博文

与师生谈科学之弊11：强拆硬分精选

已有 12092 次阅读 2013-8-15 14:55 |系统分类:教学心得

学：学生，教：教师，李：李晓榕。

李：为什么数学在物理学中应用如此成功？为什么自然界要满足“人造”的数学？诺贝尔奖得主、著名物理学家维格纳(Eugene Wigner)对此大惑不解，写过一篇著名的文章“数学在自然科学中不可思议的有效性”（The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences）。对此解答各异，众说纷纭。著名物理学家朗道（L.D. Landau）甚至说，理论物理学的数学严谨性是自欺欺人。我有个相关的问题。简单地说，物理学中的场波和粒子分别对应于数学的连续和离散。物理学上的量子集波粒二象于一身。在数学世界里，却没有这种身兼二职的“量子”：连续和离散有本质不同，它们只在极限意义下才有可能统一，只有极限才能产生质变飞跃。而物理学的量子是微观物质，并非极限量。所以，数学和物理学在此并不吻合。既然它们的成果老是彼此借鉴、彼此移植，不妨预言，数学和物理学势必发展，进而消除这一不符。

再举一例。假设张三和李四在身体外貌、经历记忆以及性情修养、知识文化等方面都天差地远。一次车祸摧毁了张三的身体和李四的大脑。经抢救，张三的大脑和李四的身体被完美地成功相连而成一个人。你们说这个人现在是张三呢，还是李四？

学：当然是张三。

李：为什么？

教：因为他具有张三的全部自我意识、性情、意愿等，而这些完全依赖于记忆，所以，具有谁的记忆，就是谁。

李：何以见得？即便自我意识完全依赖于记忆，记忆也包括对自己身体和体能的记忆。他对身体和体能的记忆明显与事实不符，比如张三原来因身材高大健壮而自豪，而李四瘦小体弱多病，这将极大地动摇他的自我意识。

学：我想，也许可以认为他是李四，因为他会不断调整自我意识，使其与自己的身体相符。意识可以改变，而身体难以大幅度改变。

李：依我之见，他既不是张三，也不是李四，而是一个新人。你们的答复都犯了强行分解还原的毛病，即把一个人的身份本质强拆硬分成或者是记忆，或者是身体。其实，一个人的身份兼含生理和心理等方面，缺一不可，也就是我说的有多相本质，这就像身兼波粒二象的微观量子，其实既不是场波，也不是粒子。在科学上遇到这种具有多相本质之事，人们常常各执一词，争执不休。反之亦然：对于“各执一词，争执不休”之事，往往是由于它难以分析还原，比如具有多相本质。

学：您说世界既不是连续的，又不是离散的，这比较容易接受，因为世界是个大杂烩，可以既有连续的成分，又有离散的成分，但是您说量子既不是波，又不是粒子，这不容易接受，因为量子是个单一的东西。

李：问得好。粒子和场波都是人们从宏观物质形态中抽象出来的概念，它们主要分别对应于固态以及液态和气态，宏观物质都可以归于这两类中的一类。微观量子是不属于这两类的“另类”，所以我说它既不是场波，又不是粒子，也可以说，既是场波又是粒子。如果宏观物质中也存在身兼波粒二象的类似形态，人们会形成相应的概念，也就不会因为量子的波粒性而奇怪了。

教：我想，我们觉得量子身兼波粒二象很奇怪，是因为波和粒子不相容。

李：其实它们未必不相容，只是我们没见过听过而已。就像一个只见过固体和气体的人不容易理解和想象液体一样。我们可以说液体既非固体亦非气体，也可以说它既是固体又是气体，因为它兼含二者的某些特性。不过，基于A和B两种特性提出一种分类，后来发现存在兼含A和B性质的东西，那么，这种分类一般不太好。所以，在宏观世界里谈波粒性不差，但在微观世界里谈就不好。更一般地说，把一个复杂概念还原成几个所谓的原初概念，也一样。如果某个概念无法进一步还原，还原论者就会认为，这个概念也是一个原初概念。这样，还原论似乎立于不败之地。举个例子。对意识的起源问题，用分析还原始终是雾里看花，不得要领。无奈，有些研究者只好认为：意识是一种基本存在实体。这等于承认意识是不可还原为物质的。问题是，当一个东西用分析还原行不通时，就说它是不可进一步还原的原初单元，还是抱着还原论不放，只是增加原初单元的集合，这是不是抱残守缺？其实，这支持其他更合理的观点，比如，美国著名实用主义哲学家、心理学家詹姆斯（William James）早就认为，意识是机能（function），不是实体，也无法还原为实体。当代著名神经学家埃德尔曼也指出，意识是一个过程，它是脑这种特殊的结构形态与环境相互作用时表现出来的动态性质。与此相通，前面说过，对无歧纯一性的要求，导致数学和逻辑不能胜任具有多相本质的事物。其实，所谓多相本质，都是针对现有的基本原初概念而言。比如我们说，无穷小既有过程性又有完成性，因而有二相本质，但是如果我们已形成一种“过程-完成性”单一不可分的清晰概念，从这个角度来说，无穷小只有单一本质。

教：为什么科学必须采用分析还原的方法？

李：并非必须，只是近现代科学老是采用这个方法。科学追求清晰精确的普适真理，坚信世界的简单性和科学的统一性。一事物作为一个整体，必须浑然一体，而它又有多个彼此不同的方面。所以，科学方法只能逐一对付事物的不同方面，这就要求分析还原，作“片面化”处理。不同的学科和理论针对不同的事物或不同的侧面。惟其如此，对于分析还原的过分倚重，导致现代科学知识总是“盲人摸象”——针对特殊方面，只是特殊的命题，注重内部结构，忽视相互联系和整体性，因而总是片面的，难以获取关于事物自身完全正确的整体知识。

不少杰出思想家都对此有深刻清醒的认识。比如，英国著名哲学家怀特海（Alfred North Whitehead）早在1925年就提出了用机体论代替还原论，用反映本质变化的“事件”或由性质和关系构成的“机体”，来代替分析还原的“元素”或实体，发“建设性后现代主义”之滥觞。他强调部分与整体的相通和统一，其认识论接近于中国传统。奥地利科学家贝塔朗菲（Lugwig vonBertalanffy）创立了一般系统论，其机体系统论的基本观点系统、动态和等级，都与分析还原格格不入。当代德国大哲学家海德格尔（Martin Heidegger）认为西方文明已误入歧途。也许受到了老子“天、地、人、道”的启发，他强调天、地、人、神的四重统一而不是分裂，其中的“神”与老子的“道”大为相通。印度大文豪泰戈尔旗帜鲜明地反对科学的割裂、分析和抽象，主张对宇宙人生直观亲证整体，复归自然。他要求具体，反对科学的抽象。

学：分析方法非常强大，您说它是西方的，难道中国古代没有发现它？

李：早先在谈研究策略的“分而击之”时，重点谈过分析方法，它是西方科学的主要特征之一，在科学中无处不在，我称之为“科学之血”。中国传统中的分而击之思想，应用没有这么广泛，地位没有这么崇高。而且，中西分析思想有重大差别：西方的分析主要是分解还原为更深的层次，是一分为多，重分不重合，所以往往更深入细致精确，但易于割裂分块之间的联系，缺乏全局观。它的一个典型代表就是早先说过的计算机学科的“if…then…”。中国传统的分析，主要不是还原为更深的层次，而往往是在同一层面上基于阴阳的“一分为二”，但重在其后的“合二而一”，它寓合于分，以分求合，至少是分合相辅，这与早先所谈研究策略中的“分解-融合法”，一脉相通。

总之，作为科学方法，分析还原追求精确性和清晰性，为此有时不得不割裂事物，失去了对事物的整体系统性、多元辨证性和变化生命性的把握。此外，用分析还原是难以解释“量变累积成质变”的，所以，彻底的还原论者恐怕不会承认“量变累成质变”的可能性。

正在出的博文系列：

与师生谈现代化之弊

1：崛起的代价 2：发展必好无疑？

与师生漫谈科研

1：我有科研之才吗？ 2：我该做科研吗？

3：逻辑推理的作用 4：人生价值

5：生命的延续

已出博文系列：

与师生谈科学之弊

1：线式因果思维1 2：线式因果思维2

3：线式因果思维3 4：螺环之奇妙