律统一。 而所谓T2还原为T1就是"任何观察资料能被T2解释的都可以被T1解释"。理论之间或不同科学之间的还原关系的性质是:这种还原关系是不自反的(本理论不能还原为本理论),不对称的(如果T2还原为T1,T1则不能还原为T2),和可传递的(如果T2还原为T1,T3还原为T2,则T3可还原为T1)。他们认为,这种关系对科学统一纲领极为重要。它意味着还原具有积累的特性(cumulative character),基于这种特性,所有的科学终将还原为物理学,这是"达到科学统一的一个工作假说"。
       2、科学统一的主要理由异常简单,就是:不存在着特殊的科学,这里所谓特殊的科学指的是它的基本概念不与任一门其他科学相联系,相依存。科学统一的逻辑学理由来自整体部分关系逻辑(Mereology),这种逻辑运用运用于理论还原得出两个前提:(1)进化原理,宇宙是借助于组织由小到大依次进化。从基本粒子进化到核,再进化到原子、分子、再进化到有机大分子、细胞、生命、社群等等。(2)个体发生原理:每一个层次的实体都是从低层次实体组成,当一个系统没有产生之前,它的组成部分已在其下的一个低层次中存在。这两个原理显然是片面的,第一个原理只看到进化是由小到大的"合成"与"构成",没有看到这个从小到大的过程受制于它的环境。没有恒星的坍缩和新星大爆发的整体条件就不会有重原子的合成。所以进化同时有一个从大到小的过程即系统整体通过内部分化、分工和复杂化而形成复杂层次的序列。第二个原理将处于高层次中的组成部分和它的前身,即未形成高层次时的低层次独立实体视作同一的东西。同样没有看到高层次整体对低层次部分的作用,不过这是属于所谓下向因果关系的本体论问题或本体论上的还原问题,本文着重讨论的是理论之间的还原的认识论问题。不过这里我们需要指出,这种还原主义研究纲领在其本体论内涵或本体论承诺上是有问题的。       

       三、多重可实现性论题对还原论和科学统一纲领的挑战
       普特南与奥本海默合作,于1958年刚刚发表了一篇论文,论述有关科学通过还原而实现统一的纲领,它的内容已如上述,这篇论文成为还原主义的经典文献,湛称为还原论的旗手了。可是两三年之后,他作了180o的大转弯,转入反还原论阵营,成了反还原论主将,一直到最近还与理论物理学家,弱电统一的发现者S.温伯格展开大论战,反对后者的还原论。其中关键的事件是60年代初,他将多重可实现性论题引进心理学哲学,反对心脑同一论(主张所有的精神状态类等同于尚未发现的神经状态)。提出"理论概念的非可还原性"(nonreducibility)论题。心理哲学家J.福多尔(Jerry Fodor)扩展了普特南对还原论的批判,将矛头指向科学统一的纲领。
       我们现在首先要说明什么是可实现性,说一个"事件(性质、状态等)e是F"实现了"e是G",当且仅当(1)e是F。(2)e是G。(3)对于所有的事件e,如果e是F,则e是G为律则必然性(nomological necessity),写成一个下式就是:
       □N(e)(F(e)→G(e))。
       (4)e是F解释了e是G。这样F(e)叫做实现者,G(e)叫做被实现者。
       所谓多重实现就是某一个理论领域所讨论的某种事物的性质或状态,可以由另一个领域所讨论的多种不同的事物的性质或状态来加以实现。普特南于上世纪60年代初发现动物界中同一种心理类型,例如肿痛,可以用各种不同的动物来实现。例如,人、其他灵长类、哺乳动物,鸟类、爬虫动物、两栖类甚至软体动物都可以感到痛。那么它们的不同的神经状态实现者有无共同的结构呢?比较神经解剖学和生理学,有关趋同进化的事实以及跨物种之间大脑皮层质量的激增的事实都证明肿痛的心理状态不可能有共同的神经状态结构来加以实现的。这又引起了一系列联想,那些高度发达的由硅蕊片造成的机器人,以及外星人都可能会有痛的心理状态,这就严重打击了心身同一论以及心身还原论的一个论题:"所有的精神状态类都严格等同于(identify with)神经状态类。"
       我们再来研究精神状态的陈述能还原为物理状态或神经状态的一个反例。设想有一种迷信的观念,相信人死之后变为鬼,当然信鬼这种观念或信念是可以解释或理解的,但它主要是在社会的层次上或者甚至在心理层次上进行解释,指出这种迷信的社会根源,境遇根源、教育根源和家庭根源或者心理根源(如对死亡的恐惧)等等,我们可以称这些非还原的 解释为上索解释或同层解释。它与还原解释有着重大区别,不可混淆。当然信鬼这个信念有它对应的神经状态,但张三信鬼和李四信鬼的神经状态显然是不相同的,有些裂脑人也信鬼,有些神经病患者也信鬼,那些有各种不同疾病的垂死者更信鬼。同一个人在不同时间里,其信鬼的神经状态会有所不同。例如,他在大脑未受损伤时信鬼,而大脑损伤破坏了原来用以信鬼的部分神经状态,由另一部分神经状态所替换,但同样也信鬼。这个历时的多重实现似乎更难加以驳斥。所以"信鬼"的信念在心理上虽相同,而实现者的神经状态各异。假定中国有5亿人信鬼,其中信鬼的对应神经状态有500种完全不同的类型,设信鬼(ghost'y bilief)的精神状态为"G"而同样信鬼的不同的神经状态实现者(neurophysiological realization)为N1,N2,…N500。于是将精神状态的概念还原为神经状态概念的纳格尔桥接原理就变为:
       (x)(M(x)←→N1(x)νN2(x)ν…νN500(x))
这种析取式的桥接原理实际上不成其为桥接原理。因为桥接原理要求桥的左边的概念与桥的右边的概念有共同的外延。可是,现在连桥的右边的概念N1,N2,…N500都既没有共同的内涵也没有共同的外延。它拿什么与M(x)共外延呢?因此,多重实现的论题证伪了桥接原理或桥接规律。
       还须注意的是,这里有一个影响巨大的深层问题值得思索,这就是多重可实现性说明了高层次的系统具有低层次组分所不具有的、相对独立的自然类、自然规律和因果关系,它们是不可以还原为低层次的自然类、自然律和因果关系来加以解释的。福多尔(J.Fodor)对传统还原论的批评中首先使用了一个概念,叫做自然类,它是科学中有共同本质特征的事物的类,如生物学中食肉动物、食草动物、杂食动物就是自然类、食肉动物中的狮子、老虎、河马、海豹等就是这样的自然类,此外,基本粒子、原子、分子之类,也是属于自然类,属于自然类的科学概念常常具有因果效应性质的,例如食肉动物、食草动物、杂食动物之间就组成食物链这样的因果关系,因此某门科学规律中的概念主要就是表述这种自然类的概念,那规律本身就是自然类之间的关系。因此科学还原中的桥接规律如果能够成立,它主要就发生在不同理论的自然类概念之间。而桥接规律本身就是一种自然规律,可是多重可实现性,使桥接规律一方是带有一系列析取的关系的概念群,它是人为概念而不是自然类的概念,因而根本就不是作为自然规律的真正的桥接规律。而且,更进一步看,不同层次有不同的学科,不同层次学科之间各有各的自然类划分,因此并不是总能对应起来的。应该说,它们对应不起来是必然的,而能对应起来则是偶然的,要求一个理论的所有类谓词都能在另一个低层次理论中找到对应物的桥接原理是不可能的。因此,即使纳格尔意义上的还原能够成立,也只是局部意义上能够成立。
       四、科学哲学的历史学派的整体论语义学和理论之间不可通约性对还原论的冲击
       上世纪60年代以库恩为代表的历史学派的兴起,使标准还原模型,作为逻辑经验论的基石,受到极大冲击。我们在这里选出费尔阿本德的一篇论文《怎样做一个好的经验主义者--为认识论的宽容作辩护》  (1963) 考察历史学派怎样批判标准还原模型的:
       1、费尔阿本德重新解读纳格尔还原模型的两个条件。第一个条件是理论之间的可导出条件,他把这个条件称为被还原理论T2与还原理论T1之间协调性(逻辑上相容)条件(consistency condition)。这个条件事实上比Nagel的条件弱了一点,但运用历史学派的观点来讨论标准还原的可导出条件时比较方便。第二个条件是理论之间的可连通条件,即可用桥接原理将它们联系起来的条件,由于费尔阿本德按当时语言哲学的习惯,用同义词的概念替代将概念的意义划分为内涵与外延,所以他将可连通条件解读为意义不变条件(condition of meaning invariance)。
       2、理论之间的不协调是一个方法论的要求。首先,他一般地批判不同理论之间,特别不同层次的理论之间要求逻辑相容的协调性条件。认为这种要求是妨碍科学进步的,因为当原有理T2与新理论T1都能解释相同的经验事实而在其他方面有矛盾时,相容性或协调性条件要求必须拒绝其中一个,而通常是会拒绝新的理论T1而接受T2,因为它的资格比较老而已为人们所接受和熟悉,即先入为主。正是因为理论之间的相容性和协调性要求妨碍了科学的进步,同时理论相容性的要求容易造成某个理论的霸权主义和自我欺骗,因此必须提倡理论多元兼容的方法论。
       3、不同理论之间本质上是相互不可还原的。(mutually irreducible)他对理论之间相容性的批判扩展对理论之间意义不变性条件的批判,他问:一个理论的词项的意义是怎样来的?来自这个理论系统的结构和语境本身,因此,不同理论必定有不同意义的科学词,要求不同理论之间的科学词对应地有相同意义(包括外延或内涵)并用桥接原理把它们连接起来的要求是荒谬的,例如爱因斯坦相对论的质量、长度、时间的科学词与牛顿力学的质量、长度、时间的科学词本质上是两回事,要求它们有同样意义并将牛顿力学还原到相对论力学是不可能的。这里他将库恩的理论之间的不可通约性运用于不同领域不同层次的理论之间的关系研究上,称它为理论之间的不可演绎还原性。
       在经典物理学中,设有粒子P1,P2 …Pi …组成的系统S,其对应的粒子质量为m1,m2…mi…,被解释为:∑mi=常数,它能够由相对论来作解释吗,它能够还原为相对论吗?不能,因为在相对论中,质量的概念不可能与经典物理学的质量是共外延的或同意义的,相对论中质量不仅依赖于它相对于观察者参考系的运动速度,而且依赖于粒子的内能。它是客体的二元关系性质,而经典物理学与化学的质量概念,是客体的一元性质。桥接原理根本不可能建立。当然可以将牛顿力学当作相对论力学的低速运动中的一个近似"特例"。即当运动低速较低时,由
               L1  &  B ├  ,而 。
       这里L1是相对论规律,L2是经典力学中质量守恒规律。 是由相对论导出的类似质量守恒定律,但无论如何这绝对不是L1  &  B ├ L2。
       道不同,不相为谋,所以费尔阿本德说得很干脆:"如果意义不变是还原和解释的本质部分,则回答很简单:质量守恒没有被相对论进行解释,也没有被相对论还原。" 费尔阿本德由此做出非常具有启发性的方法论结论。"不可还原性预设了对于那些不可被还原的理论的高度的批判力"。"新的思想适合于这样的目的,它或者导致对原有思想的高度确证,或者做出革命性的发现:对原有理论缺乏同义,冲击原意,希望证明它是荒谬的"。或者改一种说法,说出费尔阿本德的心声:还原不革命,要革命就不可还原。    

       五、弱还原论和还原模型      

       以纳格尔和奥本海默为代表的强还原论研究纲领和强还原理论受到哲学理论和科学事实的严重打击,于是温和精致的还原论兴起,并为突现论、整体论以及反还原论提供了或宽或窄的合理的存在空间,还原论与反还原论的论战情况变得越来越复杂。本文的作者也是一个寻找还原的家园和突现的归宿的流浪者。不过在确定自己的立场和立论之前,还应看看别的哲学家是怎样定位的。
       这里首先要说明一个概念,就是还原论(reductionism)是什么意思。无论强的或弱的还原论,都指的是这样一个理念:相信和论证一个理论可以还原到或归结到一个更广、更深或更低层次的理论来加以说明,这种通过还原而达到科学统一的目标是可以实现的或原则上可以实现的。应该注意,这里所说的还原论问题指的是理论之间的关系问题,是个认识论问题,本体论的还原与突现问题在此不加讨论。在强还原论倒塌之后,还原论者首要的任务就是修改还原的概念,说明理论还原表示什么,实现理论还原的条件是什么,还原论的研究纲领要做那些局部的修改才能保住并发扬还原论研究纲领的硬核的作用。在哲学家们作了适当的修改以后,还原论就变为温和低调(modest)和精致老练的(sophisticated)还原论了,我们将这种还原论称为弱还原论。应该指出,这种低调的还原论特别是它的还原模型常为非还原论所接受,亦与许多突现论,特别是复杂系统突现论相协调。下面便是其中两派精致的还原论和还原概念,还有第三派精致的但却是较强的还原论,这就是J·Kim的依随还原论,因它主要涉及到本体论的还原论问题和依随逻辑的概念,不在本文讨论之列。
       1、分类的还原论(Classied reductionisn):它仍然坚持强还原论的基本还原条件,只是指出它只适用于一定的研究领域(例如将热力学还原为统计力学仍适用Nagel还原)而另一些研究领域(例如牛顿力学还原为相对论力学就不适用于Nagel还原)。典型的代表人物就是Thomas Nickles。他在一篇重要论文《有关理论之间还原的两种概念》(1975) 将还原划分为还原1.与还原2二类。他说"还原1.本质上是Nagel在他的还原的经典讨论中分析的导出还原(derivational reduction)…他的中心要求是被还原的理论是还原理论的逻辑结论。换言之,这样的一种还原被看作对被还原理论的演绎解释"。  Nicdles为这种还原补充了一个特征就是还原理论与被还原理论之间的"域合并"(domain-combining)例如物理光学还原为电磁场理论就是还原1. 是一种域合并。至于还原2,"就不包含用一个理论对另一个理论作理论解释",它的"主要功能是辩护性的(justificatory)和启发性的(heuristic)。"即还原理论在先前理论所研究的特定场合里产生一种特定结果(例如当相对论在慢速的情况下产生的结果)对被还原的旧理论有启发性的意义,而这种结果对旧理论处理的现象给予适当的说明从而旧理论为新理论作出适当的辩护与确证。还原2的特征是还原理论对被还原理论作了"域的保存"(domain-priserving)。Nicdles明确指击,还原2的相关理论之间"不是逻辑相容的"而且"对意义变化并不敏感。" 
       很显然,Nickles的分类还原论带有调和主义的色彩。将一部分科学还原划归纳格尔,而将另一部分还原划归费尔阿本德。这就在科学统一纲领上作了很大的让步,即认为并非所有的科学都可以通过还原来实现科学统一。同时Nickles为突现论和非还原论留下了一块地盘:突现、不可还原概念在纳格尔那里无栖身之地,现在可以栖身于他的还原2中了。因为一个理论T2只是或弱还原为另一个理论T1,它有某种对T1的逻辑的不相容性和概念意义的独立性。这就是说它有理论的自主性,这种自主性是T1不能逻辑地推出的,因此对于T1来说,它有自己的突现建构。
       2.一般还原置换模型,简称GRR(Gereral Reduction Replacement)
经典还原模型的缺点不仅是在逻辑上有漏洞,而且是它没有表现理论还原的这样的特征:它总是由于科学的发现导致还原理论和被还原理论的修改和变革。而逻辑连通性原则和可导出原则都是不能反映出这种局部修正的情况,不能反映出相关理论的协同进化。为了反映还原中的局部修正和协同进化,Schaffner(1967,1993),Hooker(1981),Churchland(1986)Bickle(1998)等人都进行了这种大量工作,特别是其中代表人物是K·沙夫纳尔(Kinneth Schaffner),1992年创立了一般理论置换模型,后来又加以发展。
       他指出,在理论还原过程中,还原理论(TB)与被还原理论(TR)都可能被修正或相互修正为 与T 。这时从TB(或 )导出的是TR,而不是 ,但TR与 有着"强类似"或"强类比"(strong analogy)以这种方式解释了TR,这个导出结果 有一个可应用的实验域(experimental domain),TR落入这个域的连续统中。于是被解释被还原的理论TR被置换了,但又保留于它在历史上和在现实中的应有作用。这个分析,叫做一般还原置换模型,它兼顾了逻辑解释的特点与经验直觉的事实。
       K·沙夫纳尔特别强调理论还原是部分的还原。他明确指出,有许多理论特别是生物学的理论有指称不同层次的术语,包括电子的,物理的,生化的,细胞的,器官的诸多层次的术语等等。所谓一个理论TR 部分还原为另一个更深层的理论TB,指的是TR(包含不同层次的术语)的某一个因果概括(例如关于神经元的因果关系)可以还原为指称低层原因(例如"蛋白质分子")的因果概括陈述,而TR的其他因果陈述保持不变或不作还原。通过这种部分还原的积累,由一个包括多层次和层次间的因果关系陈述的理论,可以完全过渡到一个新理论。在这里,一个高层次理论为低层次理论还原的过程,不是高层次理论由低层次理论所推出,而是部分地被解释还原,部分地被修改置换。他是一个比较弱的还原主义者,认为科学发展有还原为单一层次理论的趋势,但这个还原并不是完全的还原。他认为经典遗传学是不能完全还原为分子遗传学或完全为分子遗传学所取代。他考察了半个世纪以来的遗传学发展史,认为,这个历史说明"严格说来没有生物学家主张(完全)替换论题,虽然他们较多地采取分子定向的内容;而我同样认为,没有任何一个生物学家采取完全自主论题" 。
       我们认为部分还原和一般置换还原模型,在科学哲学上主要反映了后期库恩哲学,即不同理论之间的局部可通约性或局部不可通约性,使还原论更加精致又更加温和。这个模型强调的是因果机制解释的还原而不是演绎还原,与沙尔蒙的因果解释进路相一致;它强调科学的修改与变革又与历史主义观点相符合。但今天科学哲学的几种主流的还原论是与突现论相兼容的:既然一个主要说明某一个层次的理论不能完全还原为低层次理论,只能部分还原为低层次理论,而这个部分还原中也只有部分是属于演绎地还原,这就是说这个层次的科学理论具有一定程度的自主性。这就使较强的突现论与非还原论具有成立的理由。   

       六、理论还原、理论自主和理论的上索
       一个理论层次是否有它的自主性(automous或autonomy),即它有没有本层次的概念描述和因果关系描述而不能由下一个理论层次的概念描述和因果关系描述所代替呢?例如化学是不是有它的某种自主性而不能由物理学所代替而成为广义物理学的一部分呢?心理学是不是有某种自主性而不能由神经生理学所代替呢?这个问题看来好象很简单,其实这是还原论(包括弱还原论)与非还原论的一个根本区别所在。虽然弱还原论主张弱的局部的还原,并承认被还原理论的某种自主性。他们通常会回避这个理论的自主性命题,仍然认为通过弱的局部的还原,终归有一天.会达到全还原的远大目标和终极理想。但他们没想到一个理论是在什么情况下保持它的自主性的?这个自主性的成立是什么意思呢? 一个理论是在什么情况下保持其理论的自主性呢?一个理论T2保持其理论的某种自主性,当且仅当它存在着一些基本论题和基本规律不能由任何另一个理论Ti演绎地推出。由于它不能由例如低层次的理论推出,它就有自己独立的规律,独立的因果陈述,因而就有它的自主性。承认理论的自主性的意思和意义就是承认了突现的建构(Emergence Construct),承认了超越还原论。
       不同层次的理论之间的关系,除了理论还原和理论自主之外,还有第三种情况,即低层次理论的某些命题与规律,可以用高层次的理论与规律来进行解释,例如神经生理学的某些概念和规律,某个个体的生理特征,可以运用心理学的规律来进行解释,例如某种神经病理特征,如神经官能症的生理特征可以运用行为心理学来进行解释。分析个体心理学的特征可以运用社会学的理论来加以解释。一个动物的行为特征不仅可以运用动物学加以解释,而且可以运用生态学来加以解释,经济学中的问题也可以而且必须运用生态学的理论来加以解释,于是一个工厂的生态的污染的外部效应就应该计入成本。这样一种高层次理论对低层次理论的部分解释在系统科学中是常用的。系统科学家常将还原方法看作"outside in"(从外面向里面看)的方法,而将整体方法看作"inside out"(从里面向外看)的方法,由于"整体论"或"整体方法"这个词非常含糊,在方法论的讨论中常常带来非常有害的误解,因此在讨论不同层次的理论之间的上向关系时,我们寻找了一个词来代替它,我们可以称它为"理论上索"。有诗为证:"路漫漫其修远兮,吾将上下而求索",这里明确指出,求索有上索和下索之分,下索就是我们常说的理论还原(reduction of theories),而上索就是我们这里用的"理论的上索"(upduction of theories)。upduction这个英文词是我们创造的,有待大家讨论商确。不过在当前国内国外有关还原论与反还原论的大争论中,理论上索的问题研究得很少,理论上索的根据是什么,理论上索的特征是什么,它有那几种形式?理论上索的模型是什么,它怎样与目前被称之为系统方法(例如功能方法、黑箱方法、复杂适应系统方法等)联系起来,都有待于我们作典型的案例分析、语义分析和深入的理论研究。
       我们决不反对还原的方法,没有足够的证据,我们决不轻言"不可还原"。我们认为,在当前大多数的科学技术领域里,理论的还原还应该是科学技术发展的一个主要目标和主要追求,但在某些领域里,理论的上索可能成为要着重探求的东西,所以在研究纲领方法论问题上我们主张超越还原论又包含还原论。经严格定义的"系统方法"或"复杂系统方法"可能是这种更有兼容性、更少片面性的科学研究纲领的候选者。这些问题是复杂性与系统科学哲学研究中的一个重要问题。


 

[1] Ernest Nagel, The Structure of science. Harcourt, Black & World, INC. 1961. Chat. 71.

[2]E. Nagel, The Structure of Science. Harcourt, Black &World, Inc. 1961. P.355.

[3] Paul Oppenheim and Hilary Putnam, Unity of Science as a Working Hypothesis. In Minnesota Sullies in the Philosoplty of Science Vol. II 1958. P. 3.

[4] ibid, P6.

[5] Pawl K. Federated, How to be a Good Empiricist—A plea for Tolerance in Matters Epistemological. From Bernard Boumrin, ed., Phil of Science, The Delaware Seminar Vol.2, New York: Interscience Publishers, 1963 in M. card & J. A. Cower ed. Philosphy of Science w. w. Norton & Company, 1998.

[6] ibid. P 930. 

[7]Thomas Nickles, Two concepts of Intertheoretic Roduction, Journal of philosophy 70(1975):181-201. In Matin Curd, J.A.Cover(ed) Philosophy of Science. P.950-967.

[8] ibid.p.953.

[9] lbid.P954 

[10] Kenneth Schaffner, Philosophy of Medicine. in M. H. Salmon ed. Al. Introduction to the Philosophy of Science. Prentice Hall. 1992. P.310-345.

[11] K·Schaffner, Reductionism, Complexity, and Molecular Medicine, 电子版.P.8

 

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