理论简单性原则的哲学意义，本文主要内容关键词为：哲学论文,意义论文,原则论文,理论论文,简单论文，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：B025.9 文献标识码：A
文章编号：1000-2987(2000)06-0040-05
理论简单性是理论自然科学家在建构科学理论时所遵循的基本原则，也是现代理论自然科学发展的一种必然趋向。随着理论概念和实在世界之间关系的日趋复杂，理论简单性原则作为理论的内在判别标准，在推进现代自然科学发展方面将发挥越来越重要的作用。鉴于此，我们从哲学层面反思和提示理论简单性原则的本体论和认识论意义，将更能廓清我们对科学史内在发展规律的认识，将能更好地引导我们预测未来科学发展的走向。
一、理论简单性原则的本体论意义
我们周围的外在世界纷繁复杂，扑朔迷离，它经历了漫长的历史演变，积淀了丰厚的历史底蕴，从结构简单、缺少个性的基本粒子到高度复杂、浩渺无边的天体宇宙，从仅仅依靠生物本能维持生存的单细胞动物到善于利用和改造环境积极拓展生存空间的人类，整个世界呈现给我们的是一幅恢宏壮阔、绚丽多姿的五彩画卷，它具有鲜明的层次性、高度的复杂性和无限的丰富性。然而透过这些丰富多彩的自然现象，我们总能找到它们内在的简单本质和客观规律。因为自然界中的一切事物、一切现象都不是单个地、孤立地存在着的，它们之间总是有着这样或那样、直接或间接、线性或非线性、必然或偶然的联系，正是它们之间的这种内在联系与相互作用使整个自然界呈现出简单与和谐，显现出统一性与规律性来。当我们从事物复杂多样的表象中抽象提炼其客观规律时，总是在努力地揭示事物内在的、统一的本质和规律，总是采用尽可能简单的形式阐释自然界的规律，这即是理论简单性原则的本体论意义。
我们在运用理论解释自然现象时总是力求“言简而意赅”，固然是由于“自然规律的简单性也是一种客观事实”，（注：《爱因斯坦文集》，第1卷，商务印书馆1994年版，第214页。）同时也与我们采用模式认知方式有关。在模式认知方式下，我们把周围的一切事物看作是彼此相关的，我们把它们之间的联系用高度压缩的“信息束”表述出来。借助于理论或图式，自然界千姿百态、无限多样的物质形态不再凌乱繁杂，经过人类知识的综合和提炼，它们在我们的认识图景中变得整齐而有序起来。现代理论物理学家盖尔曼对人类的模式认知方式进行过专门的探讨，他认为：“对我们人类来说，模式认知是自然地发生的，领会模式、识辨规律，在头脑中建构图式，这些都是我们人类通过生物遗传及文化的传播而获得的天性。”（注：《夸克与美洲豹》，湖南技术出版社1999年版,第88页。）人类的这种“天性”为人类揭示自然规律提供了有效的认识机制，随着人类模式认知水平的提高，人类将找到更简单、更具普适性的理论揭示自然界的奥秘。但是，理论的简单性必须以尊重自然规律为前提，必须以自然规律的简单性作为其客观基础，而绝不允许主观臆断，任意地简化与创造。这点德国物理学家海森伯阐述得非常清楚，他说：“我相信自然规律的简单性具有一种客观的特征，它并非只是思维经济的结果。如果自然界把我们引向极其简单而美丽的数学形式——我们所说的形式是指假设、公理等等的贯彻一致的体系——引向前人所未见过的形式，我们就不得不认为这些形式是‘真’的，它们是显示出自然界的真正特征。”（注：《爱因斯坦文集》，第1卷，商务印书馆1994年版，第216页。）
二、理论简单性原则的认识论意义
理论简单性原则的认识论意义是就理论在逻辑和形式上的独特风格而言的，简单性原则向科学理论提出了一种特殊的构造要求和评判标准，它要求在建构科学理论时要包含尽可能少的基本概念、公理和公设，在形式上要使用尽可能简单的数学语言、符号、方程，但在内容上要涵盖尽可能广泛的经验事实与表象。
这种逻辑简单性思想在科学史上古已有之。早在公元6世纪古希腊数字学和哲学家毕达哥拉斯就认为：万物的本原是数而不是物，简单与和谐是建立自然科学理论的原则。14世纪，英国经院哲学家奥卡姆提出了著名的被后人称为“奥卡姆剃刀”的简单性原则。他指出，在知识领域中，若无必要，就不要增加前提假设的数目。在此基础上，他对科学理论的建构提出了评判标准，即使用适量的前提假设来构建严密而完整的理论体系，用较少的即可做到就绝不多使用额外的假设。“奥卡姆剃刀”要把那些多余的、无用的东西毫不留情地统统剃掉。到了经典力学时代，牛顿的力学定律以简单的形式成功地统一了天上和地上的运动，再次显现了简单性原则的神奇力量。牛顿在他的名著《自然哲学的数学原理》中写到：“自然界不作无用之事。只要少做一点就成了，多做了却是无用；因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因来夸耀自己。”（注：塞耶《牛顿自然哲学著作选》，上海人民出版社1974年版，第3页。）在相对论时代，爱因斯坦结合自己多年的理论探索和凝思感悟明确提出了逻辑简单性思想，他说：“我们在寻求一个能把观察到的事实联结在一起的思想体系，它将具有最大可能的简单性。我们所谓的简单性，并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小，而是指这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少。”（注：《爱因斯坦文集》，第1卷，商务印书馆1994年版，第298-299页。）它体现了科学家在构筑自己的理论体系时所共同遵循的一个方法论原则：即在尽可能完备地理解全部经验事实之间的关系时，要把一切概念和一切相互关系归结为尽可能少的一些逻辑上独立的基本概念和公理。
从科学史上看，随着知识深度的增加和广度的拓展，知识的形式越来越向着逻辑简单性方向发展。在理论群中，形式越简单、逻辑越严密的理论，往往适用范围越广，包含的信息量越大，理论的耦合性越强。爱因斯坦创立的广义相对论就是一个典型的范例。广义相对论将牛顿经典力学中逻辑上彼此分离的时间、空间、质点、能量等要素有机地统一起来，并将狭义相对论适用的惯性系进一步推广到包括非惯性系的一切参考系，从而使理论在逻辑上更加简化。广义相对论方程G[,μv]=8πkτ[,μv]以一种简约的方式成功地揭示了整个宇宙引力场的普适特征，它简洁、优美、自洽又富有很强的概括力。理论简单性原则不仅在建构科学理论时能体现一种深刻的科学美感，而且当“基本概念和公理距离直接可观察的东西愈来愈远的时候……这种论证方法对于理论的选择就一定会起更大的作用。”（注：《爱因斯坦文集》，第1卷，商务印书馆1994年版，第12页。）随着人类思维空间的大幅度拓展，随着人类思维触角向宇观、渺观世界的不断延伸，将越来越需要科学家进行大胆的理论假设和思维创造，而传统的经验验证方式在科学探索中将变得愈来愈困难和更费时日。因为理论要在实验中获得证实，首先需要科学家精心设计能有效证实理论的典型实验；其次，要求科学家在进行实验时，必须具备精良的实验手段和理想的实验环境，从而保证实验数据和实验结果的准确、真实。这些条件的成熟完备对于现代科学家来说无疑是一项极其艰巨的任务。以揭示基本粒子性质的“标准模型”的验证为例，物理学家们必须在高能粒子加速器上进行实验才能验证这一理论是否真实有效，而目前的实验条件尚不允许科学家们实现这一愿望。在这种情况下逻辑简单性在衡量几种相互竞争的理论孰优孰劣上就显得格外重要和具有操作性了。以逻辑简单性为标尺，我们从“标准模型”、“大统一理论”、“杂化超弦理论”中很容易筛选出那个在揭示基本粒子及其相互作用方面更有成效的理论。在权衡比较之后，我们很自然地会优先选择“杂化超弦理论”。因为它“似乎具有完成统一的一些正确特性”。比如它在形式上相对简单，引入的参数、基本粒子数目较少；在适当的近似时，它自然而然地蕴含着爱因斯坦的引力理论。而且，当它把爱因斯坦的引力理论和其他场的理论与量子场论结合在一起时，不会出现通常都有的无限大的困难。它还可以解释为什么基本粒子有那么丰富的多样性。可见，在现代科学中，逻辑简单性在一种理论作为假说提出之时，在它尚未获得实验验证之初，对它具有判断、鉴别、筛选、评价的作用，而且这种对理论体系的严格限制和选择评价功能随着人类认识的深化今后还会愈来愈强。爱因斯坦在与海森伯的一次谈话中也曾表达过同样的思想，他说：“实验的检验当然是任何理论的有效性的一个必不可少的先决条件。但是一个人不可能什么事都去试一试。这就是为什么我对你关于简单性的意见如此感兴趣的原因。”（注：《爱因斯坦文集》，第1卷，商务印书馆1994年版，第217页。）
三、理论简单性原则在揭示和把握实在世界方面的重要作用
科学的目的就在于发现规律，使人类在规律的指导下更好地生产和生活。科学研究就是要通过对复杂现象的抽象分析，揭示现象背后隐藏的本质的、必然的联系，即揭示事物的客观规律性，从而使人类更好地认识和把握实在世界。而我们在分析研究对象的基础上组织建构理论来揭示事物的规律性时所需要遵循的正是理论简单性原则。从哥白尼的日心说到牛顿的力学定律再到爱因斯坦的广义相对论无不体现了这一原则。
理论简单性原则使我们在把握实在世界过程中具有一种奇妙的信念，即相信实在世界是相互联系、和谐统一的。理论简单性原则深刻反映了实在世界的这种特性，它既是人类认识世界的基础，也是科学研究的指导原则。随着人类认识能力的不断提高，理论除了追求外在形式的简单之外，还不断追求内在信息的增多。当我们借助简洁的理论来认识和观察实在世界时，我们发现实在世界从微观到宏观，从无机物到有机物，从非生命世界到有生命世界，竟呈现出一种惊人的统一性。它们在某一层面竟然可以被缩减压缩到一个统一的理论体系中，当我们要对某一特定情形作出预言时，理论便会根据具体情形的特定信息而展开，经过严密的逻辑推衍和理论论证，我们就能对观察结果作出预测。
形式简洁而内容丰富的理论一经发现，不仅能为我们认识世界释疑解惑，而且能为我们改造世界提供新的手段。例如麦克斯韦方程的提出不仅使我们能更充分地理解电场和磁场的相互作用，更好地解释电磁效应，而且它还引发了技术上一系列重大的革新。如人们利用电磁波的传输原理，建立了四通八达的电信网络，使得人类的交往变得更加方便、快捷。
四、理论简单性原则在推进科学家不断进行理论探索中的巨大激励作用
海森伯认为，追求简单性的期望是现代科学固有的一种信仰。科学家根据外在世界的经验事实进行思维创造时，会由于各自在知识背景、理论水平、思维向度上的差异而对客观规律予以不同的综合概括，从而显现出他们在理论构建和思维创造中鲜明的主体性。当几种不同的理论都能对同一经验事实予以解释和说明时，我们该如何辨别取舍呢？对此，爱因斯坦给出了明确的回答。他说：“在几种基础同样‘简单’的理论中，那种对理论体系的可能性质限制最严格的理论（即含有最确定的论点的理论）被认为是比较优越的。”（注：《爱因斯坦文集》，第1卷，商务印书馆1994年版，第10页。）即逻辑上简单的理论会在众多理论中脱颖而出，率先获得科学界的欣赏与重视。因此科学家们都在努力使用逻辑上尽可能简单的基本概念和基本假设来建构理论。需要注意的是，我们在追求理论的逻辑简单性时，必须要与经验事实相容。因为理论的生命在于真。“逻辑上简单的东西，当然不一定就是物理上真实的东西。”（注：《爱因斯坦文集》第1卷，商务印书馆1983年版，第380页。）如果仅仅追求形式的简洁和优美，用脱离经验世界的纯粹的逻辑方法去构造理论，那么它对于实在来说将是完全空洞的，也是经不起经验验证的，就如同一朵美丽乍现的昙花，总是在人们的叹息声中匆匆凋落。
科学家在建构一种新的理论时，要体现简单性原则即在蕴含更加丰富信息量的同时实现形式上的简洁优美，就必须一方面对现实世界的规律性有深刻的洞悉，在理论上要敢于求新、敢于创造；另一方面则必须具备姻熟地运用数学和逻辑工具整理经验、化繁为简的能力。
科学家在理论探索中正是遵循这样一种要求，沿着这样一种方向来从事科学活动的。就物理学的发展而论，许多著名的物理学家将自己的理论工作、科学理论定位于寻求一种统一的理论，寻求一个能揭示物理世界统一性的简单而自洽的方程，由此引发了物理学领域的一系列革命性变革，从而大大加速了物理学发展的进程。在完成物理学统一大业的漫漫征途中，矗立着四座值得我们全人类为此而骄傲并永远铭记的里程牌。牛顿力学揭示了天上运动和地上运动规律的统一性，麦克斯韦方程揭示了电与磁的统一性，爱因斯坦的广义相对论揭示了时空、物质、运动和引力之间的统一性，而现代物理学正在走向自然界四种基本相互作用的统一，走向粒子物理学的统一。盖尔曼对此满怀信心。他说：“虽然粒子物理学还没有一个世纪的历史，但我们可能处于这样的阶段：粒子物理学的统一已经初见端倪，一个单个的原理可望预言基本粒子已观察到的多种多样的存在。”（注：《夸克与美洲豹》，湖南技术出版社1999年版,第173页。）现代物理学的迅猛发展一天天实现着科学家们的梦想。从四十年代晚期至今，人们已经发现几百种核粒子态，它们形态多样，千姿百态，但在现代粒子物理学家看来它们都是由夸克、反夸克和胶子组成的。夸克图式揭示了表面上非常复杂的态模式下隐藏着的简单性。而现在由普林斯顿大学的四位物理学家建立的杂化超弦理论“可能正是长期寻找的统一量子场论。”（注：《夸克与美洲豹》，湖南技术出版社1999年版，第178页。）
理论对实在的探求与把握是永无止境的，理论简单性原则作为科学家的一种固有信仰和深挚信念，如同浩瀚星河中那颗熠熠闪亮的启明星，它引领着科学家们不断地揭示自然界的奥秘，不断地提出更真更美更合理的认识世界的图式，科学于是在这种不懈的追求中被推进到一个更高更远的层次。