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复杂性科学已经“终结”了?

18-11-21 16:55    作者:一只花蛤    相关股票:

正当我专心致志研读复杂性科学理论的时候,忽然读到约翰·霍根的《科学的终结》一书。霍根将复杂性理论一并列入“科学”之范畴,然后宣称其已经“终结”了。这让我甚为尴尬。因为正当我学习复杂性科学的时候,而它却要“终结”了。《科学的终结》出版于1996年,我读的是2017年的修订版。20世纪90年代正是复杂性科学理论方兴未艾的时候,但在那时,霍根就认为其即将“终结”了。据说,这是一本在国外引起轩然大波的书。

关于“终结”一词,作者似乎没有明确定义。但归纳起来大致有以下含义:是否所有科学重大的问题都已经解决了,或者说,关于宇宙以及我们在其中的位置的终极的、根本的、纯粹的真理,已经为科学所揭示,因而“科学发现的伟大时代已经一去不复返了”。今天的科学家们实际上是在追求那些琐屑、浅显而又枯燥的科学,或者转向失去了科学规范的所谓“反讽的科学”,而这种“反讽的可以”却是思辨的、后经验的,不能向真理收敛,不能提供可检验的新奇见解。科学过去曾揭示了重要的真理,但科学的力量却存在着自身固有的限度。科学正受到多方的敌对势力的大力攻击。等等。

“反讽的科学”

特别是,科学家在面对认识的限度时,更像常人一样,易受到自己的恐惧和欲望的左右。因而,在霍根看来,科学规范已被逐渐削弱成某种近似文学批评的东西。所谓的“文学批评”指的是在其中交织着故事讲述、图像构设、象征符号的编排以及比喻的展开,看起来一点也不像真正的科学。所谓的“反讽的科学”中的“反讽”分别是反对和嘲讽的意思。“反讽的科学”是霍根在《科学的终结》中反复论述的一个主题,它是相对于传统的实证科学而言的,是“思辨的、后经验的”,不能趋向真理,因此在严格意义上它根本不是科学。有人认为,从实证科学的角度看,霍根不是一名反科学的尖兵,而是一个科学捍卫者。

从“反讽的科学”的角度看,所谓的科学——包括哲学、物理学、宇宙学、进化生物学、社会科学、神经科学、机械科学等——基本上都可以终结了。大概复杂性科学也具有“反讽的科学”的特征,因此即使其作为一门新兴的科学也可能随之而终结。实际上,复杂性科学兴起于20世纪80年代,导源于詹姆斯·格莱克的《混沌:开创新科学》。但是,复杂性科学是系统科学发展的新阶段,也是当代科学发展的前沿领域之一。它不仅引发了自然科学界的变革,而且也日益渗透到经济学、社会学等人文社会科学领域。史蒂芬·霍金称,“21世纪将是复杂性科学的世纪”。 

不过,霍根显然不这么认为。复杂性科学家们认识到,许多现象是非线性的,从传统上来说无法预测的,因为任意小的影响都有可能导致巨大的无法估量的后果。爱德华·洛伦兹是研究复杂性科学理论的先驱者之一,他把这种现象称为“蝴蝶效应”,其意是如果一只蝴蝶在爱荷华州上空扇一下小翅膀,原则上将有可能在印度尼西亚的冷风季节激发一次雪崩。霍根说,这不过是洛伦兹拾人牙慧而已。因为洛伦兹的见解实际上来自亨利·庞加莱。庞加莱在20世纪初就警告:“初始条件的微小差异,将会导致最终现象的巨大不同。前者的一个很小错误,将使后者的错误无法估量。因此预测是不可能的。”霍根将混沌理论和复杂性理论的人合称为“混杂学家”,这是很有意思的一个称呼。

伯努瓦·曼德布罗特的“神思”

伯努瓦·曼德布罗特是分形几何学的创始人。但霍根认为他的“曼德布罗特集”只是“抓住了科学界的神思”而已。分形是描述一类在数学上具有分数维特征的对象:它比直线模糊,具有更多的分叉,但从来不能真正填满平面。分形揭示了这类自然现象在愈来愈小的尺度上都具有自相似性的特征。曼德布罗特在创造分形这一概念后,随即指出许多真实世界的现象都具有分形特征,比如云彩、雪花、海岸线、股市涨落和树木等等。“曼德布罗特集”相当于一个简单的数学函数被反复迭代,每一次在得到该方程的一个解以后,就代回方程再对它求解,如此无穷反复。在“曼德布罗特集”中的某些模式,如基本的心形,总是重复出现的,每一次出现又都表现出一些细小的差别。“曼德布罗特集”这个数学中最复杂的对象,现在已成为数学家的实验工具,用来检验与非线性系统(或混沌系统或复杂系统)的行为有关的设想。不过,曼德布罗特也指出,虽然对自相似性后果的探索“显得惊心动魄,而它也确实在帮助我理解自然界的精细结构”,但要揭示自相似性的原因则“希望渺茫”。

霍根认为,曼德布罗特似乎是指是在暗指隐藏于混沌—复杂性含义下的一个诱人的三段论:当用一套简单的数学规则在计算机上产生一个极端复杂的模式时,模式的样式从不自我重复;而自然界也包含许多极端复杂的模式,它们也不在样式上自我重复;因此,在自然界的许多极端复杂现象必然有某种暗含的简单的规律在起作用,而混杂学家能够在计算机的强有力帮助下,挖掘出这些暗藏的规律。当然,自然现象之下确实存在简明的规律,只不过这些规律已经体现在量子力学、相对论、自然选择和孟德尔遗传学中,然而,混杂学却认为仍有大量威力强大的规律有待发现。

约翰·霍兰“令人惊心动魄”

约翰·霍兰发明了遗传算法。遗传算法是计算机代码中的一个片段,它们能自身重组以生成一个新的程序,以便更有效的解决问题。据霍兰自称,该算法实际上就是进化的,与活体生物体内的基因在自然选择压力下的进化是一个道理。霍兰认为,可以遗传算法建立一个“复杂适应系统的统一理论”。他说:“许多令我们颇感棘手的长程问题,比如说贸易不平衡、可持续发展、艾滋病、遗传病、精神卫生和计算机病毒等,都居于其各自所属的复杂巨系统的中心。而产生这些问题的系统,诸如经济、生态、免疫系统、胚胎、神经系统或计算机网络等,也与这些问题本身一样呈现出多样化。然而,尽管存在着表面上的诸多差异,这些系统却共享着一些显著的特征,以至于我们按照圣塔菲研究所的观点将它们归为单独的一类,称之为复杂适应系统。这不仅仅是一个术语,它标志着我们的一种认识,即存在某些一般性规律,它控制着这些复杂性适应系统的行为;而这些一般性的规律,则指明了解决那些伴随问题的方向。我们目前所做的大量工作,其目标就是要将我们的这种认识成果变为现实。”

霍根认为霍兰的这段话“令人感到惊心动魄”。因为“很少有人像霍兰等人这样,如此大胆奢望其统一理论能够一箭双雕,既揭示真理(即洞悉自然)又获得幸福(解决现存世界的诸多问题)。”实际上,复杂性的定义至今都没有达成一致,如果未能达成一致,那么能够达成一个关于复杂性的统一理论吗?例如,马里兰大学的数学家詹姆斯·约克将混沌定义为一类特定的现象,这些现象有一些显然不可预测的方式产生。比如它们都表现出对初始条件的高度敏感、非周期行为,并以一定的模式在不同的空间和时间的尺度上再现。在约克看来,复杂性似乎是指“任何你想要的东西”。而在罗杰·卢因的《复杂性:混沌边缘的生命》和米切尔·沃尔德罗普的《复杂:有序和混沌边缘的新兴科学》中,混沌边缘的基本概念是,在高度有序和稳定的系统中不可能诞生新生事物;另一方面,完全混沌的或非周期性的系统,比如处于湍乱状态的流体或受热气体,则将趋于更加无形。真实的复杂事物,如变形虫、契约贸易者以及其他一些类似的东西,则恰好处于严格的有序和无序之间。

普·巴克的“没用的模型”

普·巴克是“自我组织临界性”理论的创立者。他力图让霍根相信,复杂性研究优于其他任何形式的科学。有人认为巴克的“自我组织临界性”理论很有可能发展成复杂性的统一理论。曼德布罗特早已指出,地震、股市涨落、物种灭绝和其他许多现象都表现出符合幂律的行为模式。换言之,巴克所定义的复杂现象也全都是混沌的。“既然经济学、地球物理学、宇宙学和生物学全都具有这些奇异的特征,那么,其背后必定存在的某种理论。”巴克希望他的理论能够解释为什么小地震常见而大地震罕见,为什么许多物种存在数百万年而后突然消失,以及为什么股市狂泻。“我们不可能解释所有事物的所有方面,但却有可能对所有事物的某些方面作出解释。”

巴克认为像他的那一类模型甚至会引起经济学的革命。“传统的经济学不是一门真正的科学,他们在数学的教条之下谈论的都是完美的市场、完美的推理和完美的平衡。”这种方式只是一种“怪诞的近似”,不可能被用来解释真实世界的经济行为。“任何工作在华尔街并注视着股市变化的真实的人,他们都明白股市涨落来自经济系统本身的一连串反应,来自各种因素的干预,包括银行贸易家、顾客、小贩、强盗、政府及经济形势等,几乎无所不包。而传统经济学则根本没有描述这些现象。”

自组织临界性曾被许多人大加赞扬。比如阿尔·戈尔在《平衡中的地球》中指出,自组织临界性不仅帮助他明白了环境对潜在分裂的敏感性,也帮助他理解了“自身生活的改变”。斯图尔特·考夫曼发现在自组织临界性和混沌边缘,以及他对生物进化进行计算模拟时发现的那些复杂性定律之间存在某种亲缘关系。但是其他人也批评巴克的模型太空泛,本质上又是统计性的,因而不能说明它所描述的任何系统。霍根指出,自组织临界系根本不是一个理论,它仅仅是针对遍布自然界的随机涨落和随机噪声的诸多描述之一种。他说,巴克自己也承认他的模型既不能对自然做特定预测,也不能带来有意义的见解,“那么巴克模型又有什么用呢?”

“达尔文的猎犬”理查德·道金斯

非但复杂性科学要终结,其他科学也将很快要终结。查理·芒格先生曾大力推荐理查德·道金斯的《自私的基因》和《盲眼钟表匠》两本书。但是,霍根说道金斯“坚持唯物的、非神秘论的生命观,并把达尔文理论打磨成一件可怖的武器,用以屠戮任何敢于向自己的生命观挑战的人。”道金斯坚持认为自然选择是宇宙的普适规律。生命在哪里出现,自然选择就在哪里发挥作用。他告诫说生命不可能在宇宙中普遍存在,因为不论是在太阳系别的行星上还是在宇宙中的别的什么地方,我们至今尚未发现有任何生命的迹象。

霍根描述道金斯“尖刻地对待自己的生物学家同行,尤其是那些胆敢挑战达尔文理论基本范式的人”。道金斯以不容置疑的口气宣称,不论以何种方式出现,任何试图修改或超越达尔文的努力,都将以失败而告终。那一次,他打开《盲人钟表匠》宣读了以下一段文字:“我们的存在曾被视为所有奥秘中的最大奥秘,但它已不再是什么奥秘了,因为谜底已经被揭开。达尔文和华莱士已经解开了生命之谜,尽管我们偶尔还能为他们的答案添加那么几条注释。”后来霍根请教何为“注释”,道金斯答:“这里面难免会有虚饰浮夸的成分,但从另一方面来看,这样说也并不过分,”因为达尔文确实解开了生命的由来以及它何以如此美丽、如此有适应性、如此复杂的谜底。道金斯认为达尔文以后生物学上所有重大进展,包括孟德尔对基因表达连续性的论证、沃森和克里克关于DNA双螺旋结构的发现等,都支持了而不是削弱了达尔文的基本思想。

霍根问道金斯,为什么他的信条——关于生命问题,我们所做的一切和需要知道的一切,达尔文已经基本上都告诉我们了——不仅受到来自神创论者、新时代信徒以及哲学诡辩者方面的反对,甚至也显然遭到大多数生物学家的反对。他答道,“这也许是因为我没把自己的观点表述清楚吧。”而霍根认为,实际情况正好与此相反,道金斯已经清楚的表明了自己的观点,并且是如此清楚明白,以至于他未给神秘、意义、目的等留下任何存身之地——甚至在达尔文本人已经给出的科学发现之外,他也未给别的科学发现留下丝毫余地。看起来道金斯的论点还真是破绽百出,不值得一提。

对于霍根而言,复杂性科学,没用的东西可能太多了,甚至还可能基本没用。但是对混沌、复杂性以及人工生命的领域的研究仍将持续下去。某些参与者将满足于在纯数学和计算机理论方面进行研究,而其他人多数参与者则将为了工程开发新的数学和计算技术。他们将逐步积累经验,比如扩展天气预报的范围,或提高其他工程技术人员模拟喷气机或其他技术的能力。然而,他们不可能在洞悉自然方面取得突破——当然也无法与达尔文进化论及量子力学相提并论:他们不可能在了解客观世界和描述创生过程方面做出重大的进步;他们也不会找到默里·盖尔曼所说的“别的东西”。混杂学家创造了一些有力的隐喻:蝴蝶效应、分形、人工生命、混沌边缘、自组织临界性。“但无论从正面或负面意义看,这些东西在帮助我们理解具体的世界和令人惊奇的事物方面,并没有带给我们任何助益,他们只是略微扩展的某些领域中的知识的边界,清晰地描述了一些学科的轮廓。”这样看起来,复杂性科学确实应该“终结”了。

霍根在《科学的终结》中介绍的都是现代科技应用和科学最前沿的研究成果,而反思的是他在30年职业生涯中所见到的科学的连续失败。在霍根看来,现代科学所有的“突破”与“革命”都显得天花乱坠。这其中包括弦理论和其他关于所有物体的理论,自组织临界性和其他复杂性理论,抗血管生成药物和其他可能治愈癌症的疗法,可以使抑郁症患者“心情愉悦”的药物,导致酗酒、同性恋、高智商和精神分裂症的“基因”等等。这些科学家们“设想了太多的东西,却没有证明多少。”其可复现性存在危机。但是,还是纽约大学心理学系教授盖瑞·马库斯说得好:“所有的科学都是暂时的,永远都会有我们还没有弄清楚的问题,有时甚至会出现错误。但是,科学并不仅仅是下一个结论,结论有时会是错误的。科学是一套研究方法,包括不屈不挠地对前人的结论提出疑问。你可以同时热爱科学,并质疑它,两者之间并无矛盾。”如果是这样的话,那么就让我继续学习复杂性科学吧,毕竟它有可能成为“21世纪的科学”。


 
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