第一节 传统科学的简单性观念

近代科学（或称之为传统科学）尤其是自然科学由于近代工业文明大背景下各种社会历史条件的推动，逐渐在人类的思想世界当中取得了可以与中世纪的“上帝”相提并论的影响力。在这一过程中，由古希腊传承而来的传统科学特有的思维方式即科学简单性观念和还原论方法发挥了核心的作用。

一 科学简单性观念的确立

科学是随着人类文明进程不断展开的过程范畴，作为一种知识或者是获取知识的活动在工业文明之前就已经存在，虽然我们通常所指之科学主要是在人类文明中产生越来越大影响的近现代科学，但科学不可能是无源之水，在近代科学产生之前，必然有着一定的准备和积累，只是不如近现代科学有如此巨大的影响力和独立性，甚至很多情况作为哲学、宗教等的组成部分发挥着自己的作用，但作为前工业文明的智力工具我们完全有理由把其看作科学的第一个历史形态，或者依据其特点称之为“前科学”。第二个历史形态是文艺复兴之后，在产业革命的巨大推动力下日渐在文化领域逐渐走向中心地位的近代科学，特点是各学科相互独立，研究对象具体而明确，多采用分析和还原的方法，由于其最基本的本体论预设是简单性，最基本的方法论原则是分析还原方法，所以也通常被称为简单性科学或还原论科学。事实上，近代科学所倡导的简单性原则可以追溯到古希腊时期。

从古希腊的先哲们开始，简单性就一直是一个古老朴素的观念和信条，是认识追求的最高目标，无论是从本体论和认识论意义都占绝对的统治地位。这种信念以世界统一、和谐的思想形式，以直观、猜测、朴素的表达方式反映了当时人们对自然界中客观存在简单性的认识。他们试图把纷繁复杂的自然现象背后的原因逐渐化繁就简，最终把一切自然现象的最终原因确定为一个或少数几个，如泰勒士的水，赫拉克利特的火，德谟克里特的原子与空虚，亚里士多德的四因说，等等。大多数的哲学家都抱有这样一个信念：世界从时间意义上的最初或从逻辑意义上的最根本都一定是简单的，或者世界在本原上是简单的。亚里士多德曾对万事万物最终可以还原为简单的一进行了明确表述：“自然界选择最短的道路”，“一样东西，万物都是由它构成的，都是首先从它产生，最后又化为它的（实体始终不变，只是变换它的形态），那就是万物的元素，万物的本原了”。亚里士多德还从认识论意义上提出了简单性原则，他在《形而上学》中提出了“所包含原理越少的学术比那些包含更多附加原理的学术更有益”。被马克思恩格斯称为“经验的自然科学家和希腊人中第一个百科全书式的学者”的德谟克里特提出了世界的本原是简单的，即“原子”和“虚空”。他认为，组成万事万物的原子在数量上是无限的，但是在性质上都是相同的，没有差别，组成不同事物的原子并不具有某种特殊的属性。原子之间的区别在形状、体积和位置排列不同。原子构成万物，但原子本身是永恒不变的，它过去如此，现在如此，将来也永远如此。

上述思想基本代表了大部分思想家在世界本原问题上的基本态度，均在人们思想中打上了深深的烙印：世界在本质上是简单的，构成世界的本原或始基，只有量的不同，没有质的区别，也不会随时间而变化。整体即为部分之和，整体与部分在性质上是完全相同的，因此既可以分离又可以组合。上述古希腊哲学家的思想一直影响着人们的思维方式，并且作为思想资源成为近代科学思维的重要理论基础，正如普里戈金所说，相信现实世界的简单性，是从德谟克利特以来在西方科学中形成的基本信念，现象世界的复杂性能够和应该从简单的原理和普遍的规律出发加以消解。

第一次科学革命从16世纪中期开始，我们可以把哥白尼的日心说的提出作为其发起的标志，而第一次科学革命的核心成果即经典力学的科学理论体系则是由牛顿建立完成的。作为第一次科学革命的核心内容和最重要的标志性成果，牛顿的经典力学的理论体系向我们展示了一幅新的世界图景。这是一幅由处在机械运动之中的、离散的、可以作为质点来处理的物体靠机械力或超距作用联结起来的可逆的世界图景。在这个世界图景中，构成世界的基本要素是离散的“质点”和机械力与引力。其中可被当作质点处理的物体是构成这个世界的特定的单元个体，它们要么处在惯性运动之中，要么通过机械力和引力而改变着自己的原有的机械运动状态，处在变速运动之中。在牛顿所给出的世界图景中，相对于古希腊先哲们而言，最突出的特征便是科学地、定量化地引入了机械力的概念，是一幅可以依据观察和实验的数据定量描述的世界图景。正是具备了这一可定量化的特点，它成为人类文明进程中不是通过哲学的或宗教的方式而是通过科学的方式向人类展现出来的世界图景。在诸如笛卡儿的解析几何、莱布尼茨和牛顿的微积分、哥白尼的日心说、哈维的血液循环说、林耐的生物分类法等近代自然科学的整体发展中，牛顿创立的经典力学体系无疑扮演了领航者的角色，由于当时科学的巨大发展与成功，使得机械力学规律的作用被片面夸大，并被无限制、无条件地应用来说明一切自然现象背后的本质及规律。近代自然科学发展的这种状况，深刻地影响着人类思维方法在近代的演化走向，第一次科学革命由此也产生出与之相应的基本的科学思维方式。

牛顿经典机械力学作为第一次科学革命的核心成果的形成，是人类思维方式走向科学化的必然结果，本身就体现着思维方式的一次科学变革。牛顿的这一成果本身所具有的重要方法论意义，使越来越多的科学家接受了牛顿创建经典力学的基本思维方式，并将其推广到各自研究的领域，从而使得经典力学的基本思维方式在众多的科学领域里蔓延。不仅如此，这种基本思维方式还超越了科学的领域，向上进入哲学向下渗入日常生活，成为一种最常见的、基本的思维方式。它不仅改变了原有的社会经济和文化格局，而且也改变了科学自身的地位，使其逐渐代替宗教成为人类文化领域的领航者。物理学、数学、化学、生物学的革命也相继发生，并从庞杂的哲学中分离出来众多自然科学门类。到18世纪末，这些学科在其发展的初始阶段的主要工作是分门别类地积累经验、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与不同过程从其整体联系中孤立地抽取出来，进而对一个个独立的部分、孤立的过程加以分析。这种方法对自然科学各个学科门类在其初始阶段的建立与发展显然是必要的，但由于在思维上一味地追求把客观联系着的事物整体分割为互不联系的孤立存在的部分，以便能够单纯地运用分析方法加以考察，恰恰忽视了古代系统思维所注重的客观事物所固有的整体性征，而在整体性思维方面出现了倒退。

近代科学的产生和发展基本上是机械论与还原论在各个领域中不断强化中进行的，对于世界所固有的复杂本性，大多数科学家主张采用还原论原则来认识，其核心目标就是追求结果的简单性、确定性。这种方法论原则是通过“简单”来趋进“复杂”的，相信复杂世界是由简单构成的这一信念，则是这种方法论范式的突出特点。这一信念最早可追溯到古希腊的毕达哥拉斯，而且，从近代的伽利略一直到现代的爱因斯坦，均秉持这种信念。正如切克兰德所指出的：“笛卡尔教导西方文明说，对付复杂性的办法是把它细分为组成部分并分别地处理它们。这种训导已为人们完全接受，而且不仅深深地根植于此观念对其至关重要的科学家中，也渗入了任何受过西方风格教育的人的头脑中。然而，系统思想始于批评从未受到过怀疑的笛卡尔主义的预设，即一个组分分开来与作为一个整体的组成部分完全相同。”

牛顿的经典力学体系是由力学三定律及万有引力定律构成的，力学三定律突出地代表和体现了牛顿的简单性科学思维方法：第一定律：一个物体如果没有受到其他物体的作用时，这个物体就将保持其原有的静止状态或匀速直线运动状态；物体惯性的量度，就是物体的质量。第二定律：物体的加速度和受到的作用力成正比，和物体的质量成反比。第三定律：两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在的，它们的大小相等、方向相反。

牛顿曾经在他的《自然哲学的数学原理》中宣称：“自然界不做无用之事。只要少做一点就成了，多做了却是无用；因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因来夸耀自己。”“自然界是最简单的。”牛顿是把简单性作为一种科学信念和指导原则，置于众法则之首提出来的。试图从三大定律出发演绎出自然界的一切运动规律，他所构造的体系的确也是相当简单的。在牛顿看来，一切物体都是由“固实、有质、坚硬、不可贯穿、而可活动”“它们坚硬到不能损坏和分割”的单个质点作为其最小单位而形成的。无论是单个物体还是单个质点，在没有外力作用时，都可以处于孤立的静止状态；即使有外力作用时，也只能形成绝对对称的一一对应的两两相互作用。为了保证一切质点间的相互作用都只是这种绝对对称的相互作用，因而质点在空间上的分布也只能是一种绝对均匀的分布状态；质点或物体间的相互作用过程在任何空间与任何时间上都是在绝对均匀状态下的绝对对称的相互作用过程，所以质点的状态与运动过程是与空间、时间无关的；空间与时间也因此都是绝对的。这样，宇宙整体上就被看作是孤立的、有限的、均匀的、对称的、无组织的整体。面对“宇宙”的动力来源问题，牛顿也只好用神秘的“第一推动力”来解释了，也正是这种简单性观念使牛顿和拉普拉斯得出了“万能的上帝”的结论。

与牛顿所构建的简单的世界图景相对应，在认识论上，英国学者奥卡姆早在文艺复兴时期就提出了认识逻辑论证的简单性原理：“如无必要，勿增实体”，逐步剃掉烦琐的思辨和多余的假设，人们将之称为“奥卡姆剃刀”。这一原理在后来被许多科学家提及，例如莱布尼茨的“不可观测事物的同一性原理”和牛顿提出的一个原则：如果某一原因既真又足以解释自然事物的特性，则我们不应当接受比这更多的原因。从牛顿的万有引力到爱因斯坦的相对论，奥卡姆剃刀以结果为导向，始终追寻高效简洁的方法逐渐成为重要的科学思维理念在科学研究中广泛应用。

二 科学简单性观念的发展

近代自然科学在后续近四百年的发展中大都受到了牛顿简单性观念的影响。在热力学中，人们把由众多分子参与的整体的热运动过程及其结果看作是由众多分子独立作用过程及其结果的简单加合；从而，近代自然科学也出现了由力的独立作用导出的力的合成法则，由波的独立传播导出的波的叠加法则，从而，近代自然科学形成了“整体等于部分之和”的思维方法。

德国物理学家克劳修斯在1850年创立热力学第二定律时，也受到单质点科学思维方法的制约。1865年，他通过提出并引入熵的概念，把热力学第二定律定量化，提出了著名的熵增原理：在一个孤立存在的系统内，实际发生的宏观过程总是使这个系统中表示其整体状态函数的熵值，随着时间的推移而不断增加。克劳修斯量化热力学第二定律的公式中，最初整体状态函数熵是由自身为了维持稳定而不断消耗能量的熵产生和系统边界处能量交换引起的熵流两项因素构成的，即：dS（熵）=diS（熵产生）+deS（熵流），但是在简单性观念的影响下，他将客观存在着的deS（熵流）一项作为是对思维的“讨厌的干扰”而忽略不计，将系统视为像牛顿所说的实体一样的孤立存在物；虽然他认为熵增与时间推移相关，是一定的不可逆运动过程，但是，他又认为，既然一切系统都是孤立存在的，随着时间的推移，都只能按照熵增原理而趋向于熵的极大值。由于熵产生过程对应着系统在整体上物质与能量分布的均匀化过程，熵增过程对应着系统内部的无组织化或无序化过程，因而，熵趋于极大值的趋势也就对应着系统内部由有序走向无序，最终由运动走向静止的趋势。当克劳修斯将有条件的热力学第二定律用来无条件地解释宇宙的运动时，必然地得出了宇宙演化发展最终走向“热寂”的结论。

从现代科学出发加以科学评价，牛顿经典力学体系实际上是一种对于宏观低速运动的近似描述。但是由于科学与科学思维方法发展的局限性，牛顿的科学简单性观念在自然科学的发展中，起到了长达三百年左右的主导作用，一直影响到20世纪上半叶。从牛顿到爱因斯坦的科学发展过程中，不断有人力图把表现上极为复杂的自然现象归结为几个简单的基本定理。其中，马赫和阿芬那留斯等人都认为科学的任务就在于对经验事实进行最简单、最经济的描述，主张把科学看成一个“用最少的思维、最全面地描述事实”的最小值问题，使系统只可能在允许的情况下选择最直接的路径。

在爱因斯坦建立于广义相对论基础上的各种物质均匀分布的黎曼宇宙模型中，虽然一定程度超越了以牛顿为代表的机械式的世界图景，但依旧可以清晰地看到牛顿乃至克劳修斯等的科学简单性观念的痕迹。爱因斯坦则把简单性作为原理来代替上帝，提出了一切自然规律的内在一致性和逻辑简单性原理，认为它是一切科学的伟大目标，即要从尽可能少的假设或公理出发，通过逻辑的演绎，概括尽可能多的经验事实；指出所谓的简单性，是指这体系所包含的彼此独立假设或公理最少。正是由于他把这种简单性当作客观世界的现实接受下来，因而把追求简单性作为他一生追求的最高目标，并不惜花费后半生的全部精力去研究统一场论，试图把万有引力与电磁相互作用通过几何化方法统一起来。

不难看出，世界的简单性信念是近代科学研究的重要传统和发展动力之一，简单性观念最终发展成为简单性原则。在科学发展中，科学简单性观念已成为一种合理地构造科学理论体系的一个极有用的方法论原理，并深深地渗透到了其他许多领域乃至人类的整个思维领域。很长一段时期里，多数科学家乃至哲学家甚至认为宇宙乃至其中的万物，无分物理、生物或社会层面，都可以简化为类似钟表的机械，各个组成零件均以精确可测的线性因果律相互作用。如果我们能够完全解析各个零件及其作用，即可指以重建世界乃至其中的万事万物。

比如笛卡尔等人认为动物是机器，以至生物学也同样把生命现象分解为原子实体和局部过程。拉美特利甚至提出了人是机器，与动物相比只不过是“多几个齿轮，再多几条弹簧”，人的身体只不过是一架“极其精细、极其巧妙的钟表”，人的灵魂不过是肉体这种有机物质的属性而已，是自动机的齿轮传动装置。基于这样一种对人的认识，在近代的医学领域，主流医学都是信奉科学简单性观念的，把人的身体看成是一台加足燃料的基因机器，采用的是局部的、孤立的、线性的治疗方法。

在对社会的理解中，托马斯·霍布斯把国家描述成一部机器“利维坦”，国家的主权为灵魂，官吏为骨骼，财富为体力，民怨为疾病，内乱为死亡，公民就是机器中的嵌齿轮，等等。正是这样一种对社会理解的简单性观念也深深影响了近代法律体系的建构：“它影响了美国宪法的制造者，使他们建造了一个统治用的机器，它的控制器和平衡轮像一个钟表的零件那样嘀嗒摆动。”

三 科学简单性观念的思维特征

以科学简单性观念为核心的近代科学思维方法的产生，有其历史的必然性。资本主义社会化大生产的兴起，要求科学技术在各个领域的创立；为此，在科学技术发展的初始阶段，要求分门别类地研究不同物体的属性、关系等方面的细节，要求对事物进行分门别类的考察，并把这些细节从整体联系中分离、抽取出来，这种解剖和分析，是近代自然科学在认识自然界方面获得巨大进展的基本条件。这一时代要求就与牛顿为代表的近代经典科学所崇尚的科学简单性观念与分析还原的科学范式形成了共振，最终把世界看作是简单的机械式的关系形成的无组织的整体，是以牛顿经典力学为代表的传统科学对真实而复杂的客观世界进行简单思维操作的结果，这也恰恰符合了传统科学追求世界简单性的基本精神。

从认识论上总结近代科学的发展，自然哲学家和科学家把世界的运动看作是有条理的、有序的、均匀的因而能够完全准确的得以把握，比如伽利略把自然看作是简单有序的系统，它的每一个过程均为有序的、必然的，这种有序和严格的必然性通过自然界的数学特征得以体现。“自然的真理存在于数学的事实之中，自然中真实的可理解的是那些可测量并且是定量的东西。”以此为基础的牛顿经典力学，彻底构建了人们认识万事万物的机械论世界观：在科学认识中追求把多层次、多形式的自然还原为物质实体的集合，把物质实体还原为基本粒子的集合，把各种复杂运动还原为受力学定律支配的机械运动等，任何物体均可忽略其大小、体积、形状、质地而用“质点”表示。世界观和方法论是统一的，有什么样的世界观就有什么样的方法论，建立在上述世界观之上的方法论必然呈现出如下特点：既然世界在本质上是简单的，构成世界的本原没有质的差别，也不会随时间而变化，所以，完全可以用解构、分离、重组、定量的方式加以认识。相同的原因导致相同的结果，事物具有可逆性、无序性、可加性、稳定性，万物的运动是均匀的，可积的，而不是失衡的、间断的，微小变化或偶然因素均可忽略不计。以科学简单性观念为根本特征的近代科学思维方法，在对世界的理解中具有下述一些基本特征：

（一）孤立性与静止性

包括人类社会在内的整个物质世界在终极原初意义上是由无数个质点组成，无数个质点简单加和成为无数个物体，无数个物体又简单加和成为整个物质世界，所有的万事万物可以处在不受任何外力作用的孤立状态。虽然物体存在各种形式的运动，但其固有状态往往是孤立、静止的，在不受外部作用的状态下，自然界的物质都可以持续的保持既有的状态不变。单个质点以及由单个质点简单加合成的物体，乃至整个物质世界，可以处在没有任何内部及其与外部之间相互作用的静止状态。这样，万事万物乃至整个物质世界在内在的、本然的状态下是孤立与静止的，相互作用与运动则是外在的。

（二）相互作用的线性特征

在近代自然科学中，一切相互作用都可简化为各种“力”，一切相互作用的效应也可简化为各种“流”（包括热流、电流、扩散流、化学反应率等），而一切力与流的关系又可大致归结为数学上的线性方程（零次幂或一次幂关系）、线性微分方程（其解可以线性叠加）的形式，这就是通常所说的线性相互作用。线性相互作用具有这样一些特征：首先，它是独立的从而仅能在数量上叠加的相互作用，几项同类的相互作用发生在同一个对象上，就相当于每项相互作用独立起作用而把结果叠加起来。其次，它是时空中均匀的相互作用，无论何时何地，这种线性相互作用及其效应总以同一形式表现出来，不具有明显的时空特征。最后，它是两体间对称的相互作用，这种一一对称的两两相互作用，只能形成单调的量变过程和唯一可能的结果。

（三）简单加和性与无组织性

由单个质点简单加合成的物体，不存在内在各种要素间在差异的基础上的合作与竞争。也不存在内部各要素在地位与作用上的不同，也就不能形成因地位与作用的差异而显现出的特定秩序，也就无法通过内在自发调整形成具有一定新性质的整体。在经典物理学中，多个策动力的效应可以线性叠加，即其运动方程的解具有可加合性；因而，即使是多个策动力产生的整体效应，也是完全可以还原为它们各自独立运动及其结果的。由单个质点简单加合成的整体，是可以完全还原为单个质点的、不具有整体新的特定性质的无组织整体。这种整体的结构与功能，只能是一种近似的简单的“整体等于部分之和”式的结构与功能，只能是一种无组织化、无序化的或只能趋于无组织化、无序化的结构。

（四）整体平衡性与确定性

单个质点及其简单加和成的物体，在宇宙中是均匀分布的，物质世界全体呈现出整体的平衡态。在整体的平衡态背景条件下，一切质点及物体间的差异及其相互作用过程，都只能随机产生并随时消亡。物质世界万事万物的相互作用与运动在这个意义上只具有随机的意义，对物质世界全体的平衡态无法形成实质影响。宇宙中万事万物的整体运动在这个意义上只存在量变过程，而不可能产生质变过程，新生事物为标志的发展过程在这一世界图景下更无法得到合理的解释，整个物质世界的存在与演化就是简单的、确定的甚至是可以精确计算的。