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关于自然的层次理解： 导图2016.001成立吗？也就是我们可以将自然、一个整体的复杂性体系理解为分层的吗？ 我们引述一些科学家的看法来谈这个问题。 司马贺[美]【1】： 司马贺在“复杂性的构造：层级系统”中这样表述他的中心思想： 复杂性经常采取层级结构的形式，层级系统有一些与系统具体内容无关的共同性质。 层级系统释义： 层级系统或层次结构，指的是由相互联系的子系统组成的系统，每个子系统在结构上又是层级式的 直到外面达到某个基本子系统的最低层次。 我们通过对近可分解系统的动态性质的讨论已经看到，将系统表现为层次结构所损失的信息比较少 。属于系统不同部分的子部分仅以集总的方式相互作用--它们相互作用的细节可以忽略。 许多复杂系统都具有近可分解的层级结构这一事实，是使我们能理解、描述、甚至“看见”这种系 统及其部分的重大促进因素。或许应当将这一命题反过来。如果世界上存在这样一些重要系统，它们是 复杂的但不是分层的，那么也许在相当大的程度上，我们就无法观察和理解它们了。对这些复杂系统的 行为的分析将超出我们的记忆能力和计算能力。 我们之所以能理解世界，是因为世界是层次结构的；或，世界之所以显现出是层次结构的，是因为 它的非层次结构的那些方面是我们既理解不了又观察不到的。 如果一个复杂结构完全没有冗余，也就是说，该结构的任何方面都不能用任何其他方面来表示，那 么，它就是自身的最简描述。我们可以表现它，但无法用更简单的结构描述它。 科学的任务是利用世界的冗余性来简单地描写世界。 对结构的两种理解方式是我们的经验的经纬。图画、蓝图、大多数图表和化学结构式是状态描述。 处方、微分方程和化学反应方程式是过程描述。前者表征了感受到的世界，它们提供了辨认物体的标准 。后者表征了受到作用的世界，它们提供了将具备我们所想望的性质的物体生产出来的手段。 感受到的世界与受到作用的世界这二者的区别确定了适应性生物的基本生存条件。生物必须逐渐搞 清楚被感知世界的目标与过程世界的行动之间的相互关系。当这些相互关系被意识到并用语言表述出来 时，它们就相当于我们通常所说的手段—目的分析。给定一想望的状态和现存状态，适应性生物的任务 就是找到这两个状态的差别，然后找到消除该差别的相关过程。 于是，要解决问题，就要使对同一复杂现实情形的状态描述与过程描述不断相互转化。柏拉图在 《美诺篇》中论证说，所有的学习都是回忆。他认为，除非我们已经知道问题的答案，不然我们就不能 发现或认出这个答案，他不能做出别种解释。这一悖论的产生缘由就是我们与世界的二元关系，该悖论 的解决也要靠这种关系。我们给出解法的状态描述，这就是提出了问题。这一任务就是要找到一个能从 初始状态产生出目标状态的过程序列。从过程描述向状态描述的转化使我们能知道，什么时候已经达到 了目的。对我们来说，解法真正是新的—我们并不需要柏拉图的回忆理论来解释我们是怎么认出解法的。 现在已有愈来愈多的证据表明，称为“人类的解决问题过程”的活动基本上是一种手段—目的分析， 它的目的是：发现对通向想望目标的路径的过程描述。一般范式是：给定一设计图，找出相应的“药方” 或实现方法。很多科学活动是这一范式的应用：给定某些自然现象的描述，求出能描述产生这些现象的 过程的微分方程。 复杂系统的描述可取许多形式。尤其是，我们可以对复杂系统进行状态描述（设计图或药方），也 可以进行过程描述（实现方法）。 系统有多复杂或多简单，关键取决于我们描述它的方式。世界中的多数复杂结构有大量的沉余成分 ，我们可以利用这一沉余性来简化其描述。但是，要想利用它，要想实现简化，我们必须找到正确的表 现方式。 P200 约翰·H·霍兰[美]【2】 复杂适应性系统（CAS）领域的先驱者之一：霍兰，在寻找支配CAS行为的一般原理中有独特的洞见。 我们将CAS看成是由规则描述的、相互作用的主体组成的系统。这些主体随着经验的积累，靠不断 变换其规则来适应。在CAS中，任何特定的适应性主体所处环境的主要部分，都由其他适应性主体构成 ，所以，任何主体在适应上所做的努力就是要去适应别的适应性主体。 霍兰将CAS组成划分为7个基本点，4个是特性、3个是机制：聚集（特性）、标识（机制）、 非线性（特性）、流（特性）、多样性（特性）、内部模型（机制）、积木（机制）。 在积木（机制）这个地方，霍兰展现了他的一些认识： 我们来看看人类最平凡的一个能力，即把一个复杂事物分成若干部分的能力，......，当我们做这件 事时，组成部分绝不是任意的。它们可以一用再用，构筑和完成大量各种不同的组合，就像孩子们搭积 木一样。事实上，这是非常明显的，通过自然选择和学习，寻找那些已被检验过能够再使用的元素，人 们就能够把复杂事物进行分解。 广义地说，如果建造模型可以包揽大多数科学活动，那么，寻找积木就成为完善那项活动的一门技 术。在物质结构的最底层，我们有盖尔曼的夸克。夸克的组合产生核子，即下一层的积木。迭代这个过 程，上一层的积木通过特殊的组合，派生出下一层的积木。结果就是夸克/核子/原子/分子/细胞器/细胞/......，这个序列就是物理学研究的基础。 将我们的注意力局限于物理学积木是错误的。无论在哪里，积木都是人们认识复杂世界规律的工具。 使用积木生成内部模型，是复杂适应系统的一个普遍特征。 P37 菲利普·纳尔逊[美]【3】： 为什么物理学能有效描述物质世界： 对于一个由大量的全同成分组成、并且在各成分之间存在局域相互作用的系统，当我们在比其组分 大得多的尺度上研究它时，问题通常能得到极大简化：只需要几个有效自由度既可描述该系统的行为， 而且只涉及几个唯象参数。 例如：工程师在设计桥梁时就不需要解释钢材的具体原子结构（尽管钢材的确是由原子构成的）。 相反，他们把钢材作为连续体处理，这种连续体具有一定的抗变形能力，这种能力由两个数字表征（称 为体积模量和剪切模量）。 正是因为桥梁比铁原子大得多，才使得连续介质弹性理论获得成功。 上述的另外一个表述方式是：大自然按空间尺度划分为不同的结构层次，而每个层次与更低层次的 几乎所有细节都是无关的，毫不夸张的说，正是这一原则解释了物理学事业究竟何以可能。从物理学史 来看，有关物质结构的思想先是从分子发展到原子，接着是质子、中子、电子，进一步到组成质子和中 子的夸克，也许将走到更深的物质结构层次。如果在取得任何进展之前都需要所有深层次的结构，那么 这个事业根本不可能起步！相反，虽然已知物质是由原子构成的，但如果必须将桥梁看作是原子的集合 的话，我们将根本无法理解它们的结构。每一个新的空间尺度上都会出现简单的规律。 很明显，品茗中的香气、口感是嗅蕾、味蕾神经网络的生物神经元或神经团的电位发放特性，而生 津回甘这个生理现象的驱动着：体温不同于静息的上升，是基于细胞熵减的做功放热过程，完全的不在 一个层次上。 香气、口感这种品茗的愉悦性，与生津回甘这种品茗的愉悦性，是两个不同层次的品茗愉悦性。 这种不同层次上的研究，构成了不同科学共同体所遵循的范式，有自己独特的描述语言，她们具有 不可通约的性质。 这里我们介绍一下托马斯·库恩[美]的科学哲学内容（引用２０１２年度文章已经成型的内容）： 关于托马斯·库恩的科学哲学及他的《科学革命的结构》 范式&不可通约性概念： 不可通约概念来自数学用法中指“没有公约数”，库恩的不可通约概念是指对于处在同一条历史线 索上的理论来说，这一术语意味着没有一种共同的语言可以完全翻译这两个理论，虽然库恩指前后相继 的旧与新理论而言，但对平行的理论推广来说，一个理论的某些陈述不能用任何适合表达另一个理论的 语言来表述，反之亦然， 也是成立的。 库恩是这样描述的： 同一个言语共同体的成员也是共同文化的成员，因此呈现在他们每个人面前的应该是同一范围的对 象和境况。如果他们要互相指称，那么他们每个人都必须把每一单个的术语与一套规则联系起来，这套 规则尽管无须区分其他仅凭想象的对象，但却要足以区分其指称对象与该共同体世界实际呈现的其他种 对象或境况。因此，正确识别一组成员通常也需要了解参照组的知识。没有一个指称术语和表述是在孤 立于世界或彼此孤立的情况下习得的。 库恩称： 科学研究中的范式共同具有两个基本的特征：它们的成就空前地吸引一些坚定的拥护者，使他们脱 离科学活动的其他竞争模式。同时，这些成就又足以无限制地为重新组成的一批实践者留下有待解决的 种种问题。【4】思想可能需要在科学共同体的社会学中，才能被确立起来。【5】“范式”在一段时间 里为实践共同体提供典型的问题和解答。【6】不同学派之间的差别，不在于方法的这个或那个的失效， 差别在于我们将称之为看待世界和在其中实践科学的不可通约方式。【7】范式通过革命向另一种范式的 过渡，便是成熟科学通常的发展模式。【8】学派都从它与某种特定的形而上学的关系中吸取力量，每一 个学派都强调作为范式观察结果的现象，而这些现象正是该派理论最能解释的。其他的观察通过特设性的 精心说明来对付，或者把它们作为突出问题留待做进一步的研究。【9】理论要作为一种范式被接受，它 必须优于它的竞争对手，但它不需要，而且事实上也决不可能解释它所面临的所有事实。【10】 参考文献： 【1】《人工科学》【美】司马贺著 【2】《隐秩序--适应性造就复杂性》 【美】约翰·H·霍兰著 周晓牧 韩晖译 上海科技教育出版社 2011.08 【3】《生物物理学--能量、信息、生命》 【美】菲利普·纳尔逊著 黎明 戴陆如译上海科学技术出版社 2006.12 【4】《科学革命的结构》【美】托马斯·库恩著金吾伦胡新和译 【5】《科学革命的结构》【美】托马斯·库恩著 金吾伦 胡新和译 【6】《科学革命的结构》【美】托马斯·库恩著 金吾伦 胡新和译 【7】《科学革命的结构》【美】托马斯·库恩著 金吾伦 胡新和译 【8】《科学革命的结构》【美】托马斯·库恩著 金吾伦 胡新和译 【9】《科学革命的结构》【美】托马斯·库恩著 金吾伦 胡新和译 【10】《科学革命的结构》【美】托马斯·库恩著 金吾伦 胡新和译 |
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