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            易學研究

            易學與科學的未來
            更新時間:2013-09-17
                作者/董光璧(中國科學院 研究員) 文章被授權 轉載自 蘇州太湖書院 網站

            以啟蒙的精神重新認識已成為傳統的科學是時代賦予當代人的使命。分析當代科學的困境并提出實現其“革故鼎新”的進路已勢在必行,從易學的遺惠中尋找解決科學的出路不失為進路之一。與從回歸人與自然的和諧討論道家和從科學的人性化討論儒家不同,這里從當代科學在基本原理、方法論和理性三個層面所顯露矛盾、困難和不足討論易學,并根據科學發展的態勢推斷,易學中的循環原理、生成論和理一論可能成為催生新科學的睿智。

               一、循環者乃道

                易學主張以陰陽相互轉化為基礎的循環論,朱熹(11301200)集大成提出“循環者乃道”的命題。他說:“今曰一陰一陽,則是所以循環者乃道?!?SPAN style="FONT-FAMILY: 宋體; FONT-SIZE: 14px">(《朱子語類》卷七十四)清王夫之(16191692)強調掌握事物的“循環無窮之理”,他說:“原始要終,修其實有之規,以盡循環無窮之理?!?SPAN style="FONT-FAMILY: 宋體; FONT-SIZE: 14px">(《周易外傳》卷四)這種循環論思想在中國傳統文化中的顯赫地位無需贅述,但自達爾文(Charles Darwin,18091882)奠基的進化論思想傳入后,循環論,特別是歷史循環論,倍遭貶斥??墒?,隨著自然科學領域對各種自然循環系統的研究不斷取得進展,特別通過對生物學進化觀和物理學熵增原理之間的矛盾的長期探索,人們終于認識到了循環論有“回天之力”。

                19世紀中葉,在生物學和物理學中分別提出了各自的演化理論。生物進化論依據生物表型比較研究,論證物種演化的總趨勢是由簡單向復雜的方向發展,并且推廣這一結論,認為自然界的發展是從無機到有機,從無生命到有生命。而人文學者又接過生物進化論,把它轉變成有科學支持的社會進化論,認為自然界發展出生命后的重大進化是由動物發展出人類,人類的發展形成不斷進步的社會。但是,物理學提供的理論卻恰恰相反,根據熱現象的研究,孤立系統的演化是趨向熵極大的熱平衡狀態。把這種熱演化推論下去得出,按照一切運動都最后耗散為熱,那么整個宇宙將最終達到熵極大的熱死狀態。生物進化論為人類提供了一個樂觀的前景,而熱力學的熵增原理則預言了一個人類的末日。

                自19世紀中葉以來不少科學家和哲學家投身于對這兩個科學原理之間的矛盾的討論。開始人們只想論證不盡人意的宇宙熱寂說的不合理,豪不懷疑進化論。按照科學規律都有其適用條件的科學考慮,人們以宇宙不是孤立系統否定把熱力學的熵增原理推廣而應用于整個宇宙。后來,在宇宙學研究中人們發現,由于引力的存在而使等幾率假設不成立,熱力學熵增原理也因而對宇宙失效。在二擇一的意義上,肯定了進化論。

                但進化論也不是無可懷疑之處。物種進化的比較似乎問題不大,但在種間、屬間或種屬之間的比較標準上遇到了困難。曾經試圖以擴張、優勢、適應改善、特化、增加對環境的獨立性、增加結構復雜性等為進化的標準,但都不成功。近些年,不但以信息為標準以及以細胞內DNA含量為依據的初期樂觀已經消失,而且也查明反映基組大小的C值與基因數量沒有對應關系,對大多數動物來說C值并不與生物的復雜程度相對應。物理學以對稱性的破缺刻化物理系的統進化,耗散結構理論給出有序-無序轉化的物理機制,并且這種開放系統以及與此有關的負熵概念也被推廣到其他科學領域,包括社會現象領域。像熱力學熵原理的退化觀一樣,生物學的進化觀也是不能用于“唯一”的整體宇宙的。

                進化與退化在科學層面所表現的矛盾和疑難,為思辨的考慮留下了余地。最合理的設想莫過于“宇宙整體是循環的”,進化和退化都是局部的。恩格斯(Friedrich Engels,18201895)就曾以其“宇宙大循環”假說去克服悲觀的宇宙熱寂說。他從運動不生不滅并且相互轉化出發,假定放射到太空中的熱一定會通過某種途徑轉變為另一種形式,使已死的太陽重新轉化為熾熱的星云,進而開始新的進化,直至出現智慧的花朵。在現代宇宙學研究中提出出的“負質量”概念不自覺地從科學基礎上支持了宇宙大循環的哲學假說。1957年由邦迪(H.Bondi)提出并有后人發展的由正負質量組成的宇宙模型,只依靠這兩種質量之間相互作用的斥力和引力,運動既可以自動產生又可以自動消滅而不違反能量守恒和動量守恒,并且精確的計算還證明負質量的概念與廣義相對論是相容的。雖然科學家們在茫茫的宇宙深處尋找負質量蹤跡的努力至今未獲成功,但它不僅把康德對牛頓(Isaav Newton,16421727)引力理論補充以斥力而提出的自足宇宙模型科學化,而且為從宇宙原動力的角度理解宇宙大循環提供了一個線索。

                循環論的最高要求是建立宇宙大循環圖像。要想使這個理想的宇宙循環圖像是科學的,必須以科學的循環原理為基礎。在科學中雖然已經有不少循環定律,但仍不足以建立起科學的宇宙循環圖像。要得到這樣的圖像,就目前所能想象的,至少要有三個科學循環原理:質量循環原理、能量循環原理和信息循環原理。并且這三個循環不是獨立的,因為質量循環需要交換能量,這似乎已成定論;可以設想能量循環需要交換信息,信息循環需要交換質量;如果是這樣,原則上宇宙大循環就可以實現。一旦在能量循環和信息循環方面獲得肯定的科

            學結果,無疑會成為建立科學的宇宙循環圖像的基礎。

                建立起一個由無數包含有進化和退化的局部循環網結成宇宙整體的大循環的理論,對實現科學的理想目標和克服其在當代所面臨的社會危機,無疑是有意義的。只要想一想我們的科學原理至今只有質量之間的轉化和守恒原理、能量之間的轉化和守恒援理,只要物質、能量的種類是有限的,終歸要被耗盡而達終點。在物質、能量種類有限的條件下,宇宙大循環原理有“回天”之力。自然科學要尋找各種循環原理,克服物質、能量、信息的耗盡危機,給人類以樂觀的科學根據。

            易學的循環論為宇宙大循環提供了原型。當代理論物理學出身的文化哲學家卡普拉(Fitjof Capra)對中國古人建立的、“陰陽”和“五行”相結合的循環模式的贊賞(9),反映了當代科學家的思想動向。

                二、生生之謂易

            易學也主張以陰陽對待為基礎的生成論,其著名的命題是“生生之謂易”(《系辭》)。

            唐代李鼎祚(生卒年不詳)曾給出最簡明的解釋:“生生,不絕之辭。陰陽變轉,后生次于前生,是萬物恒生,謂之易也?!?SPAN style="FONT-FAMILY: 宋體; FONT-SIZE: 14px">(《周易正義》卷十一)易學中有兩個影響深遠的生成模式出現北宋時期。一個是邵雍(10111077)以陰陽連續倍分的易卦衍生次序表示的,自太極開始的萬事萬物的自然生成圖式,其特點在于數學上的嚴密性。另一個是周敦頤(10171073)的“太極圖”生成圖式,其特點是陰陽與“五行”結合。生成論與整體觀相結合的生機論哲學是中國傳統的科學方法論的核心。這種整體生成論與產生自歐洲的近代科學賴以生存的分析重構論格格不入,但卻與現代科學中茲長著的新的科學觀相契合。

                科學思想是從探討宇宙的本原和秩序開始的。所謂“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構成。我把前一種觀點稱之為“生成論”,而把后一種觀點稱之為“構成論”。生成論和構成論的不同在于,前者主張變化是“產生”和“消滅”或者“轉化”;而后者則主張變化是不變的要素之結合和分離。這兩種觀點在古代的東方和西方都產生過,但是在東方生成論發展成為主流,而在西方構成論發展成為主流。構成論的思想經由古希臘原子論在近代科學中的復活而深遠地影響了近代科學的思維,而生成論則可能在未來的科學中生根。

                在德國哲學家卡西勒(Ernst Cassirer,18741945)看來,18世紀的啟蒙思想在方法論上有兩大特征。一是分析重構論,二是經驗的原則。分析重構論拋棄17世紀形而上學的演繹法,把認識對象分析還原為它的終極要素,然后在思想中把這些要素重構為一個整體。他認為這種分析重構論是啟蒙哲學的最根本的方法論特征,是啟蒙運動作為旗幟的“理性”的真正功能。經驗的原則反對從原理、原則、公理演繹出現象和事實,而主張從現象和事實上升到原理和原則。這兩個特征支起的方法論框架極有力地推動了自然科學和社會科學的發展,鑄成19世紀這個科學世紀。這種分析重構論的基礎就是我們所說的“構成論”?,F代科學的發展越來越表明了這種分析重構論的局限性,它不再完全適合于科學的繼續發展。且不說生命科學領域的研究,在物理學研究中從基本粒子物理到宇宙學,都表現出“生成論”取代“構成論”的趨向。

                在粒子物理學研究領域,德國物理學家海森伯(Werner Karl Heisenberg,19011976)是先覺者。他領悟到生成論的概念比構成論的概念更有用。在1958年紀念普朗克(Max Karl Erns Ludwin Planck,18581947)誕辰100周年的演講(10)中,他說相互碰撞的“基本粒子確實也會分裂,而且往往分裂成許多部分。但是這里令人驚奇的一點,就是這些分裂部分不比被分裂的基本粒子要小或者要輕。因為按照相對論,相互碰撞的基本粒子的巨大動能,能夠轉變為質量,所以這樣巨大的動能確實可以用來產生新有基本粒子。因此這里真正發生的,實際上不是基本粒子的分裂,而是從相互碰撞的粒子的動能中產生新的基本粒子”,并且他還基于粒子之間能夠相互轉化作出“它們本身不是由物質所組成,但卻是物質的唯一可能形式”的哲學結論。

                對于基本粒子碰撞這類現象,生成論的確優于構成論。量子場論中采用“產生”和“湮滅”算符概念的基礎正是生成論,各種統一場論要求一切粒子從統一場經對稱破缺產生的概念基礎也是生成論。但是,物理學家們的思想并沒有從構成論完全轉到生成論,他們采取的是構成論和生成論不協調的并用,因此不能徹底克服其理論上的困難。這種困難在對EPR實驗中神秘的關聯的理解中最尖銳地表現出來。物理學家和哲學家已經對此進行了各種解釋(11),多不令人滿意。蘇聯哲學家Иван Эахаробич Цгехмистро把物理學中的這一疑難歸結為在亞量子層次上沿用要素集合概念的結果(12),仍屬本文所說的“構成論”的思維方式。他還沒有意識到要素集合的局限性根源于構成論,像物理學家在構成論的框架內引進產生和湮滅概念那樣,把一個完整的世界分為要素集合的世界和不可分割的整體的世界,從這兩個世界的相互關系入手解決EPR疑難??梢哉f當今絕大多數哲學家和物理學家都不愿超越構成論這個經驗僵化的樊籬,轉到生成論的領地。

                在宇宙學研究領域,生成論取代構成論的趨向表現在“宇宙創生”的各種理論中。雖然它們還遠不是已經受住各種考驗的科學理論,但它們試圖在的相對論基礎上對老的宇宙起源問題做出真正科學的回答。在這一探索過程中宇宙學家被逼到“宙創生”的道路上來。1940年代,俄國的物理學和宇宙學家伽莫夫(George Gamov,1901968)提出熱暴炸宇宙學,依理論和觀測根據,推定宇宙起源于十幾億年以前的一次原始火球的瞬間大爆炸。稍后的1948年,英國的天文學家霍伊爾(Fred Hoyle,19152001)的穩恒態宇宙理論不承認宇宙有開端,但為了克服在膨脹過程中宇宙總體密度的減少而引進物質連續創生的假設,以保證宇宙整體的圖像始終如一。美國的宇宙學家古斯( A.H.Gus)提出“爆脹宇宙模型”的根據是粒子物理學大統一理論關于重子數可能不守恒,從而推斷宇宙爆脹期可觀測宇宙中的物質和能量可能是從虛無中產生。英國宇宙學家霍金(S.W.Haeking)和艾耳里(C.D.Ellis)把大暴炸宇宙學發展為“宇宙產生于無”的一種宇宙自足理論。

                美國當代物理學家惠勒(John Archibald Wheeler,19112008)受宇宙學的啟發提倡一種“質樸性原理”(13),即物理學是從幾乎一無所有達到幾乎所有一切。因為在宇宙學中有一擴大了的馬赫原理。德國物理學家馬赫(Ernst Mach,18381916)曾主張慣性同宇宙有關。擴大的馬赫原理認為,包括微觀物理規律在內的局部規律都是由宇宙結構規定的。按大爆炸宇宙學,宇宙開始于一次瞬間熱大爆炸。因此惠勒認為,物理定律也有個從無到有的過程,并沒有一塊預先刻定的物理定律的花崗巖。他試圖從一條代數拓樸原理,建立他的“沒有定律的定律”這種最質樸的物理理學論體系。

                科學中的這種生成論的傾向可能是新科學啟蒙運動興起的預兆。這新的啟蒙運動的方法論特征是以生成論和經驗原則支起的新的方法論構架,它要求從整體的動力學去認識部分的性質。同18世紀以分析重構論認識自然和社會類比,新啟蒙運動以生成論和經驗原則結合的方法論框架認識自然和社會,處理種種問題。我們可以給這種方法論一個名稱標志它的特征,不妨叫它“整體生成論”。用這種方法看問題,人與自然應該是和諧的整體,科學文化和人文文化要平衡,東方文化和西方文化要融合,整個宇宙都要處在動態平衡的循環運動網絡之中。

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