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國內非線性科學哲學研究綜述
國內非線性科學哲學研究綜述
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  〔中圖分類號〕N02  〔文獻標識碼〕A  〔文章編號〕1002-8862(2000)06-0025-05
  非線性科學是研究非線性現象共性的一門新興的交叉學科,產生于20世紀60-70年代,其標志是,1963年美國氣象學家E.N.洛倫茨發表的“確定論的非周期流”論文,揭示確定性非線性方程存在混沌;1965年數學家N.J.查布斯基和D.克魯斯卡爾通過電子計算機的數值實驗發現孤立子;1975年美籍數學家B.B.曼德布羅特發表《分形:形態、機遇和維數》一書,創立了分形幾何。它們分別表示非線性現象的三大普適類,構成非線性科學三大理論。
  非線性科學的產生標志著人類認識由線性現象領域進入非線性現象領域,這是人類認識史上的一次巨大飛躍。非線性科學揭示出來的新事實、新特點和新規律,不僅對科學技術具有重要意義,而且對哲學也具有重要意義。作為對自然科學和社會科學的概括和總結的哲學,其自然科學基礎的變革必將引起哲學的變革。正如恩格斯所說的,“隨著自然科學領域中每一個劃時代的發現,唯物主義也必然要改變自己的形式。”(《馬克思恩格斯選集》,人民出版社1972,第4卷,第224頁)
  一、非線性科學與復雜性科學
  在綜述非線性科學的哲學之前,首先必須了解學術界對這兩門科學的不同看法。
  人類的認識是由簡單到復雜的。當遇到復雜事物時總是作了各種簡化,從數學來看,得到一些線性方程,即線性化。這種簡化或線性化方法近似地反映客觀事物,推動了科學技術和生產的發展。但是它并非總是有效的,特別是科學技術和社會生產發展到今天,要求科學更全面、準確地描述復雜事物,這時,線性化方法就顯出局限性。描述復雜事物變化規律的方程都是非線性的,所以有的科學家把復雜現象叫做非線性現象,把研究復雜現象的科學叫做復雜性科學或非線性科學。
  但是,我國的非線性科學家并不同意把非線性科學等同于復雜性科學的看法。他們認為,非線性科學是研究各門科學中非線性問題的共性的一門科學;目前發現的非線性問題的共性表現為三大普適類:混沌、孤立子和分形。北京大學的朱照宣教授認為,“非線性科學只考慮各門科學中有關非線性的共性問題,特別是那些從線性模型稍加修正(比如攝動理論)還可以解決的問題,再加上它自身理論發展所需要的一些概念、方法等,才是非線性科學的研究對象。”因此,他認為,像耗散結構理論、協同學和突變理論這些研究復雜性的科學不屬于非線性科學的范圍。因為“這‘幾論’還有不少內容是企圖說明某些更一般的、涉及自然界甚至是社會現象的普遍規律,有些則帶有哲理性或思辨性的論斷。后面這些,我們寧愿不把它算在非線性科學范圍內。”(《什么是非線性科學》,趙凱華、朱照宣、黃yún@①著:《非線性物理導論》,(初稿),“代前言”)所以,非線性科學的主體是:孤立波、分形和混沌。谷超豪教授也認為,非線性科學“是研究有關非線性現象共性的一門學問”,當前非線性科學的研究對象是已經殂成的非線性現象的三大普適類:孤立子、混沌和分形。(《非線性現象的個性和共性》,《科學》,44卷,1992年,第3期)
  二、一般情況
  80年代,我國的混沌學家較早地提出和研究了非線性科學的一些哲學問題。自然辯證法界少數研究人員開始研究非線性科學的哲學問題。例如,北京師范大學沈小峰教授在報刊、雜志上發表多篇有關非線性科學的哲學問題的論文,主要研究混沌學中諸如“有序和無序”、“確定性和隨機性”的辯證法,以及牛頓力學的第3次突破,建立新的自然觀。進入90年代后,非線性科學的哲學問題引起自然辯證法界一部分人的重視,發表幾十篇論文,主要專著有苗東升、劉華杰的《渾沌學縱橫論》(1993),李后強等著的《分形理論的哲學發軔》(1993),沈小峰的《混沌初開》(1993),童天湘、林夏水主編的《新自然觀》(1998),林夏水、董光璧、梁芳的《分形的哲學漫步》(1999)等。但就整個哲學界來說,還沒有引起重視。林夏水的論文“非線性科學的哲學問題”(《哲學研究》,1997年,第12期)闡述非線性科學如何向哲學提出一些挑戰性問題,一些刊物作了轉載。1999年8月,中國自然辯證法研究會與新疆氣象局聯合在烏魯木齊召開《復雜性與非線性科學的哲學研討會》。
  但是,學術界有人把探索非線性科學哲學問題的一些觀點看成是產生偽科學的根源。仲柯雪在“崇尚科學,回歸理性”(《光明日報》,1999年8月20日)一文中說:“今日學術界的偽科學比以往任何時候都多。原因何在?國內外許多學者認為,這種現象與學術界普遍流行相對主義的、非決定論的思潮有關。隨著量子力學和非線性科學的產生,非決定主義、非還原論的思想在學術界很有影響。人們普遍認為‘混沌’、‘非線性現象’和‘時間之矢’使我們的思維發生了一場徹底的革命。整體主義代替了還原主義,非決定論代替了決定論。另外,后現代主義者錯誤地把物理學中的非線性研究當成整體主義和非決定論而引入哲學文化領域,使70年代以后的世界文化具有濃重的相對主義和多元主義的色彩。這無疑為偽科學和反科學提供了生長發育的土壤。”
  還有人認為,不要急于研究什么是復雜性科學或非線性科學以及它們的哲學意義,而應該先研究復雜性和非線性的涵義。吳彤說:“我認為,現在不要急于論證復雜性科學或非線性科學是否已經產生,急于論證復雜性或非線性科學對哲學有何意義——做這方面的工作當然有意義,讓哲學外的人認識哲學在發展,科學技術發展前沿對哲學提出了種種問題需要而且有人在研究,重要的是研究不同的領域的復雜性、非線性的涵義、問題和類型等,然后才能歸納、抽象,否則我們只能浮在復雜性、非線性的面上,作宏觀意義的闡述,這樣的哲學大概只能成為注釋的哲學吧。”(《復雜性和非線性研究及其哲學問題評述》,《哲學動態》1999年,第12期)。所以他主張應致力于研究復雜性的定義。
  三、主要見解及其爭論
  非線性科學揭示出一些新的事實、特點和規律,向哲學提出一些新的問題,甚至是挑戰性的。如,描述復雜事物的變化規律的方程都是非線性的,而確定性非線性方程存在著混沌(一種新的隨機性),說明混沌運動具有普遍性,但它并非是完全無序的,構成一類新的序,即混沌序。從數學來看,分形是不規則點集(即無序的),但它卻存在著局部與整體的自相似,其維數是非整數,它的形態是復雜的,無法用傳統數學描述,但卻可以用簡單的迭代法生成。孤立子不服從疊加原理。……這些問題涉及重新認識確定性與隨機性、內在隨機性與外在隨機性、必然性與偶然性、有序與無序、簡單與復雜……這些范疇,更一般地涉及對時空觀、自然觀、規律的認識。在這些方面,我國學者獲得了一些新的認識,出現不同見解。
  (一)建立新的自然觀問題
  1984年,我國混沌學家郝柏林教授就認為:確定論與概率論的對立是基于無窮過程,但人們實際的測量和計算只能達到有限步驟和精度;只要建立有限性原則,就可以消除二者的對立。他說:“無論怎樣說,只要把有限性作為基本原則,確定論與概率論的人為對立也就會消失。現在還不清楚應當怎樣把這種有限性要求表述為新的物理原理,但科學發展已經把問題提上日程。有序、無序和混沌的研究,也許會導致數理科學中基本觀念的又一次革新。”(《自然界中的有序和混沌》,《百科知識》,1984年,第1期)他在后來的一篇論文中明確地提出,這種新的自然觀“應是基于有限性的混沌論”。他說:“只要承認有限性,那么確定性與概率性描述之間的鴻溝就消失了。”因此,“決定論還是概率論?二者的關系可能是非此即彼,亦此亦彼。更真實地反映宏觀世界的觀念應是基于有限性的混沌論。”(《世界是必然的還是偶然的?》,《現代科學的哲學爭論》,北京大學出版社,1995年,第54頁)
  林夏水從混沌是自然界的一種普遍運動形式提出混沌自然觀。董光璧提出生成論自然觀,他說:“現代自然觀本質上源于科學的自然圖像。因而,任何關于自然界的科學理論,原則上講,都可以成為建立某種自然觀的基礎,并形成一種研究綱領。……。分形幾何學作為描述復雜自然形狀及其形成機制的有力手段,又為人類構建新的自然圖像提供了一種新的科學基礎,形成了一種新的自然圖像——生成論自然圖像。”(林夏水、董光璧、梁芳:《分形哲學漫步》,首都師范大學出版社,1999,第99頁。)還有人根據分形的普遍性,提出分形自然觀。苗東升和劉華杰認為,渾混模式的科學世界圖景是:“一個有序與無序統一的世界,一個確定性與不確定性統一的世界,一個穩定性與不穩定性統一的世界,一個完全性與不完全性統一的世界,一個自相似與非自相似統一的世界,一個遵循辯證法規律的世界。”(苗東升、劉華杰:《渾沌縱橫論》,中國人民大學出版社,1993年,第187頁)
  (二)決定論是否仍然有效
  苗東升、劉華杰認為,“渾混并不一般地否定決定論,它否定的是機械決定論。”劉華杰在“論渾沌對決定論的影響”一文中,通過把科學決定論由弱到強分成四個層次,即L1:變形的因果決定論;L2:演化方程的解的存在且唯一;L3:演化狀態局部可計算、行為局部上可以近似預測;L4:系統行為可以完全預測。他認為,“渾沌系統并不違反決定論L3,但是對于比L3再強一些的決定論,渾沌系統則違反那種決定論(比如L4)。應當明確的是承認L3,意味著早已承認L1和L2了。所以說,渾沌現象沒有簡單地否定決定論,這是我們的基本觀點。”(《論渾沌對決定論的影響》,《自然辯證法研究》,1994,第12期)
  維之認為,“現代科學并未真正否定嚴格因果的存在。我們仍然可以堅持因果關系普遍有效的信念。但這并不等同于支持一個決定論的世界。因為嚴格的因果關系只有在一個有限的孤立系統中才能導致嚴格的決定論,如果宇宙是無限的,那么其中任何一個有限世界都會有一個無限大的外部環境,來自無限遙遠處的不測因素將會不斷破壞有限世界的決定論;另一方面,‘無限’是不可描述不可總括的,無限宇宙本身也不能成為一個系統,不能有一個整體的‘現狀’作為決定論的前提。”(《現代科學真的否定了嚴格的因果關系嗎?》,《自然辯證法研究》,1997年,第3期)
  黃順基認為,普里高津的《確定性的終結》一書“從經典科學的中心概念‘時間’入手,向傳統的科學觀、宇宙觀發起了總攻擊,明確宣告傳統科學觀——決定論已經壽終正寢了。可以預料,這部著作的思想和理論必將在科學史上帶來一場新的革命。”(《一種新的科學觀》,《自然辯證法研究》,1998年,第2期)
  宋偉認為,“因果性、決定論的形成有其特定的自然科學背景,它只在滿足其前提條件下的情形下成立,現代自然科學的發展使決定論顯現出局限性;非因果聯系與因果聯系一樣都是客觀世界的普遍聯系方式,偶然性與必然性一樣也都體現自然界的本質屬性,非決定論所描述的自然圖景更富科學性和時代性。決定論與非決定論的對立只具有相對的意義,它們的結合與互補才能更準確地反映規律性。”(《因果性、決定論與科學規律》,《自然辯證法研究》,1995年,第9期)
  (三)豐富和發展哲學
  許多有關非線性科學哲學的論著分析了非線性科學中的辯證法,為辯證法提供了新證據。這里主要介紹豐富和發展哲學的見解。
  1、內在隨機性豐富對偶然性及其與必然性的認識
  《分形的哲學漫步》一書第五章中認為,傳統哲學把偶然性看作是由“外在的、非本質的原因”引起的,稱為外在隨機性。非線性科學揭示了,系統在演化過程中不受外在原因影響,也可以產生隨機性,稱為內在隨機性。但是,內在隨機性所呈現出來的混沌并不是完全無規則的。非線性科學還提供了柯爾莫哥洛夫熵K來定量地反映系統的運動性質(確定性、內在隨機性和外在隨機性)及其關系:當K=0時,系統作確定性運動;當K為有限數時,系統作混沌運動;當K趨向無窮大時,系統作完全無規的隨機運動。內在隨機性的提出無疑豐富了對隨機性的認識;通過K的有限與無限反映的內在隨機性與外在隨機性可以看成是一對矛盾;K反映了確定性、內在隨機性、外在隨機性三者的聯系和轉化。這些無疑都豐富了對偶然性與必然性的認識。
  2、還原論的局限性
  苗東升和劉華杰認為,“還原的觀點一單純分析的方法不能理解渾沌,渾沌軌道指數地分離表明系統的內部時間存在一個特征尺度。大于這個尺度,系統行為不可預測,小于這個尺度則可預測。對于不同的系統,這個時間尺度不同。為了理解渾沌,科學家需要換一種方式來想問題。在實現由還原論向整體論的轉變上,費根鮑姆是最徹底的學者之一。這無疑是他能夠取得這一領域中最重要的突破的一個原因。”(《渾沌縱橫論》,中國人民大學出版社,1993,216頁)
  張本祥、孫博文、馬克明認為,以線性疊加原理為基礎的經典還原論“忽略了子系統間的相互作用”,所以它為既考慮各子系統對整體系統的貢獻,也考慮子系統間的相互作用對整體性質的貢獻的系統論所代替。“但是,系統論仍是將部分與部分間的關系相互作用分離、將實體與關系分離,在線性疊加原理的框架下考慮非線性問題的,除了得出整體不等于部分之和的認識外,弱于處理從部分到整體的具體過渡。例如,它無法解釋分形結構中的部分與整體相似現象,換句話說,他無法解釋‘部分包含整體的現象’。鑒于此,吸收非線性科學成果,我們認為可嘗試在非線性框架下的還原論的復歸。”“即建立以非線性疊加原理為基礎的現代還原論,作為方法論意義上的整體與部分的關系問題的第三階段。”(《非線性的概念、性質及其哲學意義》,《自然辯證法研究》,1996年第2期)
  《分形的哲學漫步》一書第四、五章指出,還原論涉及部分與整體的關系,它把整體分解為一些相同的部分,然后通過研究部分的性質,再把部分的性質疊加起來作為整體的性質。但是,分形理論揭示出部分與整體具有自相似的關系。因此,作為還原論思想在數學中應用的無限細分、無限求和的方法已經不能應用于分形,因為它沒有反映部分之間的相似性,反映了還原法的局限性。所以分形學家創造了一種反映部分與整體、部分與部分的相似性的方法——迭代函數系統,成功地用于描述和生成分形圖。所以迭代函數系統成為研究復雜形態的新方法。
  3、時空觀的變革
  空間和時間是物質存在的基本形式,維數是描述空間和時間的最基本特征量之一,所以維數觀念是構成時空觀的重要內容。分形幾何揭示了復雜事物的空間結構的維數是分數的,它表示分形圖填滿空間的程度,表示分形圖的復雜程度。因此,它改變對維數的傳統認識,即把空間維數看成是確定物體位置的最小坐標數。孫博文認為,維數觀念的變革將引起時空觀的變革,“因為這樣一來,時間不再具有平移性,空間也不再具有均勻性和旋轉性,從而作為自然科學基礎的時空觀也將發生根本的改變。”(《維數的性質及其哲學意義》,《自然辯證法研究》,1994年,第11期)
  4、擴充規律概念的內涵
  規律性表現為有序性,混沌學揭示出在有序與無序之間還存在著更普遍狀態——“混沌序”。混沌,就其不具有周期性和對稱性而言,它是無序的;但就其隨時間演化表現出來的倍周期分岔進入混沌具有相同的速度和周期點分布遵循一定規律來看,它又是有序的;就其空間結構的自相似來看,它是有序的。所以,《分形的哲學漫步》一書認為,“混沌序不僅擴大了我們對物質運動規律性的認識,而且將促使我們重新審查我們先前的自然觀。”字庫未存字注釋:
  @①原字田加勻
哲學動態京25~29B2科學技術哲學林夏水20002000林夏水 中國社科院哲學所 北京 100732 作者:哲學動態京25~29B2科學技術哲學林夏水20002000
2013-09-10 21:34

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