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生态学与数理科学的区别?—从万物皆为数谈起

已有 4401 次阅读 2010-4-21 11:54 |个人分类:未分类|系统分类:教学心得

数学、物理的特点,具有严密的逻辑性,也就是1+1严格等于2。回想一下,我们学习过的数学、物理的公式,以及与之相关的各种推导,演算过程都是对错分明的,结果唯一的;也就是说,几乎所有教科书上的公式都是可以从最原初的几条公理推导、演算而来,这就是数理科学它所追求严密的逻辑性。

再举一个案例,在之前我们讨论过一辆自行车的构成,从单个部件设计到系统结构,再到骑行功能的实现,在这个系统形成的过程中,其追求的结果是唯一的,也就是要求实现骑行功能;为了达到这个结果,工程师们就必须具备严密的逻辑思维,从精密地设计单个部件起步,然后将各个部件严谨地组合在一起,最后实现骑行功能。

以上就是我们所谓的工科思维!也就是在深刻认识系统内部各个要素的完整逻辑关系的基础上,为各个要素赋以逻辑结构,进行整合,追求一个确定的结果的完美实现。

古代希腊有一位非常著名的数学家、哲学家,毕达哥拉斯就提出过这样一个观点,把这种思维方式到了发挥到了极致,他讲一句话,叫做“万物皆归于数”,也就是说世界上的万事万物纵有万般变化,也逃脱不开最原初的1+1=2的公理。这句话,换言之,这个颇为神秘的千古预言,在21世纪的现实生活当中出现了!不过预言只存在于现代的科幻电影中,也就是著名的电影《黑客帝国》:用一台计算机,用二进制的计算机语言,模拟出了大千世界,众生百态。

科幻毕竟还是科幻,人类虽然在2000多年前的古希腊时期就深刻地认识了几何原理;在400多年前的文艺复兴和继后的工业革命时期,就发现了万有引力,发明了蒸汽机、纺织机等工业机械设备;在40年前人类所发明的由千万个零件组成的火箭、宇宙飞船、飞行器跨越地球生命的极限之所,去感知更为浩瀚的宇宙星空;但是对于自然界的各种现象却始终停留在解释说明的水平上。在现实之中,我们无法用一套数学公式,在一台计算机里面模拟出自然的千姿百态,不用说生物的进化过程,就是在现场受控试验围隔里面发生的一次蓝藻水华,现在也无法用数学模型完整的呈现。

在生态学里面,我们讲蓝藻水华,我们分析它的成因,我们会提出各种限制性营养因子,以及制约条件如气候变化、浮游动物捕食等,然后对于结果,也就是某一次蓝藻水华的发生及其强度,我们无法像天气预报一样精确,只能说在某一条件下蓝藻水华极有可能发生。

可以说,生态学这门课程的特点,就是对生物与环境之间相互作用的各种基本规律进行解说,这些基本规律之间并无严密的逻辑联系,更无法似数理科学那样都从最原初的公理导出。这好比是一间房子,数理科学的房子和里面部件都是由玻璃制成,我们不但了解它的表象也了解生成表象的内在逻辑规律;而生态学的房子则是黑色或者说是灰色的,你看得见房子的形状,或者你走进房子,你看得见房子里面每一个器物的形状,理解的了它们的功能,但是对于房子和器物内部的结构,皓首穷经也无法完全知晓。

所以大家在学习生态学的时候会有一个普遍的感觉,就是这门课比较空,因为它与你们以往的认知,也就是长久建立的工科思维有所不同,它解释自然现象居多,知识体系相对较为分散,特别是无法完全量化,出各种计算题考验大家。但是这种源于自然的分散性与不确定性,何尝不是一种纯真的美,启发着我们探寻生命的真谛呢?



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2 高建国 蔣勁松

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