论复杂性研究对还原论的超越，本文主要内容关键词为：复杂性论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：B565.59 文献标识码：A 文章编号：1000—5587(2007)01—0035—05
还原论的分析观，是一种只见树木不见森林的片面观点，它对于科学发展的一定时期，对于科学的进步来说，是完全必要的，甚至是必不可少的。这样做时，可以使人们关于对象的知识得以深入。但是，当科学的知识积累起来，当人们的认识由一个个点发展到需要进一步弄清这些点之间的联系，需要把个别的知识综合起来时，还原论纲领的局限性就明显起来。复杂性科学的兴起，是与克服这样的片面性相联系的。也正是在这个意义上，复杂性范式的形成就代表了科学研究范式的一种转变，超越还原论也就成为一种必然的趋势。[1] 复杂性科学不能按照还原论的研究纲领来进行，而是要求超越还原论，提出自己的新纲领。作为复杂性的一个重要研究方向，我们有必要对超越还原论进行深入的思考：什么是超越？抛弃还是扬弃？我们要采取怎样的态度和方法来超越？
一、复杂性研究要怎样超越还原论？
最早明确提出复杂性科学是“超越还原论”这一观点的是美国《科学》杂志1999年4月2日出版的复杂性专辑[2]。在这个专辑里，两位编者Richard Gallagher和Tim Appenzeller在其以“超越还原论”为标题的导言中，对他们所指的“复杂系统”做了如下简单的描述：通过对一个系统的子系统的了解，不能对系统的性质作出完全的解释，这样的系统称为复杂系统。用通俗一点的说法，对于复杂系统，整体的性质不等于部分性质之和，即整体与部分之间的关系不是一种线性关系。这一说法虽然很简单，但在科学方法论方面却引起了人们的注意与反思，也就是处理与解决复杂系统有关问题，几百年以来科技界所用的还原论方法有所不足，还需要补充新的方法。他们在文章中说，在西方科学中，“占支配地位的是还原论：物理化学中的问题可以根据原子物理学来理解，细胞生物学根据原生质如何起作用，生物体根据构成它们的细胞系统的相互作用”。“自从西方科学的黎明以来它就是获得有用信息的关键，而且已经通过科学家及其他人深深地植入我们的文化之中”。他们也很清楚，“还原论的不足之处正日益明显”，“所以用一系列整体论的讨论来补充主流的还原论也许会有所裨益”[3]。从此，复杂性科学是超越还原论的科学就成为一种流行的口号。
现在的问题是，我们怎样来理解“超越”？我们把“超越”常常理解为抛弃，也就是把原来的东西扔掉，完全采用新的东西。例如，我们说复杂性科学是对还原论的超越，就认为还原论一无是处，是复杂性科学的绊脚石，只有彻底与还原论决裂，完全采用整体论的方法，我们才能对复杂系统进行研究。在中文中，“超越”是“跃过、越过”的意思。然而，在西方哲学中，超越的意思是对原来的东西作出某种限制。哲学家张世英认为，“超越、扬弃不是绝对否定和抛弃，而是经过它又超越它。”[4](P9) 在其《新哲学讲演录》中反复讲到各种超越的问题，例如纵向超越与横向超越，两种超越的途径，超越自我以及超越之路等等。刘放桐曾经对“超越”做过一段精辟的论述：
‘超越’（英德语动词分别为transcend,transzendieren；名词分别为transcendence,transzendenz）是西方哲学论著中常用的概念之一，它在不同语境下，在不同哲学家那里含义往往有所不同，超越当然包含着对超越的东西的某种否定，但只有个别极端的虚无主义者（例如极端的当代后现代主义者）把这种否定绝对化。在大多数西方哲学家那里，超越只意味着超出某种限制，并无全盘否定之意。有的哲学家甚至还通过超越或类似的概念来肯定在有本质区别的新旧事物之间存在着连续和发展。[5]
黑格尔在《逻辑学》中指出：“扬弃在语言中有双重意义，它既意谓保存、保持，又意谓停止、终结……所以，被扬弃的东西同时即是被保存的东西，只是失去了直接性而已，但它并不因此而化为无。”[6](P98)
人们喜欢把一个东西普遍化、绝对化，把它说成放之四海而皆准的绝对真理，例如牛顿力学原来就被认为是这样的理论，没有适用的边界。然而，任何理论和学说都有自己的边界条件，只是当时没有被发现罢了。相对论和量子力学的提出，就对牛顿力学作出了限制，找到了牛顿力学适用的边界条件：在高速和微观的状态下牛顿力学都不适用，它只适合宏观低速的情况。但是，相对论和量子力学并没有完全推翻牛顿力学，更没有声称要完全抛弃它，只是对它的适用范围做了限制。这就是相对论和量子力学对牛顿力学的超越。哲学要寻求一般性，可是，不计后果的推广是哲学中的一个通病，正如康德所沉痛地解释的那样。概念和观点一般都有一个明确的有效范围，超过这个范围的推广经常会带来错觉。当一些修正哲学注意到还原论在研究简单系统时是成功的，把它推广到所有系统的研究中时就出现了这种错觉。
按照这样对“超越”的理解，复杂性对还原论的超越是什么意思呢？应该说，就像我们刚才对还原论的评价里所说，如果从方法论的意义上来理解的话，还原论并非一无是处，它在上千年特别是最近数百年的科学实践中被证明是立下了汗马功劳，近现代科学离不开还原论。最新的科学进展也证明，诺贝尔奖获得者的科学贡献大部分还是归功于还原论，可见复杂性科学要完全否定和抛弃还原论是不可能的，除非复杂性科学不想被纳入现代科学的大家庭中。复杂性科学必须包容还原论方法，而不是排斥它。之所以会产生复杂性科学与还原论势不两立的印象，主要是复杂性科学的先驱们为了树立复杂性科学自己的科学地位而过分强调了它与传统科学的差别。苗东升认为，“通过揭露还原论和分析思维的局限性来宣传建立系统论的必要性，阐述系统思维的基本内涵，是贝塔朗菲以来历代系统理论家的惯用做法。历史地看，这样做是完全必要的、不可避免的和合理的，但也带来某些片面性，似乎还原论科学对系统思维的兴起只有反面的激励作用，没有任何正面贡献，以至有人声称系统思维的产生源于科学的失败。”[7] 复杂性科学和系统论思想同根同源，所以，他对系统论研究和还原论关系的评论也适用于复杂性科学与还原论的关系。
复杂性科学如果完全排斥还原论和由此派生出来的分析方法，那么对象系统就只能保持着一个原始的完整性，保持着原来的黑箱系统。虽然现代科学与技术已有一定的手段在不打开黑箱的情况下也可以研究黑箱系统，但最好的办法还是能够真正打开黑箱，对复杂系统进行分解，对分解后的部分进行分析。对部分的分析虽然不一定就会对分析整体有帮助，但不分析部分要对整体进行分析更不行。假定对象系统为一片森林，你的任务是保护它，或开发利用它，或二者兼而有之。一定的森林依托一定的山水地形，不同的森林中树木的种类、分布和发育状况亦不同；森林是生态系统，林中的奇花异草、飞禽走兽、枯枝败叶等等，都是它的组成部分。如果你不深入进去了解这一切，仅仅停留于直观的整体把握，即绕着它的周边从外部整体地观察，或者在飞机上整体地鸟瞰，凭借这样得到的知识去行动，那你既无法保护它，也无法正确地开发利用它。正如苗东升所说，“只见树木，不见森林”固然不行，“只见森林，不见树木”同样不行，两者都不是正确的方法。现代人在实践中打交道的对象几乎都是这类系统，如果仍然像古代人那样只重视用整体思维识物想事，满足于“只见森林，不见树木”，将无所作为[8]。没有经过分析思维洗礼的原始的整体方法建立在思维活动的思辨之上，不追求思维过程的可操作性，基本属于经验性思维方式，思维能力来自实践经验的磨炼。复杂性科学属于科学思维方式，强调思维的可操作性，需要通过学习科学和自觉修炼才能建立起来。
二、复杂性研究为什么要超越还原论？
本体论上的还原论包含无演化性、可分解性、线性因果关系、叠加原理等基本主张，并由此导出了简单性的世界观。而复杂系统是具有：1)不可预测性；2)连通性；3)非集中控制性；4)不可分解性；5)奇异性；6)不稳定性；7)不可计算性；8)涌现性等特性的系统，这样面对复杂系统，还原论就在许多方面显得无能为力[9]。
首先，还原论的思维是一种线性思维。传统科学在还原论的指导下，都假定其研究对象各种关系都呈线性关系，这种关系处理起来的确简单，然而在现实世界中却是一种理想化的关系。在现实世界的各种关系中，绝大多数都呈非线性关系。这一点其实传统科学时期也早已知道，只是那时没有合适的处理工具，对非线性关系还难于把握，所以以前都是把非线性关系进行线性化，把非线性关系当作线性关系的近似。只有在符合线性关系的情况下，各种关系的还原才能够真正实现，才能够不丢失重要信息。在复杂系统中，其基本关系是非线性关系，而且这些非线性还不能线性化，否则就不能反映真实。因此，由于非线性关系的存在，在面对复杂性时，还原论就不是一种理想的方法论，必须寻找到适合新情况的方法论。
其次，运用还原论方法进行还原分解之时，我们总是假定系统是可以进行无限分解的，但是在复杂系统中，这种分解难于进行到底。我们在对系统进行分解之时，只是保留和抓住了一些自认为主要的东西，而把许许多多认为次要的东西丢失了。在线性关系之时，小的原因，引起的结果也会很少。然而在复杂系统中，由于非线性的存在，小的原因会引起大的后果，这就是著名的“蝴蝶效应”。所以，在复杂系统中，分解还原并不总是能够进行。在不能进行的时候，强行还原的结果将造成面目全非。
再次，传统的科学一般都是存在性的科学，时间在这些科学中都是一种外在的关系，过去和现在没有明显的区别，各种因素不会随时间而变化。但是，在复杂系统中，我们面对的一般都是时间的参量，都存在生成演化的关系。正因为这样，普利高津认为现代科学的发展趋向是从存在到演化。在复杂系统中，各种变量存在着复杂的相互关联。由于它们的相互作用，将出现我们在线性系统中难以想象的新现象，这也就是复杂系统的涌现现象。还原论所处理的一般是没有新质产生的系统，面对不断有新现象涌现的复杂关系，分解还原将无法处理，强行分解还原将不能产生和解释真正的涌现。这样，我们不得不突破还原论的思维框架，寻找从整体和生成演化的框架下解决问题的方法。
最后，在传统科学中，我们要排除作为主体的人的参与，在主体和客体之间要保持一定的距离，才能保证所谓的客观性的存在。这里的组元都是简单被动的，没有思想、没有主动，只是任凭我们处置的客观对象。但是，在复杂系统中，其构成要素却往往都有主体的参与，主体和客体存在耦合关系。例如，在经济系统中，各种经济组织都是由人组成的，都有自己的意图和目的，并不简单被动。在政治组织中，各种政治团体和个人也都各有想法，并且主动参与系统中的各种活动，并对系统的整体行为产生重要的影响。这些都是霍兰所说的复杂适应系统。面对主体参与、主动适应的系统，还原论的方法无能为力，甚至认为这些都不是科学要处理的事情。在还原论观照下的传统科学观把这些主体参与的系统由于缺乏纯客观性或者说“可证伪性”而被列入非科学的行列，甚至被打入伪科学的冷宫。但是，复杂适应系统又是普遍存在的系统，我们不得不去面对和处理，我们只能说，我们的还原论还存在缺陷，在处理复杂系统时我们一定要超越还原论的思维框架，创造出适合复杂系统的新的方法论纲领。
分析的思想和还原的方法由于过去数百年来的成功，在科学研究中取得了绝对主导的地位，并让我们形成了这样一种观念：当我们认识一个复杂的事物时，我们首先将这个事物依据某种原则分成多个小的组成部分，然后进一步将这些组成部分分成更小的子组成部分，直到能对这些更小的组成部分进行严格而又透彻的分析为止。一般认为如果将这些小的组成部分全部认识清楚，意味着我们已经完全理解了整个系统。正因为数百年来还原方法在各个学科中的成功应用，使得人们产生了还原方法是万能方法的错觉，就像牛顿力学当年被认为是万能理论一样。因此，还原论或者说还原方法就走过了头：近现代科学在取得巨大成就的同时，把还原论当成了唯一科学的方法论，把分析思维当成了唯一科学的思维方式，全盘否定整体思维的价值，从而走向了一个极端。其实，任何理论或方法都具有自己的边界条件。找到自己的边界，定准自己的位置，并不意味着被彻底否定，而是回归到自己应有的地位。还原论在近现代科学中就是一种被无限夸大了的科学方法。这种方法本身并没有过错，过错的是我们把它无限夸大到了不适当的地位。对还原论的超越也就是要对还原论作出某种限制，也就是给原来认为宽大无边的可以处处使用的还原论找到适用的边界条件，让还原论处于自己的合适地位。
三、复杂性研究为什么不能抛弃还原论？
复杂性科学工作者希望在方法论中做革新，以便弥补传统科学难于胜任的一些理论建构，于是提出了超越还原论的主张。但是，他们并没有宣称过要与还原论决裂，更没有说要抛弃还原论。苗东升说系统思维并不排斥分析思维[7]，其实复杂性科学也不排斥还原论和分析方法。
复杂性科学的先驱者们自己虽然强烈反对还原论方法，但他们自己却从来都没有真正离开过还原论。例如，对还原论批判最激烈的贝塔朗菲仍然用微分方程组定义他的一般系统，而以微分方程组作为数学模型正是分析科学的一大创造。他还曾坦言：
在“系统方法”中既有机械论的倾向和模型，又有机体论的倾向和模型。前者企图通过“分析”、“线性（包括循环）因果论”、“自动机”来掌握系统，后者则通过“整体性”、“相互作用”、“动态学”（或任何其他可用以规定二者之间区别的词）来掌握系统。[9](P22)
事实上，所有具体科学层次上的系统理论，如控制论、运筹学、系统动力学、耗散结构论、协同学、混沌理论等，以及后来的复杂适应系统理论等，都在大量使用分析科学创造的数学工具，特别是各种数学方程；所有著名系统科学家不仅不拒斥分析思维，而且力求从分析科学中寻找可用工具，有人甚至主张像物理学那样把系统科学公理化、定量化、精确化。它启示我们，要深刻了解系统论和系统思维，须深入考察还原论和分析思维。相反，一些没有真正做过复杂性科学的人特别是从事复杂性哲学的学者，反而认为复杂性科学是一门全新的科学，其研究的方法论也必须进行彻底的决裂和革新，否则就不能表现复杂性科学的革命性。“在科学研究中一味地追求简单，把复杂性等同于简单性，把复杂系统等同于简单系统，这是十分错误的，必须加以反对。但是，……在以复杂系统作为研究对象的系统科学方法中，简化原则仍然是重要的方法论原则，在系统方法中是不可能放弃简化这种处理方法的，而且还要创造性地发扬简化原则的认识功能。”[10](P110)
在复杂性科学中，美国圣菲研究所的霍兰算是一位重要的开拓者。他最早创立了遗传算法，并在此基础上建立了他的复杂适应系统理论和探索复杂系统涌现规律的涌现理论等复杂性科学的重要理论分支。他在探索复杂性时，其实并没有把复杂性科学和还原论对立起来，相反，他很重视还原论，在其理论的建立过程中大量使用还原方法，并认为只有找到复杂性产生的基本机制，找到涌现的基本规律，复杂性科学才被真正纳入了科学的体系。他在其专著《涌现》一书中的第十章，还专门探讨了层次描述和还原方法，对还原论在复杂性科学中的应用做了详细的探讨[11](P203—218)。他在建立涌现理论时，就把涌现看成是一个受限生成过程。他也大量使用模型特别是计算机模型，并用分析的方法对游戏、西洋跳棋、神经网络等系统做了案例研究。他一方面注意到还原方法的局限，在建立模型之前和过程中，时时不忘整体系统的存在，另一方面他又要将这些现象最终能够采用分析还原的方法建立起理论体系，甚至最好能够建立起公理化体系。他说：“复杂性产生于一些由经过适当选择的规则所定义的系统。因而当观察涌现现象时我们应致力于发现产生涌现现象的规则。运用前面形成的特殊表达方法，关键是需要找到产生涌现现象的受限生成过程。通过这一过程，就能够把对涌现的繁杂的观测还原为一些简单机制的相互作用。”[11](P203) 他在最后一章也希望找到产生涌现现象的基本概念和基本规律，让复杂性理论也像物理、化学等传统的科学一样，具有严格的逻辑体系。缺少了还原论和分析方法所建立起来的科学的基本要求，复杂性科学就不可能被科学接纳，永远也不可能真正成为科学理论。
复杂性理论如果要纳入科学的范畴，它就必须有自己的逻辑演绎体系，要有自己的基本概念、基本理论，而且学科内部的理论之间也可以实现还原。虽然在复杂性科学中并不要求所有的问题的解释都必须直接用物理学定律表达出来，但它的理论还是需要经过还原论的洗礼，在其内部要能够建立其逻辑推导关系。霍兰说：“即便是在国际象棋或康韦自动机这样的模型里，尽管规则十分明确和简单，许多观测的结果仍然被一些数量巨大的现象所决定，如国际象棋彼此合作的卒的排列或滑翔机。除非我们能够明确表述宏观规律，并用它描述这些现象，否则要想对所有可能发生的情况进行分类将是极为困难的。此外，由于绝大多数规模庞大的现象是涌现出来的，它们所赖以生成的相互作用大于局部作用的总和，这时我们遇到的困难将会更大。”[11](P204—205)
由此看来，在复杂性理论研究中，我们仍然要使用还原方法，复杂性理论之间的各种规律也要有理论还原的关系。但因为存在着涌现现象，还原方法又不能充分表达这些更加复杂的理论关系，所以复杂性科学要超越还原论。当我们能够明确表示出“宏观规律”，并用以描述这些涌现现象的行为（如化学成键的规律）时，那么不论是在模型领域还是在真实世界中，我们在对问题的理解上都会获益匪浅。霍兰就是这样描述康韦自动机中的“滑翔机”：沿着对角线方向匀速运动，并且不存在“阻力”。尽管我们知道，这种涌现出来的“滑翔机”的行为可以归纳为定义自动机的一些简单规律，通过这种“宏观规律”，我们仍能获得对这个领域真实的认识。同样地，我们发现，真实世界中各种物质在没有“外力”的干涉下按照一定的规律运动，这样我们便认识了宇宙运动的实质。对这些情况进行归纳后，便可以猜想：我们观测到的种种复杂行为，都可以还原为一组“定义”宇宙的简单规律——物理学定律。不论是康韦自动机还是真实世界中的一些过程，我们都不期望所观测的涌现现象能够根据基本规律进行简单的描述。实际上，在模型和真实世界这两种情形下，我们更热衷于寻找“宏观规律”的简化方法[11](P205)。
可以将这些“宏观规律”视为那些加入到初始公理（定义模型的规律）中的其他公理。通常，这些附加的公理往往具有某些前提以挑选出一定范围的系统状态，这些状态要么经常出现，要么有可能使系统向其他方向发展。整个系统仍然受到初始公理的限制。霍兰在刻画涌现机理时，设法用“如果［新公理］，则［引论］”的方法进行描述，并说：“原则上我们能够根据这些初始公理推出一切结论”[11](P205)。“系统中存在着许多可能条件（宏观规律），而关键在于从中挑选出最合适的条件，这些合适条件不能很明显地从对初始公理的直接检验中得到，但它们描述了系统可能出现的状况。”[11](P205) 他认为，这个时候还原论方法就显得难于对付，需要隐喻和跨学科比较的方法，这两种方法是发现这些条件的关键。他还总结了还原的本质：“当我们观察规律性时，经常把描述‘提高一个层次’，以替换那些从初始原理中实现起来可能会困难、甚至无法实现的计算。这些规则仍然满足基本微观规律的约束，但通常包括一些附加的假设。在附加的假设下，这些规则得以继续下去，我们则可以使用一种更加简单的‘衍生’的动力学。通常还可以使用一些短语，像‘常规’的或‘自然’的条件，来描述附加的假设。当这些条件不存在时，我们便放弃宏观层次而转向微观层次，以根据需要对问题进行更加细化的考虑。”[11](P217)
强还原论一般认为，任何学科的概念和理论都可以最终还原为力学的语言，力学是一切学科的基础，是学科生长的始基。也就是说，强还原论不但承认学科之内可以实现还原，而且学科之间也必须实现还原，所有学科最终都还原到物理学特别是力学中去。这种强还原论当然是难于实现的，在实践中也越来越受到人们的责难。而弱还原论则只承认世界是可以通过基本规律来解释，整体可以分解为部分，但部分的堆砌物不再是原来的整体，其方法是从上而下的分解与自下而上的综合。弱还原论承认任何学科都有自己的一个逻辑基础，纷繁复杂的现象和规律可以做分析还原的工作，可以找到一些基本的概念和理论，找到学科的逻辑生长点。但是，并不是所有的学科都从物理学特别是力学中生长出来，并不是所有的学科都可以还原到物理学特别是力学中去。也就是说，弱还原论承认虽然不一定完全能够实现学科之间的还原，但学科之内是可以还原的。从这个意义上来说，任何学科，包括现在的复杂性科学，都难于离开还原论。那种认为还原论除了趋于衰落之外，已不再有任何积极的意义，复杂性科学研究与还原论势不两立，复杂性科学必须抛弃还原论的观点是一种过于简单的看法。相反，还原论在原则和渊源方面，有着更为深刻、丰富得多的东西。它所强调的构造性学科体系和可控实验的传统，特别是它的方法论基本原则，不但曾经在近代科学的发展中大显身手，而且在复杂性科学研究中必然要遵循。离开还原论，复杂性科学研究就可能走上神秘之路，不可能真正成为科学大家庭中的一员。
总之，“超越还原”不是以本体论革命的名义抛弃一切分析方法、还原原则；不是以自然观的演进来证明方法论革命的必然。自然观的改变和方法论的超越是两个层面的非同构问题。在本体论层面，我们还可以在一个较强的意义上强调超越的决裂性；在方法论层面，我们则应该在一个较弱的意义上理解超越，以一种开放和扬弃的态度吸取已有还原、分析方法的合理性，以系统、整体的观念“在关节处切割自然”，而不是妄图彻底抛弃“分割”和“构成”[12](P90)。“在复杂性研究的促动下，方法论意义上的简单性也受到挑战，其中的还原论方法不再具有普适性。但是，作为科学抽象和合理近似的简化方法，则经受考验，仍然具有普遍性。”[10](P181)
收稿日期：2006—06—25
标签：还原论论文; 复杂性科学论文; 科学论文; 系统思维论文; 科学思维论文; 部分与整体论文; 系统论论文; 科学哲学论文; 系统科学论文;