国内非线性科学哲学研究综述，本文主要内容关键词为：哲学论文,科学论文,国内论文，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〕N02〔文献标识码〕A〔文章编号〕1002-8862(2000)06-0025-05
非线性科学是研究非线性现象共性的一门新兴的交叉学科，产生于20世纪60-70年代，其标志是，1963年美国气象学家E.N.洛伦茨发表的“确定论的非周期流”论文，揭示确定性非线性方程存在混沌；1965年数学家N.J.查布斯基和D.克鲁斯卡尔通过电子计算机的数值实验发现孤立子；1975年美籍数学家B.B.曼德布罗特发表《分形：形态、机遇和维数》一书，创立了分形几何。它们分别表示非线性现象的三大普适类，构成非线性科学三大理论。
非线性科学的产生标志着人类认识由线性现象领域进入非线性现象领域，这是人类认识史上的一次巨大飞跃。非线性科学揭示出来的新事实、新特点和新规律，不仅对科学技术具有重要意义，而且对哲学也具有重要意义。作为对自然科学和社会科学的概括和总结的哲学，其自然科学基础的变革必将引起哲学的变革。正如恩格斯所说的，“随着自然科学领域中每一个划时代的发现，唯物主义也必然要改变自己的形式。”（《马克思恩格斯选集》，人民出版社1972，第4卷，第224页）
一、非线性科学与复杂性科学
在综述非线性科学的哲学之前，首先必须了解学术界对这两门科学的不同看法。
人类的认识是由简单到复杂的。当遇到复杂事物时总是作了各种简化，从数学来看，得到一些线性方程，即线性化。这种简化或线性化方法近似地反映客观事物，推动了科学技术和生产的发展。但是它并非总是有效的，特别是科学技术和社会生产发展到今天，要求科学更全面、准确地描述复杂事物，这时，线性化方法就显出局限性。描述复杂事物变化规律的方程都是非线性的，所以有的科学家把复杂现象叫做非线性现象，把研究复杂现象的科学叫做复杂性科学或非线性科学。
但是，我国的非线性科学家并不同意把非线性科学等同于复杂性科学的看法。他们认为，非线性科学是研究各门科学中非线性问题的共性的一门科学；目前发现的非线性问题的共性表现为三大普适类：混沌、孤立子和分形。北京大学的朱照宣教授认为，“非线性科学只考虑各门科学中有关非线性的共性问题，特别是那些从线性模型稍加修正（比如摄动理论）还可以解决的问题，再加上它自身理论发展所需要的一些概念、方法等，才是非线性科学的研究对象。”因此，他认为，像耗散结构理论、协同学和突变理论这些研究复杂性的科学不属于非线性科学的范围。因为“这‘几论’还有不少内容是企图说明某些更一般的、涉及自然界甚至是社会现象的普遍规律，有些则带有哲理性或思辨性的论断。后面这些，我们宁愿不把它算在非线性科学范围内。”（《什么是非线性科学》，赵凯华、朱照宣、黄畇著：《非线性物理导论》，（初稿），“代前言”）所以，非线性科学的主体是：孤立波、分形和混沌。谷超豪教授也认为，非线性科学“是研究有关非线性现象共性的一门学问”，当前非线性科学的研究对象是已经殂成的非线性现象的三大普适类：孤立子、混沌和分形。（《非线性现象的个性和共性》，《科学》，44卷，1992年，第3期）
二、一般情况
80年代，我国的混沌学家较早地提出和研究了非线性科学的一些哲学问题。自然辩证法界少数研究人员开始研究非线性科学的哲学问题。例如，北京师范大学沈小峰教授在报刊、杂志上发表多篇有关非线性科学的哲学问题的论文，主要研究混沌学中诸如“有序和无序”、“确定性和随机性”的辩证法，以及牛顿力学的第3次突破，建立新的自然观。进入90年代后，非线性科学的哲学问题引起自然辩证法界一部分人的重视，发表几十篇论文，主要专著有苗东升、刘华杰的《浑沌学纵横论》(1993)，李后强等著的《分形理论的哲学发轫》(1993)，沈小峰的《混沌初开》(1993)，童天湘、林夏水主编的《新自然观》(1998)，林夏水、董光璧、梁芳的《分形的哲学漫步》(1999)等。但就整个哲学界来说，还没有引起重视。林夏水的论文“非线性科学的哲学问题”（《哲学研究》，1997年，第12期）阐述非线性科学如何向哲学提出一些挑战性问题，一些刊物作了转载。1999年8月，中国自然辩证法研究会与新疆气象局联合在乌鲁木齐召开《复杂性与非线性科学的哲学研讨会》。
但是，学术界有人把探索非线性科学哲学问题的一些观点看成是产生伪科学的根源。仲柯雪在“崇尚科学，回归理性”（《光明日报》，1999年8月20日）一文中说：“今日学术界的伪科学比以往任何时候都多。原因何在？国内外许多学者认为，这种现象与学术界普遍流行相对主义的、非决定论的思潮有关。随着量子力学和非线性科学的产生，非决定主义、非还原论的思想在学术界很有影响。人们普遍认为‘混沌’、‘非线性现象’和‘时间之矢’使我们的思维发生了一场彻底的革命。整体主义代替了还原主义，非决定论代替了决定论。另外，后现代主义者错误地把物理学中的非线性研究当成整体主义和非决定论而引入哲学文化领域，使70年代以后的世界文化具有浓重的相对主义和多元主义的色彩。这无疑为伪科学和反科学提供了生长发育的土壤。”
还有人认为，不要急于研究什么是复杂性科学或非线性科学以及它们的哲学意义，而应该先研究复杂性和非线性的涵义。吴彤说：“我认为，现在不要急于论证复杂性科学或非线性科学是否已经产生，急于论证复杂性或非线性科学对哲学有何意义——做这方面的工作当然有意义，让哲学外的人认识哲学在发展，科学技术发展前沿对哲学提出了种种问题需要而且有人在研究，重要的是研究不同的领域的复杂性、非线性的涵义、问题和类型等，然后才能归纳、抽象，否则我们只能浮在复杂性、非线性的面上，作宏观意义的阐述，这样的哲学大概只能成为注释的哲学吧。”（《复杂性和非线性研究及其哲学问题评述》，《哲学动态》1999年，第12期）。所以他主张应致力于研究复杂性的定义。
三、主要见解及其争论
非线性科学揭示出一些新的事实、特点和规律，向哲学提出一些新的问题，甚至是挑战性的。如，描述复杂事物的变化规律的方程都是非线性的，而确定性非线性方程存在着混沌（一种新的随机性），说明混沌运动具有普遍性，但它并非是完全无序的，构成一类新的序，即混沌序。从数学来看，分形是不规则点集（即无序的），但它却存在着局部与整体的自相似，其维数是非整数，它的形态是复杂的，无法用传统数学描述，但却可以用简单的迭代法生成。孤立子不服从叠加原理。……这些问题涉及重新认识确定性与随机性、内在随机性与外在随机性、必然性与偶然性、有序与无序、简单与复杂……这些范畴，更一般地涉及对时空观、自然观、规律的认识。在这些方面，我国学者获得了一些新的认识，出现不同见解。
（一）建立新的自然观问题
1984年，我国混沌学家郝柏林教授就认为：确定论与概率论的对立是基于无穷过程，但人们实际的测量和计算只能达到有限步骤和精度；只要建立有限性原则，就可以消除二者的对立。他说：“无论怎样说，只要把有限性作为基本原则，确定论与概率论的人为对立也就会消失。现在还不清楚应当怎样把这种有限性要求表述为新的物理原理，但科学发展已经把问题提上日程。有序、无序和混沌的研究，也许会导致数理科学中基本观念的又一次革新。”（《自然界中的有序和混沌》，《百科知识》，1984年，第1期）他在后来的一篇论文中明确地提出，这种新的自然观“应是基于有限性的混沌论”。他说：“只要承认有限性，那么确定性与概率性描述之间的鸿沟就消失了。”因此，“决定论还是概率论？二者的关系可能是非此即彼，亦此亦彼。更真实地反映宏观世界的观念应是基于有限性的混沌论。”（《世界是必然的还是偶然的？》，《现代科学的哲学争论》，北京大学出版社，1995年，第54页）
林夏水从混沌是自然界的一种普遍运动形式提出混沌自然观。董光璧提出生成论自然观，他说：“现代自然观本质上源于科学的自然图像。因而，任何关于自然界的科学理论，原则上讲，都可以成为建立某种自然观的基础，并形成一种研究纲领。……。分形几何学作为描述复杂自然形状及其形成机制的有力手段，又为人类构建新的自然图像提供了一种新的科学基础，形成了一种新的自然图像——生成论自然图像。”（林夏水、董光璧、梁芳：《分形哲学漫步》，首都师范大学出版社，1999，第99页。）还有人根据分形的普遍性，提出分形自然观。苗东升和刘华杰认为，浑混模式的科学世界图景是：“一个有序与无序统一的世界，一个确定性与不确定性统一的世界，一个稳定性与不稳定性统一的世界，一个完全性与不完全性统一的世界，一个自相似与非自相似统一的世界，一个遵循辩证法规律的世界。”（苗东升、刘华杰：《浑沌纵横论》，中国人民大学出版社，1993年，第187页）
（二）决定论是否仍然有效
苗东升、刘华杰认为，“浑混并不一般地否定决定论，它否定的是机械决定论。”刘华杰在“论浑沌对决定论的影响”一文中，通过把科学决定论由弱到强分成四个层次，即L1：变形的因果决定论；L2：演化方程的解的存在且唯一；L3：演化状态局部可计算、行为局部上可以近似预测；L4：系统行为可以完全预测。他认为，“浑沌系统并不违反决定论L3，但是对于比L3再强一些的决定论，浑沌系统则违反那种决定论（比如L4）。应当明确的是承认L3，意味着早已承认L1和L2了。所以说，浑沌现象没有简单地否定决定论，这是我们的基本观点。”（《论浑沌对决定论的影响》，《自然辩证法研究》，1994，第12期）
维之认为，“现代科学并未真正否定严格因果的存在。我们仍然可以坚持因果关系普遍有效的信念。但这并不等同于支持一个决定论的世界。因为严格的因果关系只有在一个有限的孤立系统中才能导致严格的决定论，如果宇宙是无限的，那么其中任何一个有限世界都会有一个无限大的外部环境，来自无限遥远处的不测因素将会不断破坏有限世界的决定论；另一方面，‘无限’是不可描述不可总括的，无限宇宙本身也不能成为一个系统，不能有一个整体的‘现状’作为决定论的前提。”（《现代科学真的否定了严格的因果关系吗？》，《自然辩证法研究》，1997年，第3期）
黄顺基认为，普里高津的《确定性的终结》一书“从经典科学的中心概念‘时间’入手，向传统的科学观、宇宙观发起了总攻击，明确宣告传统科学观——决定论已经寿终正寝了。可以预料，这部著作的思想和理论必将在科学史上带来一场新的革命。”（《一种新的科学观》，《自然辩证法研究》，1998年，第2期）
宋伟认为，“因果性、决定论的形成有其特定的自然科学背景，它只在满足其前提条件下的情形下成立，现代自然科学的发展使决定论显现出局限性；非因果联系与因果联系一样都是客观世界的普遍联系方式，偶然性与必然性一样也都体现自然界的本质属性，非决定论所描述的自然图景更富科学性和时代性。决定论与非决定论的对立只具有相对的意义，它们的结合与互补才能更准确地反映规律性。”（《因果性、决定论与科学规律》，《自然辩证法研究》，1995年，第9期）
（三）丰富和发展哲学
许多有关非线性科学哲学的论著分析了非线性科学中的辩证法，为辩证法提供了新证据。这里主要介绍丰富和发展哲学的见解。
1、内在随机性丰富对偶然性及其与必然性的认识
《分形的哲学漫步》一书第五章中认为，传统哲学把偶然性看作是由“外在的、非本质的原因”引起的，称为外在随机性。非线性科学揭示了，系统在演化过程中不受外在原因影响，也可以产生随机性，称为内在随机性。但是，内在随机性所呈现出来的混沌并不是完全无规则的。非线性科学还提供了柯尔莫哥洛夫熵K来定量地反映系统的运动性质（确定性、内在随机性和外在随机性）及其关系：当K=0时，系统作确定性运动；当K为有限数时，系统作混沌运动；当K趋向无穷大时，系统作完全无规的随机运动。内在随机性的提出无疑丰富了对随机性的认识；通过K的有限与无限反映的内在随机性与外在随机性可以看成是一对矛盾；K反映了确定性、内在随机性、外在随机性三者的联系和转化。这些无疑都丰富了对偶然性与必然性的认识。
2、还原论的局限性
苗东升和刘华杰认为，“还原的观点一单纯分析的方法不能理解浑沌，浑沌轨道指数地分离表明系统的内部时间存在一个特征尺度。大于这个尺度，系统行为不可预测，小于这个尺度则可预测。对于不同的系统，这个时间尺度不同。为了理解浑沌，科学家需要换一种方式来想问题。在实现由还原论向整体论的转变上，费根鲍姆是最彻底的学者之一。这无疑是他能够取得这一领域中最重要的突破的一个原因。”（《浑沌纵横论》，中国人民大学出版社，1993，216页）
张本祥、孙博文、马克明认为，以线性叠加原理为基础的经典还原论“忽略了子系统间的相互作用”，所以它为既考虑各子系统对整体系统的贡献，也考虑子系统间的相互作用对整体性质的贡献的系统论所代替。“但是，系统论仍是将部分与部分间的关系相互作用分离、将实体与关系分离，在线性叠加原理的框架下考虑非线性问题的，除了得出整体不等于部分之和的认识外，弱于处理从部分到整体的具体过渡。例如，它无法解释分形结构中的部分与整体相似现象，换句话说，他无法解释‘部分包含整体的现象’。鉴于此，吸收非线性科学成果，我们认为可尝试在非线性框架下的还原论的复归。”“即建立以非线性叠加原理为基础的现代还原论，作为方法论意义上的整体与部分的关系问题的第三阶段。”（《非线性的概念、性质及其哲学意义》，《自然辩证法研究》，1996年第2期）
《分形的哲学漫步》一书第四、五章指出，还原论涉及部分与整体的关系，它把整体分解为一些相同的部分，然后通过研究部分的性质，再把部分的性质叠加起来作为整体的性质。但是，分形理论揭示出部分与整体具有自相似的关系。因此，作为还原论思想在数学中应用的无限细分、无限求和的方法已经不能应用于分形，因为它没有反映部分之间的相似性，反映了还原法的局限性。所以分形学家创造了一种反映部分与整体、部分与部分的相似性的方法——迭代函数系统，成功地用于描述和生成分形图。所以迭代函数系统成为研究复杂形态的新方法。
3、时空观的变革
空间和时间是物质存在的基本形式，维数是描述空间和时间的最基本特征量之一，所以维数观念是构成时空观的重要内容。分形几何揭示了复杂事物的空间结构的维数是分数的，它表示分形图填满空间的程度，表示分形图的复杂程度。因此，它改变对维数的传统认识，即把空间维数看成是确定物体位置的最小坐标数。孙博文认为，维数观念的变革将引起时空观的变革，“因为这样一来，时间不再具有平移性，空间也不再具有均匀性和旋转性，从而作为自然科学基础的时空观也将发生根本的改变。”（《维数的性质及其哲学意义》，《自然辩证法研究》，1994年，第11期）
4、扩充规律概念的内涵
规律性表现为有序性，混沌学揭示出在有序与无序之间还存在着更普遍状态——“混沌序”。混沌，就其不具有周期性和对称性而言，它是无序的；但就其随时间演化表现出来的倍周期分岔进入混沌具有相同的速度和周期点分布遵循一定规律来看，它又是有序的；就其空间结构的自相似来看，它是有序的。所以，《分形的哲学漫步》一书认为，“混沌序不仅扩大了我们对物质运动规律性的认识，而且将促使我们重新审查我们先前的自然观。”
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