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今天我们要说的，是一个争论了多年的问题：是否存在一种最基本的所谓“万物理论”，以其为基础即可通过计算来解释和预测所有已经发生和未发生的现象。换言之，现代科学门类如此繁多，是否有某种学科比其他学科更为基本。
针对这一问题，学界大致有两种主流观点，即本文标题中所说的“还原论”和“演生论”，下面我们来分别介绍之。
还原论顾名思义，就是说不同的学科理论组成了一个偏序集，大多数学科都可以作为基础发展出新的学科，同时又可归约到某个更基本的学科之中。事实上，当代不少从事计算物理或者计算材料学的人都或多或少地应用着此观念，美国能源部于1999年发表的计算材料学白皮书就将其阐述到了极致。 这份白皮书的观点是，尽管目前来看，不可能从量子力学出发来直接预测宏观块体材料的行为，但我们可以在原子尺度和宏观块材这两个极端之间添加多个尺度，较低尺度下算得的物性可以作为较高尺度下计算的输入条件，而且在不同尺度下可以应用不同的理论和计算方法，例如纳米尺度下用分子动力学和蒙特卡罗方法，介观尺度下即可开始应用连续体系的有限元算法等，如此可得到物质在不同尺度下的物性，最终实现对宏观块材的计算模拟。而我们所熟知的第一性原理之所以戴上了“第一”的皇冠，就是因为它在这个逐层递进的体系中处于最开始的一级，基于基态波函数计算的它并不需要额外的输入条件，但其输出结果可以被用于更大尺度的分析。
听起来这一切都非常合理，一个逐层递进的序列看起来就很美，而且它还暗含了“万物理论”的存在性：既然不同的学科总是存在内含和外延，那么就应该有这么一个理论，只要研究明白了就可以自然推出其他所有的理论。不少物理学工作者正是受了这种探寻“万物之理”的感召，而选择了去孜孜不倦地奋斗一生。
但是现实毕竟要更为复杂一些，上面的递推链表现出的是一种线性关系，而我们都知道，客观世界中非线性关系往往更多。而且即使是线性的递推关系，步子迈得太大了，其结果也会不那么可信。安德森文章中的这一段描述就是一个很有意思的例子：
我们说社会学的基础是心理学，心理学的基础是人体生理学，人体生理学的基础是解剖生物学等一系列生物学，而这一系列生物学都可归到分子生物学的大旗之下，之后这个归属链上“更基本”的分别是化学、多体物理学和粒子物理学，这一系列的推演看似都无懈可击。但如果我们认为，社会学的成套理论能从一堆粒子物理学的公式和定理中推导出来，会不会太过荒诞了一些？
安德森对此的看法是，对于每个特定的学科X而言，确实存在比它更基本的学科Y，这里的“更基本”指的是研究X的内容需要运用Y的知识，但学科X并不能简单视为学科Y在某个更大范围的应用：当研究范围扩大，常见的例如空间尺度增大，粒子数增多，或能量标度改变时，研究者们会发现一些新的不同于学科Y的“基本规律”，由这些新的“基本规律”出发才能构建出学科X。
那么什么才算是一个体系的“基本规律”呢？
我个人认为，体系的“基本规律”需要满足两个条件：一是在该体系的适用范围内要足够精确，二是在保证精确的前提下要足够简洁。就像我们说描述水的固液气相变肯定会优先使用相变热力学，而没有谁会去傻傻地解多体的量子力学方程一样，相变热力学在我们的世界中足够精确，也足够简洁，因此才能作为我们生活的宏观世界的基本理论。当然了，以上还属于物理学科内的演生关系，下面我们再举个跨学科的例子。 我们都知道遗传的核心是基因，基因就是一系列碱基对的有序排列，如果从还原论的角度出发，那遗传学的核心当是有机高分子的热力学和动力学无疑。但事实上，我们一般认为遗传学的基础是三大遗传定律，即基因的分离定律、基因自由组合定律，以及连锁互换定律。可以发现，这三大遗传定律虽然都和有机高分子组成的基因有关，但它是基因在遗传行为中的概括，因此用它们来作为遗传的基础显然更为合适。
人们将这种出现新“基本规律”的过程称之为“emergence”，中文一般翻译为“涌现”，并将这种不同于还原论的认识论称为“演生论”或者“层展论”。需要注意的是，虽然我们将还原论与演生论并称，但并不意味着它们之间是对立关系。演生出的新规律虽然是新范围中的“基本规律”，但它仍能从原始理论中的规律得到解释，正如万有引力是广义相对论的弱场近似那般。
介绍完了还原论和演生论这两种认识论，我们再来谈谈所谓的“学科鄙视链”，想必要容易许多。客观地说，学科鄙视链最开始出现时也许只是某个人的一时恶作剧，但时至今日，其存在除了给发起者增加那么一丁点儿可能的虚荣心之外，基本没有任何用处，可谓有百害而无一利。
一个常见的学科鄙视链是这样的：理科生鄙视工科生，工科生鄙视文科生，文科生鄙视教育学系的同学。到了理学院内部之后，往往又会出现数学系和物理系互相不服气，但共同鄙视化学系，化学系鄙视生物系这样的奇特场景。而各大工科院系之间也好不到哪儿去，自动化建筑电子等传统优势工科争夺头把交易，土木水利等院系是中坚力量，材料环境等新兴工科则沦为坊间传言的“养老院”，或被嘲讽“专注灌水三十年”。
这些说法有道理吗？从还原论角度来看，有那么一点儿道理，毕竟所有的自然科学最后都得归结到数学和物理两家上来；而从演生论角度来看，鄙视链则是彻头彻尾的错误，所有学科之间不分高低贵贱，它们的理论都是在其适用范围内最适宜描述客观现象的有效理论。
很早以前，博主也曾不时吐槽材料学院的培养方案不够理论化，什么都学什么都不深入，论物理和化学肯定不如物理系和化学系，而数学和计算机则更是肯定要被这俩系同学吊打。出于对科学的热爱，博主此前花了不少时间遍观数学和物理，但收效并不显著。直到上周同美貌与才华并存的汪导聊天时才意识到，原来自己一直跑偏了方向。
材料学科有成体系的理论吗？
——自然有的。
理论的适用范围呢？
——常见的相变、形核、位错等都是介观尺度的呀。
那理论完备吗？
——完备性自然还不够，但如果一切都完备了也就不用我们去做理论研究了吧。
在材院呆到第八个年头的我，突然有一种如梦方醒的感觉。
原来我们也是有理论深度的，只不过主要在介观尺度，自己之前过于忽视罢了！
永别了，嘲讽的“化生环材”！永别了，愚蠢的学科鄙视链！
写到这里，我仿佛又看见鹤发童颜的田爷爷站在讲台上，举着一本《材料科学基础》眉飞色舞：“整个材料学院就这一本书！”
当年的我没懂，但牢牢记住了这句话。六年后的今天，我觉得我慢慢懂了这句话的含义和分量。
谨以此文致敬不老的传奇田民波教授！ |
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