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第19章 科学思想(18)

2、自我超越,即进化过程的进化,就是这种精神的进化。它不在真空中展开,而是在物质的、能量的和信息的过程的自组织中表现出来。

3、从整体上看,这个循环通过太阳能代谢。在这个循环中,自催化由有机体的繁殖来代表。

4、地球上生命的历史以较高级的分化表达了自组织宏观系统和自组织微观系统的共同进化。

5、自然史,包括人的历史,现在都可以理解为物质和能量组织化的历史,而且它还可以被看作信息组织成为复杂性或知识的历史。

《协同学:大自然构成的奥秘》

作者:赫尔曼·哈肯(德)

成书时间:1981年

推荐版本:上海译文出版社1995年版

【作者简介】

哈肯(Herm Haken),德国知名的物理学理论教授。他曾经被法国、英国、美国、日本、苏联和我国的许多大学授予名誉博士和名誉教授的称号,并得到英国、美国、联邦德国等国家研究协会颁发的奖章。1986年,他荣获联邦德国总统授予的联邦大十字功勋星章。

哈肯于1927年7月12日出生于德国莱比锡市,在学校里,他天资聪颖、勤奋好学,24岁时(1951年)就取得了埃尔兰根大学数学博士学位,1956年起哈肯担任该大学物理学讲师,1960年又出任斯图加特大学教授及其理论物理研究所所长。

哈肯将自己多年的研究和思考成果总结成了《协同学:大自然构成的奥秘》一书,该书给各个学科领域都带来了巨大的冲击力,哈肯也由此创立了20世纪极具影响力的协同学理论。除了创立协同学,哈肯还是现代激光量子理论的奠基人之一。

《协同学:大自然构成的奥秘》是哈肯的重要的代表作之一。

【内容提要】

现代科学技术发端于欧洲文艺复兴时期,早年的科学家有许多是才华横溢,涉猎多个领域的全才。随着人类知识的积累,学科的分类越来越细,终于“隔行如隔山”,一个人终生所能从事的,往往只是十分狭窄的一个专门领域。但正是在两门或多门学科的结合处,往往大有文章可做,于是,一批边缘学科就应运而生了。耗散结构论、突变论和协同学就是代表。

大自然创造的结构不但精巧繁复,而且有高度的可靠性,效率极高,耗费能量极少,并且不会破坏自然环境的生态平衡。哈肯教授所著《协同学——大自然构成的奥秘》,便是揭开大自然成功之谜的一个尝试。协同学试图从相当一般的角度,探讨有序、有规律结构的形成,不仅放眼无生命世界,且更关注有生命世界,甚至涉及人类社会的精神领域。而一旦对这种规律有所了解,当然能进而加以利用,为人类造福。

哈肯教授认为,系统表现无序性,归根结底是因为其中存在着使系统表现不同状态的多种因素,这些因素相互竞争,没有哪一种能取得压倒的优势。但若客观条件到达某个关节点,则往往只剩下两种(甚或多种)因素势均力敌,难分上下,这时再加上某种偶然性的作用,就可以使天平倒向一边,某种因素趋向主导,压倒所有对手,掌握全局,而使相应的状态脱颖而出。这种在关节点出现的偶然性,便是所谓“临界涨落”,而两种因素不再同等(对称),便是所谓“对称破缺”。一旦这种局面出现,其他因素就“趋炎附势”,摇身一变,投到主导因素的麾下。偶有不甘倒戈者,毕竟势单力孤,终于或早或迟自行泯灭。另一种也有所见的情形是,两种或多种状态相互合作,造成一种新的主导状态。不过这也显然不脱上述理论的窠臼。还应该注意到,上述过程都是在一定的客观条件下自发地产生的,因此是一种“自组织”的过程。最后,自组织过程通常需要与外界有能量交换或物质交换,或二者兼而有之。哈肯教授因此称他的新理论为“协同学”——Synergetics,这个词源出古希腊语,本意是合作,亦即协同作用。

一种理论能否为人们接受,关键在于能否在实践中得到验证。该书中哈肯教授是用激光做例子的,光在某种意义上就是一种电磁波。常见的普通光是成千上万个原子独立无规律的辐射,如白炽灯光,它是不同频率、不同振幅的各种光的混合物。激光具有高度的单色性、方向性和相干性的优势,但这种优势并不是一开始就产生的。在激光器的临界电压值以下,所有的原子互不同步,它们的光场无规律而服从所谓高斯分布,一旦实验条件达到某个临界值,所有的原子由于共振腔的相干作用而协同整齐地辐射,这时激光光场服从所谓泊松分布,这是自然界最典型的合作或协同现象。哈肯教授正是从对激光的研究出发,总结出协同学的规律,然后推广应用于其他系统。

然而,哈肯教授认为协同学决非万能,协同学既不能对人们的行动和办事方式提供一张万应灵丹,也不能解释所有现象。特别是,它像人类的其他知识一样,有着一些也许是不可逾越的界限,其中一条重要的界限是:除了有唯一解的“好”问题外,还有许多它们的解并非唯一或原则上无解的“坏”问题,甚至还有着一些“怪”问题,它们的可解性是无法确定的,也就是人们永远不能知道,这些问题究竟是可解还是不可解。这种实事求是的态度,对协同学的发展大有好处。

协同学中用到的基本概念是“建序者”,也就是最后完成“一统大业”的那种因素及相应的状态(应当广义地加以理解,既可以是一种具体的物质形式,也可以是一种现象、心理和社会形态等等)。“order”这个英文词至少有两个重要意义,即“命令”和’秩序”。哈肯教授曾明确指出,他有意识地应用了这个词的二义性。协同学的基本原理是役使原理(Slaving principle),也就是上面所说的,序参数迫使其他因素和状态纳入它的轨道。

自然界,尤其是动物界和植物界,常以其形态的繁多,结构的精致,以及结构中各组成部分极其巧妙的协作,而使我们惊叹不止。以往,世世代代的人们认为这些结构出自上帝所赐。如今,科学则日益关注这些结构究竟是怎样产生的,是什么力量在起作用的问题。有鉴于直至近日,结构的自产生似还被认为与自我批评理学原理相矛盾,该书可以说是一个转折点。在无生命物质中,新的、井然有序的结构也会从混沌中产生出来,并随着恒定的能量供应而得以维持。该书从物理学和化学方面,提供了有关这种发现的极富启发性的实例,诸如激光束的有序排列,液体的蜂窝模式和化学的螺线形波。由此可见,结构的形成是以普遍适用的规律为基础的。具此认识,就能研究较为复杂的问题,如动物胞模式形成的受控,商业公司集体行为方式对经济事态的左右,以及社会舆论的形成所取决的法则。在所有这些过程中,许许多多的个别部分几乎总以一种富有意义的方式协同行动。

我们面对的实际事件是复杂系统。对此可从各种角度加以观察:可以考察个别组成部分的功能,也可以对该系统作整体性研究。第一种方法有如竞技,按照参加各方据以依次行动的规则开始,由此最终得出一种“模式”。协同学即“协调合作之学”,所取的是第二种途径。这里很少探讨个别的基本规则,而旨在发现结构赖以形成的普遍规律。尽管所有比喻都有不足之处,但不妨用下国际象模作比,对协同学略加说明。我们可以不时地举棋落子,并跟踪观察每一步棋的走法。但也可以究问:一盘棋的终局如何?显然,众所熟知,不是白王被擒,就是黑王就缚,或则握手言和。虽然整个对局中一着着棋非常复杂,但最终结局寥寥数语即可说明。协同学研究结构形成时的情况也相仿佛,探讨的是最终形成的总体模式。我们由此会认识到,存在着普遍的更高层次的必然性,它们导致新的结构和新的模式。在科学领域里所获得的关于集体行为的知识,确定无疑也与我们的个人事务有关,无论是在经济领域中,还是在社会领域里。某种有序状态不断增长,直到最后它占了优势并支配一个系统的所有部分,迫使各个部分进入这种有序状态。常常是一种不可预见的涨落使在两个等价的有序状态之间作出了最终选择。在精神领域中也有这些现象。在语言、艺术、文化和思维过程中,我们也可以见到这样的发展。突然间成立了一个新的有序状态,好比在拼图游戏中拼对了某一块后那样,一个全新的方向明朗化了。突然有了一种更有序的状态,或在精神层面上,出现了一种更高的洞见。在自然科学——技术领域中,在许多情况下都能预测新的有序状态,然而在纯粹精神领域中这显然是不可能的,虽然同样性质的规律性是成立的。

一切东西说到头来都由物质构成,而我们现在知道,自组织定律是与物理定律相容而非与之矛盾的。于是便产生了造物主是否还有必要的问题。这里我们每个人都站在十字路口。人人都有相信或不相信造物主的自由。一些人会说,我们至少可从原则上理解,在物质领域中整个发展过程都是通过自组织形成的。

人们越来越清楚地认识到,在自然科学中,且不说在哲学或社会科学领域中,有些问题即使不是完全不可解,也是不能毫无疑义地解决的。这也许会使我们既感到意外,又感到震惊。事实上,数学家库特·哥德尔(1906-)证明,就是在纯粹数学中也存在着一些人们根本不知道它们是可解的还是不可解的问题;换言之,这些问题的可解性是不能确定的。哈肯说,当我们把数学的这种观点推广到其他科学分支,那么,至少直觉地就必然估计到有些问题是我们在原则上无法回答的。年轻的读者可能会对此特别感到失望。但他们可以这样自慰:有大量问题是可以解决而必须解决的,以便保证人类的继续生存。

精彩语录

1、在无生命自然界中,例如在水的液相或固相中,各个分子相互间有一定方式的排列关系,而这种关系又转而决定水或冰的宏观状态。人类社会成员的行为方式在不同的政府形式中也是不同的。

2、某种有序状态不断增长,直到最后它占了优势并支配一个系统的所有部分,迫使各个部分进入这种有序状态。常常是一种不可预见的涨落使在两个等价的有序状态之间作出了最终选择。

3、流行的舆论起着序参数的作用,它支配着个人的意见,强制形成一种大体上是一致的舆论,借以维持其自身的存在。

4、就像象棋大师们争夺冠军一样,科学家中间也有这种智力竞赛。科学家们为了得到科学上的承认而进行的斗争,最终意味着争夺“第一名”。谁第一个作出了发现?谁第一个公开发表了一种观点?尽管在这以合作方式工作的时代,这种姿态看起来是荒谬的,但却不能忽视科学中竞争愈演愈烈的事实。

5、看来革命之前总是出现不稳定,也就是大量民众不再维护或不再坚决地维护现存的体系。此外还有相互的易感性和相互的影响……对统治体系的否定态度以排山倒海之势而来。这种猛烈的来势更以现存体系的支持者越来越自我孤立和缄默而加强。

《开放的宇宙》

作者:卡尔·波普尔(英)

成书时间:1982年

推荐版本:中国美术学院出版社1999年版

【作者简介】

见《猜想与反驳——科学知识的增长》。

【内容提要】

人们所熟知的三个世界理论,就是作者在这本书中提出来的。

作者首先从对直觉的研究入手,认为正是由于直觉可能使人们相信我们由直觉知道的事物是正确的,因此直觉会严重地使我们误入歧途:直觉是无法估价的助手,但也是危险的助手,因为它往往使我们不加批评。我们必须总是尊敬地、感激地、并以对它采取严格的批评态度的努力来对待它。因此,来自行为的论据和来自心理学的理论都不以直觉经验为基础:没有什么人会宣称我们在这些领域中做出了许多精确的预测,作者强调,它们倒是来自关于物质世界是决定论的这种先前的信念。在决定论的物质世界中,显然没有非决定论的行为的位置。因为一切行为都由物质世界中的事件构成。从另一方面说,似乎有着并非决定的意识状态的位置。但是关于存在这种意识状态的假定会令人非常不满意。它们不能与行为有什么因果联系。我们不能对它们有所了解,或者无论如何我们也不能谈论它们。因为如果我们谈论这种假定,未决定的事件就会对声音的物质世界产生某种因果影响;这个假定会与物质世界是决定论的学说相抵触。关于来自行为的论据和来自心理学的论据是来自对于物质世界的决定论的观点的见解,也会解释为什么那些提出这些论据的人没有一个人停下来考虑一下可估算性的问题。因为在霍布斯的时钟机构物质世界图像中,可估算性似乎是凭直觉就显而易见的;在牛顿的图像中亦然。如果物质世界是决定论的,如果可估算性在物理学领域中得到满足,那么在行为或者心理学领域中就无需为可估算性担忧。作者认为,我们的讨论表明,赞成决定论的通俗的或者常识的论据以及传统的哲学论据是无效的。但是它也表明我们可以预期最强有力的论据会从经典物理学中出现。作者解释了为什么应当把非决定论看作初看上去可以接受的,为什么举证的责任应落在决定论者身上的一些原因。

作者说他的“世界1”是指通常所说的物理世界:岩石、树木和物理力场的世界。在此也包括化学和生物学的世界。他的“世界2”是指心理学的世界。被人心灵的研究者们所研究,而且也被动物心灵的研究者们所研究。它是恐惧与希望的情感的世界,行为气质的世界,以及各种各样主观经历包括潜意识和无意识经历的世界。因此“世界1”和“世界2”这两个术语都容易解释。他所称的“世界3“是指人类心灵产物的世界。虽然在世界3中也把艺术品包括在内,也把道德标准和社会制度(因此人们可以说,还有社会)包括在内,但作者主要指科学图书馆的世界——书籍、科学问题和理论,包括错误的理论。

同时,作者解释道,书籍、杂志和图书馆既属于世界1又属于世界3。它们是物质客体,就这一点而论属于世界1,它们受世界1的物理限制或者物理定律的支配。例如,尽管两本同样的书从物质上说会完全相似,它们却不能占据同一部分物理空间;因此它们是两个不同的世界1客体。但是它不仅属于世界1,它们也属于世界3。同一种书的十分相似的两本作为世界1客体是不同的,但是如果两本物质上相似(或者不同)的书内容相同,那么作为世界3客体这两本书是完全相同的。它们是一个世界3客体的不同副本。而且,这一个世界3客体受到世界3的限制和评价的支配,例如可检查其逻辑一致性,评价其信息内容。

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