第一節 傳統科學的簡單性觀念

近代科學（或稱之為傳統科學）尤其是自然科學由于近代工業文明大背景下各種社會歷史條件的推動，逐漸在人類的思想世界當中取得了可以與中世紀的“上帝”相提并論的影響力。在這一過程中，由古希臘傳承而來的傳統科學特有的思維方式即科學簡單性觀念和還原論方法發揮了核心的作用。

一 科學簡單性觀念的確立

科學是隨著人類文明進程不斷展開的過程范疇，作為一種知識或者是獲取知識的活動在工業文明之前就已經存在，雖然我們通常所指之科學主要是在人類文明中產生越來越大影響的近現代科學，但科學不可能是無源之水，在近代科學產生之前，必然有著一定的準備和積累，只是不如近現代科學有如此巨大的影響力和獨立性，甚至很多情況作為哲學、宗教等的組成部分發揮著自己的作用，但作為前工業文明的智力工具我們完全有理由把其看作科學的第一個歷史形態，或者依據其特點稱之為“前科學”。第二個歷史形態是文藝復興之后，在產業革命的巨大推動力下日漸在文化領域逐漸走向中心地位的近代科學，特點是各學科相互獨立，研究對象具體而明確，多采用分析和還原的方法，由于其最基本的本體論預設是簡單性，最基本的方法論原則是分析還原方法，所以也通常被稱為簡單性科學或還原論科學。事實上，近代科學所倡導的簡單性原則可以追溯到古希臘時期。

從古希臘的先哲們開始，簡單性就一直是一個古老樸素的觀念和信條，是認識追求的最高目標，無論是從本體論和認識論意義都占絕對的統治地位。這種信念以世界統一、和諧的思想形式，以直觀、猜測、樸素的表達方式反映了當時人們對自然界中客觀存在簡單性的認識。他們試圖把紛繁復雜的自然現象背后的原因逐漸化繁就簡，最終把一切自然現象的最終原因確定為一個或少數幾個，如泰勒士的水，赫拉克利特的火，德謨克里特的原子與空虛，亞里士多德的四因說，等等。大多數的哲學家都抱有這樣一個信念：世界從時間意義上的最初或從邏輯意義上的最根本都一定是簡單的，或者世界在本原上是簡單的。亞里士多德曾對萬事萬物最終可以還原為簡單的一進行了明確表述：“自然界選擇最短的道路”，“一樣東西，萬物都是由它構成的，都是首先從它產生，最后又化為它的（實體始終不變，只是變換它的形態），那就是萬物的元素，萬物的本原了”。亞里士多德還從認識論意義上提出了簡單性原則，他在《形而上學》中提出了“所包含原理越少的學術比那些包含更多附加原理的學術更有益”。被馬克思恩格斯稱為“經驗的自然科學家和希臘人中第一個百科全書式的學者”的德謨克里特提出了世界的本原是簡單的，即“原子”和“虛空”。他認為，組成萬事萬物的原子在數量上是無限的，但是在性質上都是相同的，沒有差別，組成不同事物的原子并不具有某種特殊的屬性。原子之間的區別在形狀、體積和位置排列不同。原子構成萬物，但原子本身是永恒不變的，它過去如此，現在如此，將來也永遠如此。

上述思想基本代表了大部分思想家在世界本原問題上的基本態度，均在人們思想中打上了深深的烙印：世界在本質上是簡單的，構成世界的本原或始基，只有量的不同，沒有質的區別，也不會隨時間而變化。整體即為部分之和，整體與部分在性質上是完全相同的，因此既可以分離又可以組合。上述古希臘哲學家的思想一直影響著人們的思維方式，并且作為思想資源成為近代科學思維的重要理論基礎，正如普里戈金所說，相信現實世界的簡單性，是從德謨克利特以來在西方科學中形成的基本信念，現象世界的復雜性能夠和應該從簡單的原理和普遍的規律出發加以消解。

第一次科學革命從16世紀中期開始，我們可以把哥白尼的日心說的提出作為其發起的標志，而第一次科學革命的核心成果即經典力學的科學理論體系則是由牛頓建立完成的。作為第一次科學革命的核心內容和最重要的標志性成果，牛頓的經典力學的理論體系向我們展示了一幅新的世界圖景。這是一幅由處在機械運動之中的、離散的、可以作為質點來處理的物體靠機械力或超距作用聯結起來的可逆的世界圖景。在這個世界圖景中，構成世界的基本要素是離散的“質點”和機械力與引力。其中可被當作質點處理的物體是構成這個世界的特定的單元個體，它們要么處在慣性運動之中，要么通過機械力和引力而改變著自己的原有的機械運動狀態，處在變速運動之中。在牛頓所給出的世界圖景中，相對于古希臘先哲們而言，最突出的特征便是科學地、定量化地引入了機械力的概念，是一幅可以依據觀察和實驗的數據定量描述的世界圖景。正是具備了這一可定量化的特點，它成為人類文明進程中不是通過哲學的或宗教的方式而是通過科學的方式向人類展現出來的世界圖景。在諸如笛卡兒的解析幾何、萊布尼茨和牛頓的微積分、哥白尼的日心說、哈維的血液循環說、林耐的生物分類法等近代自然科學的整體發展中，牛頓創立的經典力學體系無疑扮演了領航者的角色，由于當時科學的巨大發展與成功，使得機械力學規律的作用被片面夸大，并被無限制、無條件地應用來說明一切自然現象背后的本質及規律。近代自然科學發展的這種狀況，深刻地影響著人類思維方法在近代的演化走向，第一次科學革命由此也產生出與之相應的基本的科學思維方式。

牛頓經典機械力學作為第一次科學革命的核心成果的形成，是人類思維方式走向科學化的必然結果，本身就體現著思維方式的一次科學變革。牛頓的這一成果本身所具有的重要方法論意義，使越來越多的科學家接受了牛頓創建經典力學的基本思維方式，并將其推廣到各自研究的領域，從而使得經典力學的基本思維方式在眾多的科學領域里蔓延。不僅如此，這種基本思維方式還超越了科學的領域，向上進入哲學向下滲入日常生活，成為一種最常見的、基本的思維方式。它不僅改變了原有的社會經濟和文化格局，而且也改變了科學自身的地位，使其逐漸代替宗教成為人類文化領域的領航者。物理學、數學、化學、生物學的革命也相繼發生，并從龐雜的哲學中分離出來眾多自然科學門類。到18世紀末，這些學科在其發展的初始階段的主要工作是分門別類地積累經驗、收集和整理材料。其研究方法主要依靠分析方法，把自然界的不同方面與不同過程從其整體聯系中孤立地抽取出來，進而對一個個獨立的部分、孤立的過程加以分析。這種方法對自然科學各個學科門類在其初始階段的建立與發展顯然是必要的，但由于在思維上一味地追求把客觀聯系著的事物整體分割為互不聯系的孤立存在的部分，以便能夠單純地運用分析方法加以考察，恰恰忽視了古代系統思維所注重的客觀事物所固有的整體性征，而在整體性思維方面出現了倒退。

近代科學的產生和發展基本上是機械論與還原論在各個領域中不斷強化中進行的，對于世界所固有的復雜本性，大多數科學家主張采用還原論原則來認識，其核心目標就是追求結果的簡單性、確定性。這種方法論原則是通過“簡單”來趨進“復雜”的，相信復雜世界是由簡單構成的這一信念，則是這種方法論范式的突出特點。這一信念最早可追溯到古希臘的畢達哥拉斯，而且，從近代的伽利略一直到現代的愛因斯坦，均秉持這種信念。正如切克蘭德所指出的：“笛卡爾教導西方文明說，對付復雜性的辦法是把它細分為組成部分并分別地處理它們。這種訓導已為人們完全接受，而且不僅深深地根植于此觀念對其至關重要的科學家中，也滲入了任何受過西方風格教育的人的頭腦中。然而，系統思想始于批評從未受到過懷疑的笛卡爾主義的預設，即一個組分分開來與作為一個整體的組成部分完全相同。”

牛頓的經典力學體系是由力學三定律及萬有引力定律構成的，力學三定律突出地代表和體現了牛頓的簡單性科學思維方法：第一定律：一個物體如果沒有受到其他物體的作用時，這個物體就將保持其原有的靜止狀態或勻速直線運動狀態；物體慣性的量度，就是物體的質量。第二定律：物體的加速度和受到的作用力成正比，和物體的質量成反比。第三定律：兩個物體間的作用力和反作用力總是同時存在的，它們的大小相等、方向相反。

牛頓曾經在他的《自然哲學的數學原理》中宣稱：“自然界不做無用之事。只要少做一點就成了，多做了卻是無用；因為自然界喜歡簡單化，而不愛用什么多余的原因來夸耀自己。”“自然界是最簡單的。”牛頓是把簡單性作為一種科學信念和指導原則，置于眾法則之首提出來的。試圖從三大定律出發演繹出自然界的一切運動規律，他所構造的體系的確也是相當簡單的。在牛頓看來，一切物體都是由“固實、有質、堅硬、不可貫穿、而可活動”“它們堅硬到不能損壞和分割”的單個質點作為其最小單位而形成的。無論是單個物體還是單個質點，在沒有外力作用時，都可以處于孤立的靜止狀態；即使有外力作用時，也只能形成絕對對稱的一一對應的兩兩相互作用。為了保證一切質點間的相互作用都只是這種絕對對稱的相互作用，因而質點在空間上的分布也只能是一種絕對均勻的分布狀態；質點或物體間的相互作用過程在任何空間與任何時間上都是在絕對均勻狀態下的絕對對稱的相互作用過程，所以質點的狀態與運動過程是與空間、時間無關的；空間與時間也因此都是絕對的。這樣，宇宙整體上就被看作是孤立的、有限的、均勻的、對稱的、無組織的整體。面對“宇宙”的動力來源問題，牛頓也只好用神秘的“第一推動力”來解釋了，也正是這種簡單性觀念使牛頓和拉普拉斯得出了“萬能的上帝”的結論。

與牛頓所構建的簡單的世界圖景相對應，在認識論上，英國學者奧卡姆早在文藝復興時期就提出了認識邏輯論證的簡單性原理：“如無必要，勿增實體”，逐步剃掉煩瑣的思辨和多余的假設，人們將之稱為“奧卡姆剃刀”。這一原理在后來被許多科學家提及，例如萊布尼茨的“不可觀測事物的同一性原理”和牛頓提出的一個原則：如果某一原因既真又足以解釋自然事物的特性，則我們不應當接受比這更多的原因。從牛頓的萬有引力到愛因斯坦的相對論，奧卡姆剃刀以結果為導向，始終追尋高效簡潔的方法逐漸成為重要的科學思維理念在科學研究中廣泛應用。

二 科學簡單性觀念的發展

近代自然科學在后續近四百年的發展中大都受到了牛頓簡單性觀念的影響。在熱力學中，人們把由眾多分子參與的整體的熱運動過程及其結果看作是由眾多分子獨立作用過程及其結果的簡單加合；從而，近代自然科學也出現了由力的獨立作用導出的力的合成法則，由波的獨立傳播導出的波的疊加法則，從而，近代自然科學形成了“整體等于部分之和”的思維方法。

德國物理學家克勞修斯在1850年創立熱力學第二定律時，也受到單質點科學思維方法的制約。1865年，他通過提出并引入熵的概念，把熱力學第二定律定量化，提出了著名的熵增原理：在一個孤立存在的系統內，實際發生的宏觀過程總是使這個系統中表示其整體狀態函數的熵值，隨著時間的推移而不斷增加。克勞修斯量化熱力學第二定律的公式中，最初整體狀態函數熵是由自身為了維持穩定而不斷消耗能量的熵產生和系統邊界處能量交換引起的熵流兩項因素構成的，即：dS（熵）=diS（熵產生）+deS（熵流），但是在簡單性觀念的影響下，他將客觀存在著的deS（熵流）一項作為是對思維的“討厭的干擾”而忽略不計，將系統視為像牛頓所說的實體一樣的孤立存在物；雖然他認為熵增與時間推移相關，是一定的不可逆運動過程，但是，他又認為，既然一切系統都是孤立存在的，隨著時間的推移，都只能按照熵增原理而趨向于熵的極大值。由于熵產生過程對應著系統在整體上物質與能量分布的均勻化過程，熵增過程對應著系統內部的無組織化或無序化過程，因而，熵趨于極大值的趨勢也就對應著系統內部由有序走向無序，最終由運動走向靜止的趨勢。當克勞修斯將有條件的熱力學第二定律用來無條件地解釋宇宙的運動時，必然地得出了宇宙演化發展最終走向“熱寂”的結論。

從現代科學出發加以科學評價，牛頓經典力學體系實際上是一種對于宏觀低速運動的近似描述。但是由于科學與科學思維方法發展的局限性，牛頓的科學簡單性觀念在自然科學的發展中，起到了長達三百年左右的主導作用，一直影響到20世紀上半葉。從牛頓到愛因斯坦的科學發展過程中，不斷有人力圖把表現上極為復雜的自然現象歸結為幾個簡單的基本定理。其中，馬赫和阿芬那留斯等人都認為科學的任務就在于對經驗事實進行最簡單、最經濟的描述，主張把科學看成一個“用最少的思維、最全面地描述事實”的最小值問題，使系統只可能在允許的情況下選擇最直接的路徑。

在愛因斯坦建立于廣義相對論基礎上的各種物質均勻分布的黎曼宇宙模型中，雖然一定程度超越了以牛頓為代表的機械式的世界圖景，但依舊可以清晰地看到牛頓乃至克勞修斯等的科學簡單性觀念的痕跡。愛因斯坦則把簡單性作為原理來代替上帝，提出了一切自然規律的內在一致性和邏輯簡單性原理，認為它是一切科學的偉大目標，即要從盡可能少的假設或公理出發，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的經驗事實；指出所謂的簡單性，是指這體系所包含的彼此獨立假設或公理最少。正是由于他把這種簡單性當作客觀世界的現實接受下來，因而把追求簡單性作為他一生追求的最高目標，并不惜花費后半生的全部精力去研究統一場論，試圖把萬有引力與電磁相互作用通過幾何化方法統一起來。

不難看出，世界的簡單性信念是近代科學研究的重要傳統和發展動力之一，簡單性觀念最終發展成為簡單性原則。在科學發展中，科學簡單性觀念已成為一種合理地構造科學理論體系的一個極有用的方法論原理，并深深地滲透到了其他許多領域乃至人類的整個思維領域。很長一段時期里，多數科學家乃至哲學家甚至認為宇宙乃至其中的萬物，無分物理、生物或社會層面，都可以簡化為類似鐘表的機械，各個組成零件均以精確可測的線性因果律相互作用。如果我們能夠完全解析各個零件及其作用，即可指以重建世界乃至其中的萬事萬物。

比如笛卡爾等人認為動物是機器，以至生物學也同樣把生命現象分解為原子實體和局部過程。拉美特利甚至提出了人是機器，與動物相比只不過是“多幾個齒輪，再多幾條彈簧”，人的身體只不過是一架“極其精細、極其巧妙的鐘表”，人的靈魂不過是肉體這種有機物質的屬性而已，是自動機的齒輪傳動裝置。基于這樣一種對人的認識，在近代的醫學領域，主流醫學都是信奉科學簡單性觀念的，把人的身體看成是一臺加足燃料的基因機器，采用的是局部的、孤立的、線性的治療方法。

在對社會的理解中，托馬斯·霍布斯把國家描述成一部機器“利維坦”，國家的主權為靈魂，官吏為骨骼，財富為體力，民怨為疾病，內亂為死亡，公民就是機器中的嵌齒輪，等等。正是這樣一種對社會理解的簡單性觀念也深深影響了近代法律體系的建構：“它影響了美國憲法的制造者，使他們建造了一個統治用的機器，它的控制器和平衡輪像一個鐘表的零件那樣嘀嗒擺動。”

三 科學簡單性觀念的思維特征

以科學簡單性觀念為核心的近代科學思維方法的產生，有其歷史的必然性。資本主義社會化大生產的興起，要求科學技術在各個領域的創立；為此，在科學技術發展的初始階段，要求分門別類地研究不同物體的屬性、關系等方面的細節，要求對事物進行分門別類的考察，并把這些細節從整體聯系中分離、抽取出來，這種解剖和分析，是近代自然科學在認識自然界方面獲得巨大進展的基本條件。這一時代要求就與牛頓為代表的近代經典科學所崇尚的科學簡單性觀念與分析還原的科學范式形成了共振，最終把世界看作是簡單的機械式的關系形成的無組織的整體，是以牛頓經典力學為代表的傳統科學對真實而復雜的客觀世界進行簡單思維操作的結果，這也恰恰符合了傳統科學追求世界簡單性的基本精神。

從認識論上總結近代科學的發展，自然哲學家和科學家把世界的運動看作是有條理的、有序的、均勻的因而能夠完全準確的得以把握，比如伽利略把自然看作是簡單有序的系統，它的每一個過程均為有序的、必然的，這種有序和嚴格的必然性通過自然界的數學特征得以體現。“自然的真理存在于數學的事實之中，自然中真實的可理解的是那些可測量并且是定量的東西。”以此為基礎的牛頓經典力學，徹底構建了人們認識萬事萬物的機械論世界觀：在科學認識中追求把多層次、多形式的自然還原為物質實體的集合，把物質實體還原為基本粒子的集合，把各種復雜運動還原為受力學定律支配的機械運動等，任何物體均可忽略其大小、體積、形狀、質地而用“質點”表示。世界觀和方法論是統一的，有什么樣的世界觀就有什么樣的方法論，建立在上述世界觀之上的方法論必然呈現出如下特點：既然世界在本質上是簡單的，構成世界的本原沒有質的差別，也不會隨時間而變化，所以，完全可以用解構、分離、重組、定量的方式加以認識。相同的原因導致相同的結果，事物具有可逆性、無序性、可加性、穩定性，萬物的運動是均勻的，可積的，而不是失衡的、間斷的，微小變化或偶然因素均可忽略不計。以科學簡單性觀念為根本特征的近代科學思維方法，在對世界的理解中具有下述一些基本特征：

（一）孤立性與靜止性

包括人類社會在內的整個物質世界在終極原初意義上是由無數個質點組成，無數個質點簡單加和成為無數個物體，無數個物體又簡單加和成為整個物質世界，所有的萬事萬物可以處在不受任何外力作用的孤立狀態。雖然物體存在各種形式的運動，但其固有狀態往往是孤立、靜止的，在不受外部作用的狀態下，自然界的物質都可以持續的保持既有的狀態不變。單個質點以及由單個質點簡單加合成的物體，乃至整個物質世界，可以處在沒有任何內部及其與外部之間相互作用的靜止狀態。這樣，萬事萬物乃至整個物質世界在內在的、本然的狀態下是孤立與靜止的，相互作用與運動則是外在的。

（二）相互作用的線性特征

在近代自然科學中，一切相互作用都可簡化為各種“力”，一切相互作用的效應也可簡化為各種“流”（包括熱流、電流、擴散流、化學反應率等），而一切力與流的關系又可大致歸結為數學上的線性方程（零次冪或一次冪關系）、線性微分方程（其解可以線性疊加）的形式，這就是通常所說的線性相互作用。線性相互作用具有這樣一些特征：首先，它是獨立的從而僅能在數量上疊加的相互作用，幾項同類的相互作用發生在同一個對象上，就相當于每項相互作用獨立起作用而把結果疊加起來。其次，它是時空中均勻的相互作用，無論何時何地，這種線性相互作用及其效應總以同一形式表現出來，不具有明顯的時空特征。最后，它是兩體間對稱的相互作用，這種一一對稱的兩兩相互作用，只能形成單調的量變過程和唯一可能的結果。

（三）簡單加和性與無組織性

由單個質點簡單加合成的物體，不存在內在各種要素間在差異的基礎上的合作與競爭。也不存在內部各要素在地位與作用上的不同，也就不能形成因地位與作用的差異而顯現出的特定秩序，也就無法通過內在自發調整形成具有一定新性質的整體。在經典物理學中，多個策動力的效應可以線性疊加，即其運動方程的解具有可加合性；因而，即使是多個策動力產生的整體效應，也是完全可以還原為它們各自獨立運動及其結果的。由單個質點簡單加合成的整體，是可以完全還原為單個質點的、不具有整體新的特定性質的無組織整體。這種整體的結構與功能，只能是一種近似的簡單的“整體等于部分之和”式的結構與功能，只能是一種無組織化、無序化的或只能趨于無組織化、無序化的結構。

（四）整體平衡性與確定性

單個質點及其簡單加和成的物體，在宇宙中是均勻分布的，物質世界全體呈現出整體的平衡態。在整體的平衡態背景條件下，一切質點及物體間的差異及其相互作用過程，都只能隨機產生并隨時消亡。物質世界萬事萬物的相互作用與運動在這個意義上只具有隨機的意義，對物質世界全體的平衡態無法形成實質影響。宇宙中萬事萬物的整體運動在這個意義上只存在量變過程，而不可能產生質變過程，新生事物為標志的發展過程在這一世界圖景下更無法得到合理的解釋，整個物質世界的存在與演化就是簡單的、確定的甚至是可以精確計算的。