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与师生谈科学之弊3:线式因果思维3 精选

已有 11328 次阅读 2013-5-20 16:16 |系统分类:教学心得

学:学生,教:教师,李:李晓榕。

学:到底什么是科学?

李:不仅“科学”没有一个公认的定义,连更容易的科学的划界问题(即科学与非科学的分界的确定)都没有解决,它是科学哲学中的一个老大难问题。科学哲学界之外对科学的“定义”往往美化科学。举例来说,国内有一本谈科学与人文之关系的书说:“科学到底是什么呢?科学是认识,是获得正确知识和规律性知识的认识活动,以及经过这样的认识活动形成的知识体系。这样理解科学,应当说是全人类长期使用这个概念所达成的共识,也是科学的本质意义。”这个说法带有浓重的科学主义色彩,照此说法,科学是获得正确知识和规律性知识的必由之路,它排除了其他可能性。有一位著名科学史研究者把科学大体上定义为“描述、预测、解释并理解围绕在我们周围的这个世界的系统尝试”。按如此宽泛的定义,神学不也可以成为科学?我不想给科学下一个定义,只想指出它的几个要素。如前所述,“科学之魂”是要求理论结果与观察实验等证据吻合,“科学之魄”是追求简易“科学之血”是分析还原方法,前面说过,后面还会详加论说。上面刚说过,线式因果思维是“科学之气”。此外,科学的基础是逻辑,科学的语言是数学。在下面的座谈中,我要指出,所有这些要素都有弊端和本质局限。

言归正传。在不少情况下,寻找线式因果不是徒劳无功,就是误入歧途,因为所谓“因”和“果”常常相互制约、互为条件。误入歧途比劳而无功更有害。比如,著名数学家克莱因(Felix Klein)认为,数学的基础既没有最终结局,也没有最初起点。圈式思维也是“无始无终”的。

学:为什么说西方思维是“线式”因果思维,为什么说是“线式”的呢?

李:我说的“线式因果”有两大含义:①它是相对于“圈环”而言、不成环的“线”式,强调由“因”至“果”的单向性,而不是因果循环。②数学上的线性被定义为可加性和齐次性的交集,它实际上是指满足叠加原理,即可以分解分析,逐个独立处理,然后靠叠加(加权和)得到总效应,所以可以用早先谈研究策略时说过的“分进合击” 。可以这么做的必定是简单的,复杂的必定是非线性的,因而“线性”隐含着“简单”之义。这儿说的“线式”思维虽然不是数学上严格意义的线性,但也暗示着可以先分解再叠加,因而与后面要讨论的科学的分析还原方法是“暗通款曲”的,它也意味着简单。所以,“线式因果思维”基本上就是“非环式的单向简单因果思维”。而且,在用统计规律代替因果律时,有大量科研成果是基于刻画两个随机变量之间关系的相关系数的,而这实际上是“线性相关系数”,在前面已经解释过

学:为什么科学要坚持线式因果思维呢?

李:坚持线式因果思维对于科学的巨大成就居功甚伟,既然效果好,坚持也就理直气壮。其实,历史上时不时有人反对因果律,要把它赶出科学,但都不成功。著名哲学家、逻辑学家、数学家、诺贝尔奖得主罗素(Bertrand Russell)有个著名论断,大意是:因果律就像君主制,之所以能存活,表面上是因为人们误以为它无害而有智慧,而实际上是因为已有的诸多替代比它更糟。不过我认为,中国传统的圈式思维在此有其优势。罗素终身看好中国传统文化,认为其中含有根治西方文化致命痼疾的良方。

   依我之见,混沌现象的发现和对混沌的研究,给这种线式因果思维敲响了警钟。

学:对于混沌,我们多少有点耳闻,但不知道到底是什么。您能不能解释一下?

李:简单地说,对于一个混沌系统,初始条件的微小改变,将导致混沌行为的巨大变化,即所谓“差之毫厘,失之千里”。一个形象生动的例子是:巴西的一只蝴蝶拍拍翅膀,就在亚洲引起一场龙卷风。这时还坚持认为初始条件的改变是系统变化的起因,还坚持线式因果关系,那么这种强迫症是病入膏肓了。然而,人们研究混沌的结果正是如此:混沌意味着由“因”无法预测“果”——仍然把初始条件当做是系统行为结果的“因”。其实,因果关系是科学的关键基础,但与其他概念一样,其价值在于思维的经济性和简约性,它的引进在不少情况下可以大大简化思维。当所谓“因果关系”这么复杂时,还墨守成规,抱残守缺,固执地认定它们是“因果”,自讨苦吃,究竟何益?

教:依您之见,混沌到底是怎么回事呢?

李:混沌至今没有普遍接受的严格定义,一般认为是非线性复杂动力系统中局部不稳定的非周期现象,是对初始条件极度敏感的高度不规则行为。当它由非随机简单模型所产生时,离不开迭代或循环,也就是因果的循环,就是圈环。在埃舍尔(Maurits Escher)的名画《手画手》(见下图)中,孰因孰果——究竟哪只手在画哪只手?因果律并非放之四海而皆准、行诸百世而不悖。如果要追究混沌行为的起因,与其说是初始条件,不如说是这种循环。微分方程和差分方程是对付动态过程的数学工具。它容易误导患有线式因果逻辑强迫症之人简单地认定,初始条件是动态行为的原因,因为初始条件先于动态行为,而“因”总是先于“果”的。


埃舍尔的名画《手画手》


学:我不明白这个混沌的例子跟直线式或圆圈式思维有什么关系。

李:直线因果思维强调因果,圈式思维不特别强调因果。混沌研究的“结论”是:由因难以得到果,包括其先驱、大科学家庞加莱也认为,混沌说明,无法用初始条件这个因去预测会发生什么事,即由因推不出果。甚至有人目光短浅,将“无法做长期预测”作为混沌的定义。所以,有些科学家把混沌当做人类知识的极限,认为它是大自然对人类的宣判:到此为止!(Here you can go no further!)我的意思是:并非如此,不该认为初始条件是因。混沌只是对线式因果思维的挑战,并不表示人类知识的极限。总之,他们认为混沌给科学出了个难题,我说混沌提醒我们线式因果思维的局限。我们应该警惕,不该到处乱用这种思维。

学:既然从因到果这条路断了,那怎么可能循环起来?

李:因果之路断了是指由初始条件无法预测结果,但混沌现象的产生本身需要数学上的迭代或物理上的循环。与此类似,对于不稳定的系统,一个很小的初始扰动或误差,转很多圈后会变成什么可能完全无法预料。不稳定的原因是系统,而不是初始条件。把初始扰动或误差当做原因没有好处。没好处,就不该这样想,或者说这样想是不对的。它不必要地复杂,如前所述,太复杂就错了


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3:何谓自我剽窃?                                              4:版权

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7:其他学术不当行为                                            8:总结



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