戒烟了就喝茶分享 http://blog.sciencenet.cn/u/newport 中国农科院上海兽医研究所研究员 功能基因组学及免疫信息学

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夜读偶感(20)近现代科学概念与方法的演化(1)

已有 2862 次阅读 2012-9-9 00:29 |系统分类:人文社科| 概念, xml


博主攻读硕士学位期间<上世纪80年代中>师从著名生物学家张作人教授, see http://baike.baidu.com/view/1124458.htm,做纤毛虫皮层形态发生研究,用显微切割方法使纤毛虫形成背对背的双体所谓背联体,然后观察这些背联体分裂过程中其皮层纤毛模式是怎样保留到新分裂的虫体中去的,显然这些纤毛小器官的发生不能用核酸染色体编码基因的控制信息来解释,因为背联体所具有的皮层纤毛模式是我们用人工方法诱导出来的新的结构,属于结构遗传学的课题。是时张先生已年届耄耋,但还是每天来实验室看看,且给我们讲生物哲学的课。我认为张先生使用的是系统生物学的哲学观点,他把生命系统不看成是简单的分子细胞的行为,认为生命系统有整体的功能,故而认为简单的还原论即分子生物学和基因遗传学不能完全阐明生命的本质。记得有一次上课张先生给我们讲了普里高津的耗散结构理论,我当时感到十分诧异,这么时髦的新三论之一的理论张先生也用上了<后来我猜测,张先生熟悉普里高津的耗散结构理论,一方面是在观点上认同,另一方面,张先生也是比利时布鲁塞尔大学1930年的博士,和普里高津是校友,但普里高津是在1941年拿的博士,对有名的校友有更多的关注也是可能的>。我那时对科学哲学有点兴趣,而且数理功底也还行,对于耗散结构理论在技术上的阐述用到的数理术语和公式也可以了解个大概,比方说微分方程的结构稳定性理论,李雅普诺夫函数,热力学熵等概念,也就买了一本书叫《普里高津与耗散结构理论》来读,该书由湛垦华和沈小峰等主编,陕西科学技术出版社出版。尽管我手头的这本书现在发黄了,在我考虑系统生物学方面的问题时,我还是会拿出来浏览一下,前几年我编《免疫信息学原理及其应用》时,有关的章节涉及免疫系统复杂性特征的问题,也参考过这本书。这本书的内容主要还是科学哲学方面的,我觉得一些章节对于我们理解什么是科学,以及科学作为人类文化的一部分在人类生活中的意义等都是非常值得一读的,故这里转载其中的一篇文章的部分内容,供感兴趣的看官参考。

对科学的挑战

1686428日是人类历史上最伟大的日子之一,这样说并不算夸张。牛顿在这一天向伦敦皇家学会提出了他的《自然哲学之数学原理
这部著作总结了运动的基本定律,清晰地表述了质量、加速度、惯性等这样一些我们至今仍在使用的基本概念。影响最大的也许是这部《原理》的第三编,即"论宇宙系统",因为它包含了对万有引力定律的叙述。与牛顿同时代的人,立刻抓住了该书的这个突出的重要之点,无论在伦敦还是在巴黎,"引力"成了人们谈论的主要话题。

 

艺术和文学是不分地域的,既不能在中国的山水画和西方的印象派的风景画之间容此而拒彼,也不能在印度史诗和荷马史诗之间抑是而扬他。但是,现代科学的成果,从某种意义上可以说主要是由西方世界创立的。

 

从牛顿的《原理》到现在,已过了三个世纪。科学以难能置信的速度得到了发展,越来越深入我们的生活。我们的科学视野已大到真是异想天开的地步。在微观范围内,基本粒子物理学所研究的过程已涉及到10-15cmcm10-22秒数量级的物理尺度。而在宇宙范围内,宇宙学却把我们带到1010光年的数量级,即所谓"宇宙的年龄"。科学与技术的联系比以往任何时候都更加紧密。生物工艺和信息技术的新进展,将使我们的社会生活发生根本的变化。

 

与这些量的增长相提并论的是质的深刻变化,其反响不仅远远超出科学的本来意义,而且还影响到自然界的"映象"。西方科学的伟大奠基者们,强调自然定律的普遍性和永恒性,他们要表述的是符合真正理性定义的普遍图式。正如伯林在《反潮流》的导言中极好地表达的那样,"他们寻求包罗万象的图式,宇宙的统一框架。在这个框架中,所有存在的事物都可以被表明是系统地,即逻辑地或因果地相互连接着的。他们寻求广泛的结构,这结构中不应对'自然发生''自动发展'留下空隙,在那里所发生的一切,都应至少在原则上完全可以用不变的普遍定律来解释"

 

这种寻找普遍图式的企图确实有过富有戏剧性的似乎接近成功的时刻。提到这种时刻,人们会想起玻尔对原子模型的著名表述,他的原子模型把物质归纳为电子和质子组成的简单的行星系统。另一次大的振动人心的时刻发生在爱因斯坦想把物理学的一切定律都压缩到一个"统一场论"中去的时刻,这个巨大的梦想今天已经破灭了。无论向哪里看去,我们发现的都是进化、多样化和不稳定。令人惊奇的是,无论在基本粒子领域中,在生物学中,还是在天体物理学中(它研究膨胀着的宇宙以及在黑洞的形成中达到其顶点的恒星进化),都是这样的。

 

人们对自然的看法经历了一个向着多重性、暂时性和复杂性发展的根本变化。我们要在本书中加以分析的,正是这种在科学史上不曾有过的新形势。

 

经典科学把重点放在与时间无关的定律上。一旦给定了初始条件,这些永恒的定律决定了永久的未来,就像它们已经决定了过去一样。这样的观点唤起了我们的热忱,因为它启示我们:世界对于人的精神来说是有智能的。不过,它也向我们提出了一个问题,因为以这种方式"解释"的世界,就像是一个自动机,一个机器人。众所周知,驱使希腊原子论者德漠克里特、伊壁鸠鲁、卢克莱修工作的动力之一就是,他们想把人们从害怕之中,从无知的恐惧、神的愤怒之中解放出来。卢克莱修一再重复,我们无所惧怕,世界只是"原子""虚空",而没有别的。我们必须克服我们感觉的幻影,去更深刻地探讨现实性的意义:

 

你切不要怀疑我的话,

说我们的眼睛并没有看见事物的始基;

 

因为,你该记住那些别的东西,

人们知道它们存在于这个世界中,

但是它们却不能被我们看见。

 

这种对于物质世界,对于原子和虚空的描写还提出了另一个问题,即提出了莱诺伯(Lenoble)称之为"现代人的忧虑"的情形:怎能在这原子的随机世界中认出我们自己呢?科学是根据人和自然决裂这种思想定义的吗?"一切物体,苍穹、星辰、地球及其王国,都不等同于哪怕最低级的思维,因为思维在自身中知道所有这些物体,而这些物体却什么也不知道。"这个帕斯卡的箴言表达了这种疏远的感情。这种感情我们也在杰出的科学家如莫诺那里找到了:"人们终将从其千年致福的美梦中醒来,而且在这样做的时候,走向其完全的寂寞和根本的孤立。现在,只要他终于实现了这些,他就会像吉卜赛人一样生活在异乡世界的境界。这异乡世界对他的音乐毫不欣赏,对他的希望如同对他的受苦和犯罪一样无动于衷。"

 

如李约瑟强调的,西方思想总是在作为自动机的世界和作为上帝主宰宇宙的神学世界之间摇摆。李约瑟把这叫做"欧洲精神分裂的特点"。我们真的必须做出这个悲剧的选择吗?我们必须在导致"精神错乱"的科学与关于自然界的某种反科学的形而上学观点作出取舍吗?本书的目的是要表明,这个选择不再必要了,科学今天所经历的变化导致一种全新的局面。科学的兴趣正从简单性向着复杂性转变。对于微观世界简单性的信念已经被打破了。这个转变引导我们把重点放到新概念和新方法上。阿瑟·爱丁顿在他的极好的著作《物质世界的本性》一书中,引入了第一级定律与第二级定律的区分。"第一级定律"控制着单个粒子的行为;"第二级定律"可适于原子或分子的集合。第二级定律的一个杰出范例、就是引进了""这个概念的热力学第二定律。爱丁顿写道:"从科学的哲学观点来看,我认为,与熵相连的概念一定会作为19世纪的伟大贡献列入科学的思想之中。因为它标志了自这样一种观点的反动,即科学需要予以注意的任何事物都是用对客体的微观解剖来发现的。"我们觉得爱丁顿正在创立一个非常重要的观点。诚然,当代科学的一些最伟大的成功确实涉及到在微观水平如分子、原子或基本粒子水平上的发现。例如,分子生物学由于孤立出在生命机制中起根本作用的特殊分子而获得了巨大的成功。实际上,这个成功是如此压倒一切,以至对于许多科学家来说,研究的目的,按爱丁顿的说法,已变成"对客体的微观解剖"了。

 

热力学第二定律的这种表述是在19世纪中完成的,但从那时以来,研究复杂系统的倾向一直继续着。今天我们终于可以说,我们的兴趣正从"实体"转变到"关系",转变到"信息",转变到"时间"上。这样说虽然有点过于简化。科学的这个最新的进化给予我们一个难逢的机会去考虑科学在总的文化框架中的地位这样一个问题。现代科学是在欧洲,在17世纪的特定脉络中发源的。我们现在已经到了20世纪末,科学似乎给我们带来了某些更加普适的信息,处理人与人的关系,也处理人与自然的相互关系的信息。本书正是要阐明这个新的信息.




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