易学研究

易学与科学的未来
更新时间:2013-9-17
    作者/董光璧(中国科学院 研究员) 文章被授权 转载自 苏州太湖书院 网站

以启蒙的精神重新认识已成为传统的科学是时代赋予当代人的使命。分析当代科学的困境并提出实现其“革故鼎新”的进路已势在必行,从易学的遗惠中寻找解决科学的出路不失为进路之一。与从回归人与自然的和谐讨论道家和从科学的人性化讨论儒家不同,这里从当代科学在基本原理、方法论和理性三个层面所显露矛盾、困难和不足讨论易学,并根据科学发展的态势推断,易学中的循环原理、生成论和理一论可能成为催生新科学的睿智。

   一、循环者乃道

    易学主张以阴阳相互转化为基础的循环论,朱熹(11301200)集大成提出“循环者乃道”的命题。他说:“今曰一阴一阳,则是所以循环者乃道。”(《朱子语类》卷七十四)清王夫之(16191692)强调掌握事物的“循环无穷之理”,他说:“原始要终,修其实有之规,以尽循环无穷之理。”(《周易外传》卷四)这种循环论思想在中国传统文化中的显赫地位无需赘述,但自达尔文(Charles Darwin,18091882)奠基的进化论思想传入后,循环论,特别是历史循环论,倍遭贬斥。可是,随着自然科学领域对各种自然循环系统的研究不断取得进展,特别通过对生物学进化观和物理学熵增原理之间的矛盾的长期探索,人们终于认识到了循环论有“回天之力”。

    19世纪中叶,在生物学和物理学中分别提出了各自的演化理论。生物进化论依据生物表型比较研究,论证物种演化的总趋势是由简单向复杂的方向发展,并且推广这一结论,认为自然界的发展是从无机到有机,从无生命到有生命。而人文学者又接过生物进化论,把它转变成有科学支持的社会进化论,认为自然界发展出生命后的重大进化是由动物发展出人类,人类的发展形成不断进步的社会。但是,物理学提供的理论却恰恰相反,根据热现象的研究,孤立系统的演化是趋向熵极大的热平衡状态。把这种热演化推论下去得出,按照一切运动都最后耗散为热,那么整个宇宙将最终达到熵极大的热死状态。生物进化论为人类提供了一个乐观的前景,而热力学的熵增原理则预言了一个人类的末日。

    自19世纪中叶以来不少科学家和哲学家投身于对这两个科学原理之间的矛盾的讨论。开始人们只想论证不尽人意的宇宙热寂说的不合理,豪不怀疑进化论。按照科学规律都有其适用条件的科学考虑,人们以宇宙不是孤立系统否定把热力学的熵增原理推广而应用于整个宇宙。后来,在宇宙学研究中人们发现,由于引力的存在而使等几率假设不成立,热力学熵增原理也因而对宇宙失效。在二择一的意义上,肯定了进化论。

    但进化论也不是无可怀疑之处。物种进化的比较似乎问题不大,但在种间、属间或种属之间的比较标准上遇到了困难。曾经试图以扩张、优势、适应改善、特化、增加对环境的独立性、增加结构复杂性等为进化的标准,但都不成功。近些年,不但以信息为标准以及以细胞内DNA含量为依据的初期乐观已经消失,而且也查明反映基组大小的C值与基因数量没有对应关系,对大多数动物来说C值并不与生物的复杂程度相对应。物理学以对称性的破缺刻化物理系的统进化,耗散结构理论给出有序-无序转化的物理机制,并且这种开放系统以及与此有关的负熵概念也被推广到其他科学领域,包括社会现象领域。像热力学熵原理的退化观一样,生物学的进化观也是不能用于“唯一”的整体宇宙的。

    进化与退化在科学层面所表现的矛盾和疑难,为思辨的考虑留下了余地。最合理的设想莫过于“宇宙整体是循环的”,进化和退化都是局部的。恩格斯(Friedrich Engels,18201895)就曾以其“宇宙大循环”假说去克服悲观的宇宙热寂说。他从运动不生不灭并且相互转化出发,假定放射到太空中的热一定会通过某种途径转变为另一种形式,使已死的太阳重新转化为炽热的星云,进而开始新的进化,直至出现智慧的花朵。在现代宇宙学研究中提出出的“负质量”概念不自觉地从科学基础上支持了宇宙大循环的哲学假说。1957年由邦迪(H.Bondi)提出并有后人发展的由正负质量组成的宇宙模型,只依靠这两种质量之间相互作用的斥力和引力,运动既可以自动产生又可以自动消灭而不违反能量守恒和动量守恒,并且精确的计算还证明负质量的概念与广义相对论是相容的。虽然科学家们在茫茫的宇宙深处寻找负质量踪迹的努力至今未获成功,但它不仅把康德对牛顿(Isaav Newton,16421727)引力理论补充以斥力而提出的自足宇宙模型科学化,而且为从宇宙原动力的角度理解宇宙大循环提供了一个线索。

    循环论的最高要求是建立宇宙大循环图像。要想使这个理想的宇宙循环图像是科学的,必须以科学的循环原理为基础。在科学中虽然已经有不少循环定律,但仍不足以建立起科学的宇宙循环图像。要得到这样的图像,就目前所能想象的,至少要有三个科学循环原理:质量循环原理、能量循环原理和信息循环原理。并且这三个循环不是独立的,因为质量循环需要交换能量,这似乎已成定论;可以设想能量循环需要交换信息,信息循环需要交换质量;如果是这样,原则上宇宙大循环就可以实现。一旦在能量循环和信息循环方面获得肯定的科

学结果,无疑会成为建立科学的宇宙循环图像的基础。

    建立起一个由无数包含有进化和退化的局部循环网结成宇宙整体的大循环的理论,对实现科学的理想目标和克服其在当代所面临的社会危机,无疑是有意义的。只要想一想我们的科学原理至今只有质量之间的转化和守恒原理、能量之间的转化和守恒援理,只要物质、能量的种类是有限的,终归要被耗尽而达终点。在物质、能量种类有限的条件下,宇宙大循环原理有“回天”之力。自然科学要寻找各种循环原理,克服物质、能量、信息的耗尽危机,给人类以乐观的科学根据。

易学的循环论为宇宙大循环提供了原型。当代理论物理学出身的文化哲学家卡普拉(Fitjof Capra)对中国古人建立的、“阴阳”和“五行”相结合的循环模式的赞赏(9),反映了当代科学家的思想动向。

    二、生生之谓易

易学也主张以阴阳对待为基础的生成论,其著名的命题是“生生之谓易”(《系辞》)

唐代李鼎祚(生卒年不详)曾给出最简明的解释:“生生,不绝之辞。阴阳变转,后生次于前生,是万物恒生,谓之易也。”(《周易正义》卷十一)易学中有两个影响深远的生成模式出现北宋时期。一个是邵雍(10111077)以阴阳连续倍分的易卦衍生次序表示的,自太极开始的万事万物的自然生成图式,其特点在于数学上的严密性。另一个是周敦颐(10171073)的“太极图”生成图式,其特点是阴阳与“五行”结合。生成论与整体观相结合的生机论哲学是中国传统的科学方法论的核心。这种整体生成论与产生自欧洲的近代科学赖以生存的分析重构论格格不入,但却与现代科学中兹长着的新的科学观相契合。

    科学思想是从探讨宇宙的本原和秩序开始的。所谓“本原”意指一切存在物最初都由它生成,或一切存在物都由它构成。我把前一种观点称之为“生成论”,而把后一种观点称之为“构成论”。生成论和构成论的不同在于,前者主张变化是“产生”和“消灭”或者“转化”;而后者则主张变化是不变的要素之结合和分离。这两种观点在古代的东方和西方都产生过,但是在东方生成论发展成为主流,而在西方构成论发展成为主流。构成论的思想经由古希腊原子论在近代科学中的复活而深远地影响了近代科学的思维,而生成论则可能在未来的科学中生根。

    在德国哲学家卡西勒(Ernst Cassirer,18741945)看来,18世纪的启蒙思想在方法论上有两大特征。一是分析重构论,二是经验的原则。分析重构论抛弃17世纪形而上学的演绎法,把认识对象分析还原为它的终极要素,然后在思想中把这些要素重构为一个整体。他认为这种分析重构论是启蒙哲学的最根本的方法论特征,是启蒙运动作为旗帜的“理性”的真正功能。经验的原则反对从原理、原则、公理演绎出现象和事实,而主张从现象和事实上升到原理和原则。这两个特征支起的方法论框架极有力地推动了自然科学和社会科学的发展,铸成19世纪这个科学世纪。这种分析重构论的基础就是我们所说的“构成论”。现代科学的发展越来越表明了这种分析重构论的局限性,它不再完全适合于科学的继续发展。且不说生命科学领域的研究,在物理学研究中从基本粒子物理到宇宙学,都表现出“生成论”取代“构成论”的趋向。

    在粒子物理学研究领域,德国物理学家海森伯(Werner Karl Heisenberg,19011976)是先觉者。他领悟到生成论的概念比构成论的概念更有用。在1958年纪念普朗克(Max Karl Erns Ludwin Planck,18581947)诞辰100周年的演讲(10)中,他说相互碰撞的“基本粒子确实也会分裂,而且往往分裂成许多部分。但是这里令人惊奇的一点,就是这些分裂部分不比被分裂的基本粒子要小或者要轻。因为按照相对论,相互碰撞的基本粒子的巨大动能,能够转变为质量,所以这样巨大的动能确实可以用来产生新有基本粒子。因此这里真正发生的,实际上不是基本粒子的分裂,而是从相互碰撞的粒子的动能中产生新的基本粒子”,并且他还基于粒子之间能够相互转化作出“它们本身不是由物质所组成,但却是物质的唯一可能形式”的哲学结论。

    对于基本粒子碰撞这类现象,生成论的确优于构成论。量子场论中采用“产生”和“湮灭”算符概念的基础正是生成论,各种统一场论要求一切粒子从统一场经对称破缺产生的概念基础也是生成论。但是,物理学家们的思想并没有从构成论完全转到生成论,他们采取的是构成论和生成论不协调的并用,因此不能彻底克服其理论上的困难。这种困难在对EPR实验中神秘的关联的理解中最尖锐地表现出来。物理学家和哲学家已经对此进行了各种解释(11),多不令人满意。苏联哲学家Иван Эахаробич Цгехмистро把物理学中的这一疑难归结为在亚量子层次上沿用要素集合概念的结果(12),仍属本文所说的“构成论”的思维方式。他还没有意识到要素集合的局限性根源于构成论,像物理学家在构成论的框架内引进产生和湮灭概念那样,把一个完整的世界分为要素集合的世界和不可分割的整体的世界,从这两个世界的相互关系入手解决EPR疑难。可以说当今绝大多数哲学家和物理学家都不愿超越构成论这个经验僵化的樊篱,转到生成论的领地。

    在宇宙学研究领域,生成论取代构成论的趋向表现在“宇宙创生”的各种理论中。虽然它们还远不是已经受住各种考验的科学理论,但它们试图在的相对论基础上对老的宇宙起源问题做出真正科学的回答。在这一探索过程中宇宙学家被逼到“宙创生”的道路上来。1940年代,俄国的物理学和宇宙学家伽莫夫(George Gamov,1901968)提出热暴炸宇宙学,依理论和观测根据,推定宇宙起源于十几亿年以前的一次原始火球的瞬间大爆炸。稍后的1948年,英国的天文学家霍伊尔(Fred Hoyle,19152001)的稳恒态宇宙理论不承认宇宙有开端,但为了克服在膨胀过程中宇宙总体密度的减少而引进物质连续创生的假设,以保证宇宙整体的图像始终如一。美国的宇宙学家古斯( A.H.Gus)提出“爆胀宇宙模型”的根据是粒子物理学大统一理论关于重子数可能不守恒,从而推断宇宙爆胀期可观测宇宙中的物质和能量可能是从虚无中产生。英国宇宙学家霍金(S.W.Haeking)和艾耳里(C.D.Ellis)把大暴炸宇宙学发展为“宇宙产生于无”的一种宇宙自足理论。

    美国当代物理学家惠勒(John Archibald Wheeler,19112008)受宇宙学的启发提倡一种“质朴性原理”(13),即物理学是从几乎一无所有达到几乎所有一切。因为在宇宙学中有一扩大了的马赫原理。德国物理学家马赫(Ernst Mach,18381916)曾主张惯性同宇宙有关。扩大的马赫原理认为,包括微观物理规律在内的局部规律都是由宇宙结构规定的。按大爆炸宇宙学,宇宙开始于一次瞬间热大爆炸。因此惠勒认为,物理定律也有个从无到有的过程,并没有一块预先刻定的物理定律的花岗岩。他试图从一条代数拓朴原理,建立他的“没有定律的定律”这种最质朴的物理理学论体系。

    科学中的这种生成论的倾向可能是新科学启蒙运动兴起的预兆。这新的启蒙运动的方法论特征是以生成论和经验原则支起的新的方法论构架,它要求从整体的动力学去认识部分的性质。同18世纪以分析重构论认识自然和社会类比,新启蒙运动以生成论和经验原则结合的方法论框架认识自然和社会,处理种种问题。我们可以给这种方法论一个名称标志它的特征,不妨叫它“整体生成论”。用这种方法看问题,人与自然应该是和谐的整体,科学文化和人文文化要平衡,东方文化和西方文化要融合,整个宇宙都要处在动态平衡的循环运动网络之中。

   三、万物皆是一理

    易学还主张以阴阳变化法则为基础的理一论。“立天之道曰阴与阳,立地之道曰柔与刚,立地之道曰仁与义;兼三才而两之。”(《说卦》)天地人共同地遵循同一的阴阳变化法则,北宋程颐(10331107)将其表述为“万物皆是一理”(《遗书》卷十五)的命题,亦即“天地人只是一道”(《遗书》卷十八)。因此,“穷理尽性以至于命”(《说卦》),穷极物理和究尽人性不可偏执,理性应与价值合一。如唐孔颖达(574648)注释所说:“能穷极万物深妙之理,究尽生灵所禀之性;物理即穷,生性又尽,至于一期,所赋之命莫不穷其长短,定其吉凶。”(《周易正义》卷九)中国学术虽然沿袭荀况(325238BC)“凡已知,人之性;可以知,物之理”的思想,按研究对象划分为属于精神世界的“心性”学和属于人之外在世界的“物理”学两大类,但在这种理一论的观点下被统一为“性理”学。在中国传统学术中不认为自然界和人类社以及人的精神活动有根本不同的规律,因而也就不存在自然理论和社会理论对立和分裂的问题。这自然是与现代的科学与人文分裂的现代性是相背的。但是,对于当代科学适应其赖以生存的社会支助条件的变化,克服其所面临的社会危机,易学的这种理一论,从现代性向后现代性转变,易学的这种理一论却是一种睿智。

    虽然传统的学科仍然保持着相当程度的独特性,但科学的分化和综合所形成的总趋势是走向理论上的统一。这种统一直在继续着,并且越来越多的现象能够用共同的基本原理加以解释。但大科学时代的科学知识体系越来越明显地表现为一种有结构层次的自组织系统。作为社会化知识的一种特殊的存在形式,今天它已经发展成具有门类、学科和分支学科组成的三级结构的科学知识网络。自然科学、社会科学、数学科学和技术科学构成门类结构,各门类都包含有若干基本学科,而且每一学科又有众多分支学科。科学知识体系的这种结构的自组织特征表现为,在一定条件下科学可以不依靠生产和社会需求而由其自身的认识逻辑的发展产生新知识。跨学科的综合研究领域,特别是社会迫且需要的自然系统的综合研究,不仅要求门类科学内的广泛交叉,而且涉及自然科学、社会科学、数学科学和技术科学之间的交叉,社会科学奔向自然和学和技术科学正在成为潮流。跨学科研究本身交流和整合知识的困难要求科学理论标准化。科学理论“标准化”的基本方向和任务在于实现各学学科、各个专业之间知识的迅速、有效的交流,即把每种科学理论用各种不同专业的科学家都熟悉的标准语言、标准的数学方法、标准的表现方式表述出来。科学理论标准化的过程本质上是理论数学化的过程,而且要求各学科理论的数学表述有共同的标准。科学理论数学化已成是科学发展的大趋势。物理学已经形成理论物理、实验物理和计算物理三足鼎立的新格局。物理学中的数学化和计算化的方向正在被其他学科效仿。数学的应用早已超出传统的力学、物理学、天文学领域,几乎各门科学都在努力应用数学。现在诸学科之前,加有诸如“数学的”或“数理的”、“计量的”、“定量的”、“统计的”、“计算的”,甚至“几何的”、“公理的”屡见不鲜。《数学生物学》、《数学化学》、《数学地质学》、《数学心理学》、《数学语言学》、《数理经济学》、《科学计量学》等书刊被出版。不仅自然科学中不断上升的非线性科学的重大科学问题需要物理科学、生命科学和数学科学联手解决,理论标准化所提出的数学准化要求也需要各学科的专家联手解决,使数学的技巧简化成在各种情况下都能准确表述概念而又便于应用的形式。跨学科综合研究领域最适合自然科学家、技术科学家、数学科学家和社会科学家联手解决理论标准化所提出的这种问题。

 

注释与参考文献

1.卡西勒著,启蒙哲学,顾伟铭等译.济南:山东人民出版社,1988年。

2.乔治·萨顿著,科学史和新人文主义,陈恒六等译.北京:华夏出版社,1988年,141

3.潘吉星编:李约瑟文集,沈阳:辽宁科学技术出版社,1986年,322

4.Joseph Needham and dorothy Needham,Science Outpost,London:

Pilot,1948.259-265.

5.Samuel P.Huntington,The Clash Civilizations,Foreign Affairs,1993,72(1):2249.

6.Tang B. Tang,Science and Technology in China,London:Longman,

1984.

7.转引自吴德耀,古今人对孔子的评价,走向世界,1989(5)

8.转引自钟志邦,基督教与儒家的对话在中国现代化中的展望,见:中国孔子基金会编,儒学与21世纪,北京:华夏出版社,1996年,918943.原文in:Confucian Ethies Today:The Singapore Challenge,Singapore,1984.

9. Friitjof Capra ,The Turning Points, New York:Simom and Schuster,1982.

10.海森伯,严密自然科学基础近年来的变化,海森堡论文选翻译组译.上海:上海译文出版社,1978年,148171

11.董光璧、田昆玉:EPR关联之谜,西安:陕西科学技术出版社,1988年。

12.孙慕天:从集合概念到整体性范畴:访И.Э.采赫米斯特罗教授,自然辩证法研究,1990(1)2935

13.惠勒:物理学和质朴性,合肥:安徽科学技术出版社,1982年。

[全文完]

(1995年525日台北台湾大学海峡两岸周易学术研讨会)

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