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用这样的标题多少带点“一搏眼球”的意味。我这里并不是说物理学不重要,也不是说它不需要聪明的人去研究。这里所谓“简单”和“低层次”,指的不是智力层面,而是对物理学所研究对象的可理想化程度 (the degree of idealization)而言的。
物理学之所以发展迅速,并非因为那些物理学家们比其他人聪明或者高人一等(圣人),而是因为物理学研究的对象恰好容易被“理想化”。
理想化模型:科学思维的捷径
所谓理想化模型(Idealized models),是科学家在面对复杂现象时,通过有意的简化或扭曲来构建模型,以便更容易理解或处理问题。例如,无摩擦平面、质点、可逆循环、孤立系统等等;这些在现实中并不存在,却构成了物理理论的基石。
在科学哲学中,人们常讨论和区分两种理想化方式:
亚里士多德式理想化(Aristotelian Idealization):通过“剥离”与问题无关的属性,只保留被认为是核心的特征。Jones 与 Godfrey-Smith 认为这种理想化仍是对现实的“真实描述”,只是“保持沉 默”(silence),而非是在说谎。而 Cartwright 与 Musgrave 则认为理想化必然带有虚假,因为它忽略了那些潜在的、在因果上可能很重要的因素。
伽利略式理想化(Galilean Idealization):则是一种有意的扭曲(deliberate distortion),每当研究对象过于复杂而无法直接处理时,是为了让模型可计算、可验证。它的核心是“可控的虚假” (controlled idealizations)—— 我们知道自己在说“假话”,但假话能帮助我们逼近真实:即这类理想化允许通过逐步去理想化(de-idealization)的方式,逐一移除那些扭曲性的假设,从而承若(promise)未来逐渐逼近真实的系统。
为什么物理学容易被理想化
伽利略式理想化是物理学成功的关键原因之一。它允许科学家舍弃复杂性,构造数学上可处理(mathematically tractable)的世界,从而揭示自然中稳定、普遍的规律。
物理系统的典型特征包括:
同质性(homogeneous)与可重复性(repeatable,如自由落体、原子结构等);
变量较少(few relevant variables),易于控制;
具有普遍规律性(universal regularities,如运动定律、电磁定律等)。
因此,物理学家可以隔离一个变量、忽略环境因素,仍能得到精准预测。这正是物理学能从伽利略、牛顿、麦克斯韦到爱因斯坦一路突飞猛进的根本原因。
但这也意味着:
物理学并没有捕捉到世界的全部复杂性。
它只是在人类创造的理想化世界中运转得格外完美。而当这种理想化不再适用时,比如
过度理想化
错误理想化
只理想化,而不去验证
物理学就容易滑向形而上学,甚至成为伪科学。
真实的世界是复杂的
与物理学相比,生物学、心理学等“高层次科学”所面对的系统更复杂。这些系统的特征主要有:
极度复杂的关联与因果(multiple levels of causation):系统由无数相互作用的部分构成,存在多层次的因果关系。
情境依赖(heterogeneous and context-dependent):系统具有异质性,环境的微小变化都可能改变系统行为。
变量非线性且历史性强(variables in nonlinear and historical ways):各变量之间高度非线性,今天的状态取决于漫长的演化过程,并极难被重复和复原。
在这样的系统中,你不能轻易“去掉”某个变量,因为那可能摧毁整个系统的意义。
理想化不再是简化,而可能是误解,看似微小的变量往往会改变整个系统的行为模式。
科学的层次与建模的多样性
哲学家常用“层次高低”来描述自然界的组织结构(levels of organization),而非表示某种学科的“重要性”或“价值”上的高低。
几门学科根据研究对象的组织结构由低到高为:
物理学
化学
生物学
心理学
社会学
每一层科学:
依赖下层作为因果基础,
同时拥有自身的规律与解释框架,
采用不同的建模策略,例如机制模型(mechanistic)、网络模型(networked)、统计模型(statistical)、诠释性模型(interpretive)等。
换言之,科学是一张交织的网络。物理学提供底层结构,而生物与心理学揭示更复杂的生命与意识层面。物理模型的优雅,在于数学的简洁;而高层次科学的深刻,在于对生命、心智与社会复杂性的洞察。
当理想化失效,何去何从
这也正是现代哲学家们讨论的主题之一:理想化之所以在物理中如此有效,是因为世界的某些部分恰好足够稳定、足够可隔离,而复杂系统则需要其他形式的模型化策略。
Nancy Cartwright 认为世界是“斑驳的”(The Dappled World):物理学成功,只因为它研究的是理想化、可控的局部世界(local, domain-specific causal structures)。真实世界中因果交织,规律碎片化。
Philip Kitcher 的“统一论”(Unification View)指出,物理学追求的是简洁统一的解释,而生物学由于受进化与历史偶然性的影响(historical and contingent),必须采用功能性(functional explanations)或演化性(evolutionary)的解释。
Anderson 与 Hooker 则提出“涌现论”(Emergentism):高层现象具有新的属性与规律,无法被物理定律完全还原。还原论(Reductionism)已经不适用。
他们共同提醒我们:科学的目标不是简化世界,而是理解复杂性。
最难的问题,永远是还没解决的问题
什么科学王冠,上帝之子,神的信使,都是一些自以为是的自我安慰,或者陈腔滥调的阿臾奉承之词罢了,真正的世界是复杂的。那些被少数“天才”解决的问题,并不一定是最深奥的;它们之所以能被解决,是因为问题本身简单,也适合被理想化。
科学是一项集体的社会事业。未来最艰巨、最重要的探索,不在是已被理想化的领域中,而是在那些充满变量、复杂互动、无法还原的系统,比如生命与意识这类系统中;也是最需要当代人,尤其是年轻人去解决的问题。
