复杂系统的下向因果关系，本文主要内容关键词为：因果关系论文,系统论文，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。
复杂性科学的发展重新掀起了突现研究的新浪潮，其中关键的问题是探索突现的下向因果关系。在心灵哲学中，许多学者对依随突现、因果突现、模拟突现进行了细致的概念分析，形成了一种将下向因果关系与复杂系统突现结合起来研究的新进路，可称之为复杂系统的下向因果关系研究。
一、下向约束与选择因
一般认为，下向因果关系概念主要是指整体与部分之间，以及高层次与低层次之间的因果关系。一些哲学家因此质疑：整体由部分组成，是部分相互作用的结果，部分又如何可能反过来影响、修改和约束自己呢？这个问题对于聚合的加和系统来说是不可理解的。有人甚至认为承认下向因果关系，就等于承认一种外来的“活力”。自组织系统理论为解开这个难题提供了一种实验证据和理论解释。
贝纳德元胞是自组织系统的典型案例。微观分子虽然组成了贝纳德元胞，但它们的行为不能充分决定贝纳德元胞的出现。相反，分子的行为除了部分地由它们自己决定之外，还受到处于混沌边缘的外部环境条件以及对环境有情境敏感性的宏观结构的影响和支配。这可以说是复杂系统及其环境对微观分子行为的下向约束。这里的“约束”是指，它的约束者不是分子行为的(INUS条件意义上的)“全原因”，而只是其部分原因；它没有完全决定结果的行为，只是限制了结果的行为的某些状态、特征和自由度。“下向约束”也可以由高层次具有自己独特的规律加以说明。艾什比曾经说过，如果将约束看作是对自由度和变异度的限制，则“由于每一自然规律总意味着有不变量的存在，所以每一自然规律就是一种约束，事实上，规律就是一种约束”。(Ashby，p.131)
坎贝尔在提出下向因果关系的概念时也指出：“所谓下向因果关系原理就是处于层级的低层次的所有过程到受到高层次规律的约束，并遵照这些规律行事”。(Campbell，p.176)波普尔支持坎贝尔的下向因果的观点，但不同意“因果力在物理世界中是封闭的”。波普尔“开放宇宙”的思想认为，物理世界在因果力上应向非物理世界开放，即向独立的心灵世界和作为世界3的客观的观念世界开放。(Popper，p.114，156)我们不想沿波普尔的思路走上一条承认柏拉图和黑格尔的客观观念世界的路，而是要在“因果力在物理世界中是封闭的”与“高层次系统确实对物理世界诸元素起因果力的作用”之间，找出一条中间道路。
哥里克(R.V.Gulick)提出因果活性选择论来试图回答这个问题。他说：“一个可能的解决方案将集中到这样的方面：高层级结构模式也许包括着对低层级因果力的选择活性”。(Gulick，p.65)就是说，环境通过生物系统的生存竞争对低层级的选择，并不是选择这些低层次要素中的某些因果力，淘汰另一些因果力，因为这可能违反能量守恒原理；而是重新安排低层级物理化学要素的因果力活性：抑制其中某些分子结构的活性，激活另一些分子结构的活性，从而使它们既服从自然选择的高层级进化规律，又不违反低层级物理化学规律，例如能量守恒定律。
我们认为，需要注意的是，生物系统及其环境对物理系统因果力的活性选择作用本身，并不是一种物理因果力，所以即使有这种下向作用因的存在，也并不违反“物理因果力在物理世界中是封闭的”这个原则。“物理世界对物理因果力可以是封闭的”，只是它对信息因果力或心灵因果关系是开放的，因为信息是没有守恒定律的。
二、下向控制与信息因
哲学家们特别关注对复杂系统的控制层级的阶次(orders)进行研究，试图通过不同控制层次一层层向上叠加，直至达到心灵控制的层级阶次，为探索自由意志的突现和心灵的原因做好准备。笛根(T.W.Deacon)讨论了下向因果关系的几个阶梯。他认为，第一阶的下向因果关系，是由系统的总体熵和热耗散这种关系对于其组分的随机涨落出现的模式进行控制，使系统达到一种自稳定的状态。第二阶的下向因果关系是由自组织系统的形成和自组织系统结构对它的组成元素施加一种下向因果力和下向控制，它淘汰了一些随机涨落的自组织形式，放大另一些自组织形式，使之在全局中占支配地位。第三阶的下向因果关系是对放大了的自组织形式进行再一次因果循环放大，这是由环境的选择对自组织形式施加又一个自组织，它是自组织的自组织、自催化的再催化。这种突现及其出现的下向因果关系只有在生命中才能实现。(Deacon，pp.284-304)我们认为，笛根的分析的一个局限是他将问题的焦点放到正反馈，因而没有应用标准的控制论形式表达这些突现的阶次和下向因果阶次。为此，我们在笛根观点的基础上提出一个带两个正因果链的三个负反馈环并向更高反馈环开放的图式，来概括多层级控制。如图1所示：
图1 多层级下向控制图
第一个负反馈环是非适应性自稳定控制环。它的高层次目标是由系统的整体行为目标来表达的，是一个简单的整体对部分的下向控制。第二个负反馈环是适应性自组织控制环。这个下向控制的特点是，不但被控制的低层级实体是多样性的，而且控制的目标也因环境的变化而变化。它加上了一个元目标(Meta-purpose)：将最适的被选择的自组织形态稳定下来，从而控制那个原来是常数的目标状态，使之适应作为变量的适应性目标。第三个负反馈环是适应性信息选择控制环。这种控制的特点体现在因环境改变而发生行为的选择目标和选择标准的变化(或进化)，而且系统可以通过学习改变它的目标并能预测未来的结果，因而建立一种对元目标进行再修正的元目标，即通过获得信息来对适应性目标进行控制。
约束与选择、控制与信息这几个概念都可以在传统的因果关系上加以说明，可以用层级间的因果关系来补充和丰富因果关系的概念。下向因果关系的概念与传统的因果观念，特别是休谟及其后继者的条件因的概念，以及洛克及其后继者的非还原物理主义的因果力概念是相容的(参见本期张华夏文章)。如前所述，物理世界对物理因果力可以是封闭的，只是它对信息因果力或心灵因果关系是开放的，因为信息是不遵循守恒定律的。心灵对于物理世界的作用是一种精神原因，是一种特殊的信息因果力：它实实在在地对人类的身体和神经系统发生影响。但是，这种影响对于物理世界的变化如果是充分条件，则这种信息因果力和心灵因果关系的作用便违反了“物理世界对物理因果力可以是封闭的”原则。所以，它们只是作为必要条件起作用，因为没有什么纯粹的信息、纯粹的心灵，它们需要有(即使很少的)物质、能量作为载体才能发挥作用；作为信息的心灵是与神经状态缠结或结合在一起才充分发挥其原因作用的。因此，心灵是实在的，心灵原因是存在的，物理世界是因果封闭的——这三者具有相容性。这也许是解决心灵的下向因果关系问题的关键所在，也是解决其他高层次系统组织的下向因果关系与“因果力在广义的物理世界中是封闭的”原则无法并存的难题之关键所在。
三、对下向因果排除论的进一步批判
1.任何一个层级的系统，当我们将它作为一种事物或一个实体来考察时，都有它的组成元素(低层级实体)和这些元素实体的关系结构(或过程结构)两个方面。对于决定系统的性质(包括突现性质)来说，关系结构或过程结构比组成元素实体有更为重要或至少同样重要的作用。这些实体本身也是过程的稳定性、结构和关系的模式。如果要将突现性质及其因果力一直追索到最低层，那就犯了无穷倒退或循环论证的错误。
2.突现的性质或突现的整体对于它的组成部分说来是不同的事物，它有不同于它的组成部分的因果力。汉弗莱斯(P.Humphreys)在其著名论文《性质是如何突现的》("How properties emerge")一文中也清晰地表达了这个观点。他认为，经过熔合突现，第i+1层的具有突现性质的新客体，“它的因果力”不能被组成它的i层的实体的因果力所表征。(Bedau and Humphreys，p.117)
3.是过分决定性还是充分决定性？一旦承认从M到M*的宏观事件发展的充分条件必须拆开分派到环境、宏观事件和微观事件三个层次上，主张下向因果关系或下向因果力是多余的“过分决定性”的论断便不攻自破。如图2所示：
图2 下向因果与低层次因果的“过分决定论”问题
H表示高层次性质或因素。H→H*→H**表示环境的变化。↘表示从M对P*的下向因果关系或下向因果力；P表示突现性质M的低层次实现者。金在权说“P对于M来说是律则地充分的，而M对P*是律则地充分的，所以P对P*也是律则地充分的”。(Kim，p.149)因此，P抢先成为P*的原因。然而，从复杂系统进化论的观点看，P对于P*并不是充分的；因为它只是充分条件组的一个组成部分，而非其全部，所以它实际上是一种不充分决定性(underdetermination)。而且，由于经历了因果随机突变的过程，这只是概率因果，仅就p→p*来说也是因果松散的(causal slack)。因此，只有加上了下向因果H→M→P*的选择才是比较充分的，故这里不存在“过分决定论”，相反却带有至少两种不充分决定性。
可见，在复杂系统的层次结构中，层次之间存在着多种因果关系，是一个复杂的因果网络。低层次的实现者及其协同相互作用对高层次的性质和行为具有一种上向因果作用，高层次的性质或模式一旦形成，也会对低层次产生一种下向因果作用：约束与选择因、控制与信息因，它们构成了一个复杂的因果网络。
四、对汉弗莱斯教授评论的回应
汉弗莱斯在《情景突现论》(见本期)一文中对笔者的突现理论作了评论。笔者的突现理论与汉弗莱斯教授的突现论有许多共同的地方。我们都认为，对于突现不仅要从认识论上进行研究，而且要从本体论上进行研究；突现性质具有某种新颖性、独立性和整体因果力；这种强突现在自然界和社会生活中并不是稀有的现象，而是大量存在的；需要从动力学的观点对突现进行探索。
不过，汉弗莱斯对于层次的观点似乎不太明确。而笔者的基本出发点是：突现的基本单元是处于某种新层级的系统。因为只当突现形成新层级系统的时候，突现的新实体才典型地出现了不同于它的组成部分或突现基础的独特的组织结构、功能性质和不可以从其他层次逻辑地导出的基本规律或行为规则。正是从这个基本观点出发，我们将突现动力学划分为微观动力学、宏观动力学和环境动力学三个方面，导致突现的因果关系就包含同层的因果关系和跨层级的因果关系，后者包括上向因果关系和下向因果关系。
汉弗莱斯基本上肯定了这个进路。情景突现的概念概括了同层因果关系、层级之间的上向因果关系和层级下向因果关系所造成的突现的共同的特征，它们都是生成原子主义的不可改变性、可区分性和合成性失效的结果。因此，情景突现的思想对我们理解下向因果关系是很有启发的。但是，在汉弗莱斯的理论中，情景突现还没有一个严格的定义。他只说明了情景突现的必要条件(情景主义)，但还没有说明它的充要条件，也没有说明这些不可改变性和可区分性失效到什么程度才引起突现。也许汉弗莱斯还需要对“情景”进行具体分析和分类，包括对情景进行层次分析。
汉弗莱斯提请我们注意“在‘整体’和‘部分’之间作出区分，整体将包括受影响的部分，因而存在潜在的自我因果性”。这个提示非常重要。我们认为，我们是讨论整体的突现性质与组成部分的性质之间的因果关系。如果将整体的突现性质定义为其组成部分所不具有的性质，那么在突现性质与组成部分性质的因果关系中就不会存在“自反”性或“自我因果性”的问题。而排除“自因”的方法是，当考察特定的组成部分受整体的实体结构或状态的下向因果影响时，在整体中将被考察的组成部分除去，而将整体看作是组成部分的周围环境来进行考察。汉弗莱斯对我们的回应给予了以下评价：“你们指出，只有在讨论合成性时，自反因才成为一个问题。这是对的。关于下向因果关系的太多讨论都未能注意因果关系是如何产生的问题，因而对下向因果关系产生了混淆。”因此，我们和汉弗莱斯都主张应该从动力学的观点对因果关系进行研究。
综上所述，从环境与系统及其要素三个层次的关系来分析复杂系统的下向因果关系，是一个有价值的进路。由此，复杂系统的下向因果关系的关键特征和主要形式可表述为：“下向约束与选择因，下向控制与信息因”。这可以进一步消解因果依随论对下向因果关系会引起“过分决定论”的指责，坚持“物理因果力在物理世界中是封闭的”的唯物主义原则。