科学的内在界限——自然的创造性①
对科学的洞察力有没有限制？有没有用科学方法无法解释或理解的现象或经验？显然，自然界中人类心灵内外的许多现象和过程还远远不能为现代科学所认识。可是，问题来了，是否存在科学解释永远无法逾越的界限？
正如一位丹麦幽默家所说，预言是件困难的事情，特别是当预言未来的时候。我将论证，这样的界限确实存在。有两种很不一样的界限：内在的和外在的；这两个术语代表了界限与科学的概念系统的关系。
科学有三个目标：理解（Comprehension），解释（Explanation）和预言（Prediction）。理解表明一个总体概念的存在：像是怎么发生的，大致的起因是什么，以及它与自然界的其余部分有怎样的联系。理解意识精，对现象所属的那部分自然界的神秘感的解除。解释更进一步；它告诉我们为什么所考虑的现象或过程是这样而不是那样。当然，预言就更确定了；它告诉我们，特定系统在某种条件被满足之后将会发生什么。当对已知事物以往的未曾探索过的历史下结论时，也有预言过去的事情，即倒推。
科学的内在界限只限制解释和预言的可能性，而不限制理解。这种界限可归因于“放大效应”，即很微小的原因有时会产生巨大的效应。一个简单的例子可以阐明这一点。考虑一个单分子在气体（如大气）中的命运。我们能否预言这个分子经过一段时间以后的状态？答案是否定的。初始条件的微小变化会在与其它分子的历次碰撞中迅速放大。即使我们对初始条件定得非常精确，分子的最终位置实际上仍然是不可确定的。何况，量子力学对初始条件的精确程度有限制。
这种限制似乎并不令人担忧。谁会关心一个单分子的命运？它和气体的行为并没有关系。我们关心压力，温度，密度的涨落等，所有这些都与一个单分子的命运无关。
可以在恒星系统的形成中找到类似的例子。引力定律要求在早期宇宙的原始热气中形成集团。很微小的密度涨落因吸引邻近气体分子而增大。大的凝块更具有吸引力，吸引更多的物质。经过这样的放大过程，原始均匀的气体分离成为不断增大的气团。这些气团后来发展成为星系和星系集团。预言集团形成的精确性质是不可能的，虽然我们可以预言，由于微小密度涨落的引力效应放大，集团一定会形成。这是很有趣的情形：自然创造了新形态，这些形态却不能由物理学定律来预言（除非在很普遍的意义上说）。当我们凝视星系图像时，我们或许能够了解旋臂和类似东西的发生，却不能了解我们仰慕的无限多样的细节。这便是大自然创造性的例子。
地质学亦呈现了放大效应的许多例子，其一是山脉的形状。我们理解山脉是由地壳运动形成的，但我们不能解释为什么Blanc山有我们今天看到的特定形状，我们也不能预言，St. Helen山在下次火山爆发中哪一侧会塌陷进去，及其后它的形状会是什么样子。最终形成的山脉形状便是自然的创造性的示例。补充一点，地质学大量采用倒推方法：许多有关我们星球演化的假说可以通过搜索过去事件的证据而证明或证伪。
在考虑生物过程时，事情更有说服力。让我们考察两个X射线实验，以强调其差异。其一，晶体受X射线辐照；其二，活细菌受辐照。X射线在晶体上的效应可以相当精确地预言，因为，这同哪个原子吸收了X射线完全没有关系。然而，在活细菌上的效应取决于X光子轰击在细胞基因内哪个特定原子团上。这里，X光子打在何处是至关重要的，但这不可预测。当然，大多数这样的轰击是有害的或不产生很大的变化。但是，也许有些会导致发展出能更好适应环境的后代。众所周知，这样的变种会保留下来，通过遗传复制和自然选择，它们或许会取代原先的细菌。这里，我们再次有了一个意义重大的放大过程的示例。一般地说来，细胞或生物的基因构造的变化还由很多其它因素引进来，这些因素总是一种有宏观后果的不可预测的分子过程，这些都是放大效应的典型例证。
对进化的特定路径作解释更为困难，因为，构造DNA分子链遗传结构的核苷酸的可能组合的数目十分巨大，确实，能够存活的核苷酸组合的数目要少得多，但仍比在自然界中已实现的组合多得多。因此，我们不可能解释，为什么某些组合实现了而另一些却没有，我们也不可能预言未来的进化。因此，实际生命体的形成是自然的创造性的不可预知的行为。我们理解总的趋向，但不能解释特定的事件。和地质学一样，研究生物进化也采用一些倒推方法。确实，许多支持生物进化的证据依赖于在化石中的发现，以及特定生物化学过程怎样由自然选择进化。
神经系统和大脑进化时，进化的放大效应到达了一个新的转折点。它代表外部世界和生物体之间新的通讯方式。虽然表型仍由DNA的微观结构的放大决定，其行为模式还依赖于动物对感官映像的反应。这种映像也代表一个放大过程，即在感觉器官中能引起生物体宏观行为和反应的微观过程。由于记忆现象的存在，感觉输入和行为输出之间的相互关系异常的复杂。
记忆允许原因和结果之间有任意的时间间隔，允许称为“学习”的过程，在这过程中输入输出之间的关系在个体的一生中变得越来越复杂。这是更高级的放大系统，它使得科学对特定事件的解释或预言更加困难。然而，对涉及的神经或心理因素的科学理解，不应该有任何限制。
随着人类的进化，新特征出现了：累积学习。它导致了不同以往的新行为模式的发展。从前，虽然有一定的学习，动物的行为在许多代里基本上保持不变。个体的死亡抹掉了学得的经验。行为的变化主要来自自然环境的变化或基因的变化。现今，累积学习可能了；因为语言和文字的出现，个体的死亡不再抹掉已获得的经验。这导致了人类行为模式内自主结构的形成，我们称这些自主结构为文化和文明。它们进化和衰落，但稳定地朝着复杂程度更高的方向发展。文化的进化不同于生物的进化，它要快得多。它不等待自然环境或基因的变化。人类行为的支配原则不再只是物种的生存，也是我们称之为思想的生存。
这种放大过程已达到了登峰造极的程度。个体已具有影响文化的进化进程的能力；他们自身也是基因的，环境的，以及文化的起因放大的产物。
在自然界的分层结构中，考虑的实体越复杂，试图解释和预言时遇到的困难就越大。星体系统的演化，或岩石、矿物及山脉的性质都是这些实体过去历史中微小起因被放大的结果。在生命王国里，我们发现，原因的放大效应不仅作用于生物体，而且作用于生物体的祖先。此外，当大脑出现时，我们必须考虑环境作用于感觉器官上的放大效应。最后，当人类出现时，个体对事件进程的影响变得重要起来。生命科学的相当部分和社会科学的大部分描述多预言少，其理由在此。它并不排除对总趋势或定律的认知，然而在如此纷繁的生物和人类现象中，起重要作用的正是特殊的事件而不是普遍的趋势。
然而，我们务必不要误解。不可预知事件的出现并不意味着违背自然定律。相反，从科学的观点来看，放大的实际原因和机制并非“奇迹”，它们可理解而不可预言。这就是为什么我们称这样的限制为内在界限的理由。的确，自然定律要求这样的放大效应发生在一定的条件之下，像在生命演化和星系形成时存在的条件那样。在许多情形，一旦某些微观事件的放大发生了，其后发生的事件链是可以在合理的程度上预言的。对于不可预知事件发生之后将会发生什么，科学方法确实具有一定的预言能力，这种能力还将随着科学的进化而增强。在非生命领域和生物王国里，这是肯定的，但在社会科学领域中，这还有疑问，因为个体对事件进程的干预变得重要起来。
科学的外部界限——人类的创造性
人类文化和文明的发展带来了新的可能性，因而也给科学预言带来新的障碍。让我们考察文化的特定形式：书和油画，以此作一点定量的分析。词组合成书，色彩元素组合成画的可能组合的数目极大，比所有可能的基因组合的数目大得多。当然，有意义的词或色彩的组合——无论从何种意义上说——的数目要小得多，但仍然比可能存活的生物种类的数目大得多。显然，现有的书和画只代表了这些可能组合的可忽略的极小部分。当科学方法应用于人类心灵的创造和表达时，它遇到了更加重要的限制，其原因就在于此。我们称这些限制为外部的，它们和科学本身的概念系统没有关系。一个特殊的概念，即互补性的概念，可以表明这种限制的特征。
在“互补”于科学描述的人类经验中，有些很重要的现象。当玻尔用互补性的概念来描述这样的情形——这情形中对客观实在有几个相互排斥的描述——时，互补性概念有特别重要的意义。这些相互排斥的描述代表现象的不同侧面；它们相互排斥，但增加了我们对现象的整体了解。这样的互补性甚至出现在物理学中。例如，对原子的描述可以按照量子状态，也可以按照原子各构成部分的位置。如果我们用可以确定电子位置的精密仪器来观察原子，量子状态便消失了。当原子不受干扰并且有足够的时间回到原始的状态，量子状态又恢复了。两个方面——量子状态和位置——是互补的；为了提供原子实在的完整图像，它们都是必不可少的概念。
正如玻尔经常指出的，类似的互补性出现在人类认知的一切领域中。有不同的方式去感知情境，这些方式也许看起来没有关连，甚至相互矛盾，但它们对于从总体上了解情境都是必要的。一个简单的例子足以说明这一点。贝多芬的奏鸣曲可以从物理学的角度去分析，研究它在空气中的振动；也可以从生理学和心理学的角度去分析，研究它在听者大脑中作用的过程。还有另外一种方法，它能更接近贝多芬奏鸣曲中我们认为最切题最基本的东西，即研究对音乐的即刻、直接的映象。
下面的轶事也许能图解互补的思路：F · 布洛赫和海森堡一边沿着海边散步，一边讨论物理问题。当布洛赫向海森堡述说一些有关空间数学概念的新想法时，海森堡正在遐想着互补的经验，他说：“天空是蓝的，鸟在里面飞！”
下列成对的不同领域的人类经验指明其它一些互补的情境：［科学 - 诗歌］，同情 - 公正，神经生理学 - 心理学，行动 - 思想。这里的意图并不是强调互补性的成对的方面；相反，这里想说明的是许多不同经验和思路的存在。
我们认为，人类经验的有些重要部分不可能在科学体系内合理地作出评价。对下列概念不可能有包罗万象的科学定义：好和恶，同情，迷恋，悲剧或幽默，恨，爱，或信心，尊严和屈辱，或者像生活质量及幸福这样的概念。当然，分析这些经验发生时神经的和心理的过程及反应是可能的，也是我们期望的。最近神经生理学和生物化学的进展预期我们对人类经验的这些侧面会有更深刻得多的科学上的认识。我们甚至可以获得手段来影响、改变和激发这些反应。但仍然保留有这些经验的重要侧面，不为科学方法所论及，通常它们是与我们最密切相关的部分。
探索人类经验的其它途径见于艺术、诗歌、文学、音乐中，见于表达伦理学、哲学、心理学的形式中，以及见于表达信仰、宗教和神话的形式中。它们包含了人类创造性的某些形态，这些形态的人类创造性不同于使科学成为可能的创造性。科学方法和其它方法的对比并不一定是理性思考和情感体验的对比。人们可以，也确实这样做了，理性地谈论情绪映像、音乐和其它艺术，谈论道德问题、尊严、以及生活质量。人们也可以情绪激动地谈论科学问题，谈论自然的奇妙、空间的浩阔，谈论从原始大爆炸到现今宇宙的宏伟壮阔的演化。然而，每种探索途径都有其特定的论体；它在自身内在的价值尺度上是简洁明了的，但若由互补途径的特定要求来衡量，它就显得脆弱和模糊不清。各种途径互相补充，为了得到我们经验的完整图像，我们必须采纳所有的途径。
不幸，人类不情愿去认知互补的方面。人们强烈地倾爱于明晰的普遍有效的答案，这排斥不同的探索途径。例如，科学方法经常被认为是唯一严谨合理的方法。原则上说，似乎没有一个人类经验的领域不能为科学方法所研究和理解，虽然对思维过程的研究还处于很幼稚的阶段。在这个意义上科学也许有理由声称它的完整性。但“完整”并不意味着“包罗万象”。即使我们达到了对思想和感情的科学理解，用其它论体的方法来探究我们的经验仍然是必要的，像科学这样的思想系统可以在其自身的思想框架内是完整的，但它仍然遗漏了经验的相当重要的侧面。的确，对于人类的思想、行动和感情、那些被遗漏的侧面往往起着最重要的作用。有些对科学和技术的偏见就来自对这种未言明的完整性的半自觉抵触。科学方法并不是唯一合理合法的方法。
每当一种思想方法发展得强大有力和成功，其它方法便不应该地被忽略了。瑞士物理学家和哲学家马尔库斯 · 费尔茨恰当地表述了这一点：“我们时代的科学洞察力向人类经验的某些侧面投射了如此耀眼的光芒，以致将其余的侧面留在更深的黑暗之中。”
下面是一个发生在中世纪的有趣例子。那时，科学受到压制，宗教占居主导地位。在1054年，欧洲正处于宗教信仰的顶峰，一颗超新星出现了，它比任何星球都亮。这颗超新星持续了三、四个月，然而没有一个欧洲的编年史提到过这一现象…。
中世纪对宗教的片面强调和我们时代对科学技术的同等片面强调释放了巨大的创造力。想一想中世纪在艺术、建筑和道德哲学上的成就，以及我们时代在科学、自然哲学和技术上的发展。但是，两种片面强调的思想方法都同时导致了严重的滥用，比如中世纪的十字军和肉体刑罚，以及我们今天对物质价值的过度关切。
在人类历史上，每种强调的思想都照常遭到扭曲，都被用作为大规模谋杀和破坏的手段和理由。想一想现代武器库和今天的核军备竞赛，以及罗马教皇使者Abbot Arnoud de Citeaux的回答当1205年成功地占领贝齐尔斯镇后问他怎样处置镇上的人时——，他说：“把他们都杀了。上帝会选择谁上天堂，谁下地狱！”
必须指出，科学在自身的理性思维王国之外有其根源。基本上说，似乎存在“科学的哥德尔定理”，即科学只有在更大的非科学问题和事务的框架中才是可能的，数学家哥德尔证明，公理系统不可能基于系统本身：为了证明它的一致性，必须用到来自公理系统之外 · 的陈述。类似，科学活动有必要置身于宽广得多的人类经验的王国里。如果没有每个科学家和整个社会相信科学是基本的且具有重要意义，科学将是不可能的。1054年对超新星的科学观测在中世纪欧洲并没有被看作重要的发现。
人类经验包含着的要比任何已知的思想系统在其概念框架内能够表达的丰富得多，当我们面对自然的实在，我们的想象的实在，以及人类关系的实在时，我们必须接受变化的、不同的、甚至明显互相矛盾的思想方式。有许多思想和情感的模式：每样模式都包含了一部分我们认为是真理的东西，科学和技术使我们对我们面临的问题有更深刻的洞察力，并为我们解决这些问题提供了最强有力的工具。有些问题确实是由于我们轻率地应用这些工具而产生的，比如环境污染和日益迫近的核战争威胁。但是，科学和技术只是通向现实的两条途径：我们同样需要别的途径，以理解我们存在的全部内含。的确，那些其它的途径对于防止轻率地和不人道地滥用科学成果是必需的。我们需要所有可能的途径来解决人类的困境，这种困境使我们的许多同胞不能有值得生活的一生。
参考
① 本章节思想受到了I. 普里高津和P. L. 莫里森思想（发表和未发表过）的影响。
[译自Societal Issues ，Scientific Viewpoints，Edited by Margaret A. Strom，Published by the American Institute of Physics（1987），pp. 174-177.]