論物理學對生物學的規(guī)范作用

顏青山

【內(nèi)容提要】還原論與反還原論是生物學與物理學關系的兩個長期紛爭的對立面，這種對立逐漸地趨向了一致性。本文闡述了兩者的分歧，分析了它們共同的哲學基礎，提出具有更大解釋能力的“規(guī)范論”，并簡述了它的特點、層次。【關鍵詞】還原論/反還原論/規(guī)范

【正文】據(jù)說，分子生物學是物理學為生物學提供確定性基礎這一熱情所導致的輝煌成果，而這一成果構成了生物學發(fā)展的還原主義的路線。執(zhí)行這一路線，生物學將還原為物理學的一個具體分支學科，誠如伏肯斯坦所言：“毫無疑問，在過去幾十年內(nèi)，已開始向這樣一個目標邁進，即把整個生物系統(tǒng)當作物理學研究的一個具體對象?！镂锢韺W并不是作為一門特殊的獨立的科學而存在，只有一種統(tǒng)一的物理學?！薄?〕還原論路線對于整個科學的統(tǒng)一或許令人歡欣鼓舞，但對生物學的獨立卻是災難性的，因此，爭論是曠日持久的。現(xiàn)在很少會有人持有伏肯斯坦的盲目樂觀，還原論綱領在現(xiàn)代科學的研究中正在不斷地被弱化。除了還原論路線，生物學中還有一條沿著復雜性方向?qū)⑸飳W數(shù)學化的路線，這就是生物學的整體主義路線，不過這一路線花明柳暗，曾經(jīng)滄海難為水。不管是還原論路線還是整體論路線，它們都或多或少地受到了物理學的影響，這就是我們所稱的物理學對生物學的規(guī)范作用。一、現(xiàn)代科學中的還原論還原論綱領在現(xiàn)代科學研究中的確立有著其深刻的哲學根源。在早期古希臘自然哲學中存在著兩大傳統(tǒng)：一是由泰勒斯開創(chuàng)的實體論構成主義研究綱領，另者是畢達哥拉斯開創(chuàng)的結(jié)構論形式主義研究綱領?！?〕前者認為萬物源于水，這實際上就是承諾萬物從本體上可以還原為水，而后者則把數(shù)當作世界的本原?，F(xiàn)代物理學是這兩種思想的完美結(jié)合，不過后者的本體論意義已被掏空，被當作前者的方法和工具，現(xiàn)代物理學正是這樣而把世界還原為幾種基本粒子和自然力的。數(shù)學化是物理學還原賴以成功的方法基礎，即首先將質(zhì)還原為量，然后追尋量之間的邏輯聯(lián)系，現(xiàn)代物理學正沿著這一路線朝終點沖刺，試圖將粒子數(shù)學地還原為場?！?〕內(nèi)格爾給出了嚴格還原論兩個充分的同時又是必要的條件，這就是可派生性條件和可聯(lián)結(jié)性條件?？膳缮詶l件要求被還原的科學分支的法則和理論可以作為邏輯的結(jié)果而從某種其他科學分支的法則和理論派生（推導）出來。可聯(lián)結(jié)性條件要求用作為還原終極的那個科學分支的語言來重新定義被還原的科學的鑒別性術語。顯然，在這兩個條件中，第一個是原則性的，而第二個則是非原則性的，是為了分析這兩個科學分支的理論之間的邏輯聯(lián)結(jié)而重新定義時才需要的。不難看出，內(nèi)格爾的兩個條件只是從邏輯上和語詞上說明還原論的，這種還原論并沒有達到泰勒斯的本體還原思想，帶有濃厚的方法論或認識論色彩，可稱之為認識論還原論。但實際上，物理學中的還原有著深刻的本體論意味，將粒子這種實體還原為場這樣一種實在，已不僅僅是數(shù)學上或邏輯上的還原，而是本體演化上的還原。由此，現(xiàn)代還原論有了兩個基礎即自然的外在化和自然的數(shù)學化〔4〕，認識論還原建立在自然的數(shù)學化層次之上，而本體還原則須建立在自然的外在化層次之上。自然外在化是自然數(shù)學化的形而上基礎，自然外在化將人與自然分離，自然本體獨立于人的認知而存在，這樣自然本體可以被宣稱為客觀地數(shù)學化并可研究它們之間數(shù)學的或邏輯的關系、或者更為深刻的本體演化上的關系，從而使邏輯還原和本體還原成為可能。本體還原在認識論領域的表現(xiàn)使還原論呈現(xiàn)出實在論的傾向。 EPR關聯(lián)中的兩條著名的判據(jù)集中地體現(xiàn)了還原論的意味。這兩條判據(jù)是①實在性判據(jù)：僅錄物理理論中的每一個量值才是實在的；②完備性判據(jù)：僅當物理實在的每一個要素在物理學理論中均有對應量時，這個理論才是完備的?！?〕在這兩條原則性的判據(jù)指引下，EPR試圖將量子論的統(tǒng)計解釋還原為因果解釋，玻爾通過拒絕實在性判據(jù)而拒絕這種還原。這兩條判據(jù)是內(nèi)格爾第一條件的更為精致的表述。 EPR判據(jù)可以替換為生物學還原為物理學的兩個條件， ①可還原性條件：僅當生物學理論的要素對應了物理實在的要素時，生物學才是可還原的；②完全性條件：僅當生物實在的每一要素在物理學理論中均有對應要素時，生物學還原才是完全的。這樣，一個生物學理論的要素與物理實在達到了一一對應，生物學被徹底地還原為物理學，據(jù)說分子生物學正是通過發(fā)現(xiàn)DNA 這種物理實在的結(jié)構而將遺傳的“中心法則”還原為物理學的。基因為DNA上特定的片段所取代， “中心法則”中的信息學術語如復制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯可以用物理—化學的語言如DNA 解旋酶、拓撲異構酶、聚合酶、連接酶、RNA聚合酶、轉(zhuǎn)肽酶和催化等術語重新表述。還原論在生物學中的“全面勝利”歷經(jīng)了滄桑，由近代到現(xiàn)代經(jīng)歷了機械還原、力學還原和物理—化學還原。在近代早期，將人體與機械的類比極為盛行，達·芬奇用靜力學觀點解釋了骨骼的杠桿作用，這就是機械還原論；當塞爾維特用流體力學的觀點解釋血液循環(huán)時，力學還原論已經(jīng)萌芽，但仍然混合著機械還原論，因為哈維正是用了水泵比喻心臟才在塞爾維特的基礎上創(chuàng)立血液循環(huán)理論。物理—化學的還原才真正是生物學中還原論興盛的時代，它肇始于19世紀末的生理學和化學胚胎學，而成果于20世紀中葉的分子生物學。還原論在生物學強化的過程中，數(shù)學化卻被削弱了，雖然生物學還局部地使用數(shù)學，但整體上已經(jīng)放棄了物理學中的一般化公式和方程，泰勒斯和畢達哥拉斯的世界重新對立于生物學中。然而數(shù)學化的企圖從未被放棄過，而是沿著十分不同的路線發(fā)展著，貝塔朗菲創(chuàng)立了系統(tǒng)論，試圖以數(shù)學化來說明生命現(xiàn)象的復雜性，而另一些生物學家則運用控制論和信息論來解釋生命現(xiàn)象。這種整體性數(shù)學化最富于成效的是正在興起的分形和混沌理論。〔6〕生物學中的整體數(shù)學化削弱了還原論的氣焰，質(zhì)的差別在量的演化中得到了體現(xiàn)。由于混沌是不可預測性和決定性的統(tǒng)一，它就調(diào)和了還原論和整體論的分歧，從而可以將這種自理稱為非線性還原或整體還原，生物學似乎可稱為混沌的物理學。〔7〕生物學哲學家邁爾把還原論區(qū)分為三種情形：組成還原論、解釋性還原論和理論還原論?！?〕組成還原論認為，有機體的物質(zhì)組成與在無機世界的物質(zhì)是一模一樣的。這些看法是任何科學家都能接受的，它是本體還原的一部分；本體還原的另一部分是，這些物質(zhì)運動所表現(xiàn)的規(guī)律在生物學中與在物理學中是一致的，這一部分是具有爭議性的。解釋性還原論以分析的眼光看待整體的功能，它主張要理解整體只有分解到它的組成部分才是可能的。理論還原論的主張即是內(nèi)格爾所建議的兩個條件。二、生物學中的反還原論還原論觀念明確地遭到了來自新活力論的反對。新活力論認為，生命系統(tǒng)顯示出顯然是有目的的或目的論的各種令人驚異的特征，例如生物的部分器官在受到損傷后仍能再生出一個完整的整體，在發(fā)育的過程中許多機能異常地協(xié)調(diào)，仿佛遵循著一個共同的規(guī)劃來導致一個成熟的個體的形成。新活力論認為這種現(xiàn)象在非生命系統(tǒng)中不會發(fā)生，它們不能單用物理學的概念和規(guī)律來加以解釋。〔9〕于是新活力論假定存在類似于生長原則的東西支配這一切，或者存在某種非物質(zhì)的目的論的動因，這種動因被冠以各種各樣的名稱。來自新活力論的反駁并不構成對還原論的致命沖擊，還原論與活力論幾乎找不到共同語言，活力論的設定不過是自然哲學“莫須有”的玄想，是科學的倒退，或者是不可檢驗的偽科學。新活力論既為還原論所不屑，也遭到了另一些反還原論者的反對。另一些反還原論者持有一種非活力論但又不是機械論的主張，這種主張甚至并不是原則地反對還原，但它卻對還原的徹底性構成了威脅。這樣一些反還原論者并不假定超越物理學規(guī)律的新東西，他們關注的是生命復雜性和組織性所表現(xiàn)出來的功能特征。波普爾在還原論問題上持多元論的立場，他甚至以激動人心的口吻來展望還原論的美妙前程：“一旦還原成功，這將是一個偉大的成果”〔10〕。他并不反對那些實在地談論問題的實在還原論，而只是反對以語詞為借口拒絕問題的語義還原論，他分別稱之為好的還原論和壞的還原論。波普爾對還原徹底性提出的難題仍然是他的知識論難題——即我們不可能預測我們知識成長的明天——的翻版。他為此提出了事件的突現(xiàn)機制。他認為，我們無法徹底弄明白事物演化的過程，這種過程可以處于事物的因果關聯(lián)中，卻無法處于我們的邏輯關聯(lián)中；但我們可以弄清演化的結(jié)果，這種結(jié)果與先前的原因相比，在邏輯關聯(lián)中是突現(xiàn)的，分別構成邏輯關聯(lián)中的結(jié)論和前提，從這樣的前提是不能推出這樣的結(jié)論的，其中缺失的環(huán)節(jié)就是突現(xiàn)。雖然波普爾樂于談論真正的問題而不喜歡談論純粹的語詞問題，盡管阿亞拉與波普爾的觀點基本一致，但阿亞拉還是把突現(xiàn)問題當作語詞問題給清除了。阿亞拉舉例設問道：普通食鹽是按分子式NaCI而結(jié)合的氯和鈉的特征嗎？如果我們把氯和鈉結(jié)合形成食鹽的特征也包括在氯和鈉的特征之內(nèi)，則回答“是”，否則回答“不是”。這樣一來，問題的解決是通過定義的靈活性而解決的。阿亞拉認為關于突現(xiàn)問題的提法不妥，問題應該轉(zhuǎn)換為：復雜系統(tǒng)的特征是否能由已知其組成成分在孤立狀態(tài)下的特征來推導？阿亞拉認為，“關于突現(xiàn)問題的爭論不可能通過事物性質(zhì)或其特征來解決，但由于我們對這些事物的了解認識，這個問題是可以解決的。”這里的“了解認識”指的是波普爾關于事物演化的不可知的細節(jié)。當波普爾把這種本體上的因果關聯(lián)轉(zhuǎn)化為認識上的邏輯關聯(lián)時，阿亞拉認為突現(xiàn)問題是不合邏輯的偽問題。阿亞拉的觀點是，生命現(xiàn)象是以物理現(xiàn)象為基礎的，可以和物理學相容，但就認識而言，生物學需要自主性假說和模式的闡述，這些假說和模式必須用生物學證據(jù)來檢驗?！?1〕反還原論是一個復雜的聯(lián)盟，不同的形態(tài)有不同的主張，但它們都主張生物學是自主的。邁爾把自主論者們堂皇的理由概括為如下四點：①生物學和物理學研究的問題不同，生物學的表述提到生命現(xiàn)象的明顯特征，并得出包含它們的規(guī)律，這些特征和規(guī)律在物理學中不存在，并且不能用這些學科的概念來定義或從這些學科的規(guī)律中推導出來；②生物學和物理學的觀察和實驗方法存在很大的差別；③在生物學和物理學的研究戰(zhàn)略中，它們的解釋框架是不同的，物理學的解釋框架是機制論的或因果性的，生物學的框架則是目的性的或功能性的；④生物學物理學因解釋方式不同而它們的規(guī)律之間存在著根本差別?！?2〕最近，作為唯一一名哲學家而被邀請參加“生物學中的還原論的局限”會議的T.內(nèi)格爾為反還原論作了一個哲學的總結(jié)，他把反還原論區(qū)分為本體論的反還原論和認識論反還原論?！?3〕本體論的反還原論認為，一定的較高級的序現(xiàn)象原則上不能完全為物理學所解釋，而要求不為關于基本結(jié)構的規(guī)則所限定的更進一步的原則，生物學要求獨立于物理學的序原則；認識論的反還原論則主張，因為我們的認識能力有限，即便我們知道了控制復雜現(xiàn)象終極結(jié)構的原則，我們也不能掌握其終極的物理解釋，因此我們總是需要特殊性學科，這些學科使用著操作性更強的描述。內(nèi)格爾認為認識論還原論是可以接受的，而本體論還原論則存在著較大的爭議。

【參考文獻】

〔1〕伏肯斯坦：《生物學和物理學》，《外國自然科學哲學摘譯》1974年5期。

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〔4〕E.Nagel，The Structure of Science，New York，Harcourt，Brace，1961.

〔5〕洪定國：《物理學理論的結(jié)構及其拓展》，科學出版社1986版。

〔6〕E.N.Lorencz， Determinstic Nonperiodic Flow，Journal of theAtmospheric Scinece，1963.20 :130.

〔7〕顏青山：《混沌概念的哲學運用》，《系統(tǒng)辯證學學報》1994年2期。

〔8〕〔12〕E.邁爾：《生物學思想發(fā)展史》，湖南教育出版社1990版，第64頁。

〔9〕〔14〕亨普耳：《自然科學中的哲學》，生活·讀書·新知三聯(lián)書店1987版，第133頁。

〔10〕波普爾：《客觀知識》，上海譯文出版社1987版，第300－312，316頁。

〔13〕F.J.Ayala，Evolution at Crossroads，the New Biology，andthe New Philosophy of Science，Bradford MIT Press(1985)P65－79.