練新顏

(廣西大學政治學院,廣西南寧 530004)

論簡單性原則的技術本質(zhì)

練新顏

(廣西大學政治學院,廣西南寧 530004)

科學理論中的簡單性原則往往被看成一種審美原則的體現(xiàn),把簡單性原則看作是毫無功利性的人類偏好,在科學理論中只是輔助性的作用。然而這種美學理解的背后遮蔽了科學內(nèi)在的技術本質(zhì)。更簡單的科學理論更容易掌握,更易于操作也更有效率。簡單性原則是作為一種控制的意志和行為的科學技術性的本質(zhì)要求和具體體現(xiàn)。

科學理論;簡單性原則;技術性;審美原則

科學中的簡單性原則就是遵循最簡單的說明方式來解釋自然。引用愛因斯坦的話說就是“理論物理學的目的,是要以數(shù)量上盡可能少的、邏輯上不相關的假說為基礎,來建立起概念體系”,要求一種理論的“前提的簡單性越大,它所涉及的事物的種類越多,它的應用范圍越廣”[1]。

簡單性原則可以說是科學理論的一個重要原則,對簡單性的追求從古至今:從畢達哥拉斯的萬物皆數(shù)到中世紀奧卡姆的剃刀;從牛頓的節(jié)約原理,莫佩爾蒂的最小作用原理,馬赫的思維經(jīng)濟原理一直到愛因斯坦的邏輯簡單性原則。傳統(tǒng)觀點認為科學是自然界客觀事實的反映,而簡單性原則僅僅是科學理論中的一個審美要求。簡單性原則作為審美原則主要有以下三方面的含義:(1)簡單性原則是沒有任何功利性的,人們追求自然的簡單性是追求宇宙的和諧和審美愉悅。例如古希臘的畢達哥拉斯認為,地球和整個宇宙的結構都是球形的,因為球形是一切幾何形體中最完美的形狀,宇宙中的各種天體均作勻速圓運動,因為圓是表面上最完美、最簡單的幾何圖形。(2)傳統(tǒng)的科學哲學認為,科學是一項追求“真”的理性事業(yè),科學是自然界真實圖景的描述。而簡單性原則作為一種審美原則是科學理性事業(yè)中的非理性即感性因素。如彭加勒認為簡單性是一種科學的微妙的審美感;而科學哲學家波普爾把簡單性看成是一種主觀上的美學偏好,他說:“有時,我們說一個東西的兩個說明和同一數(shù)學證明的兩種解釋,其中一個比另一個更簡單更優(yōu)美。在知識論看來,這種區(qū)別很小,它也不屬于邏輯范疇,而只是表達一種美學的或?qū)嵱玫男再|(zhì)的偏愛?！盵2](3)簡單行原則是科學理論的輔助標準,不起決定性的作用。正由于科學是追求“真”的事業(yè),而簡單性原則只是作為“美”的原則時必須服務于“真”的——只有在保證“真”的前提下,能用更簡單的形式表現(xiàn)出“美”來當然更好。例如我國學者李醒民認為:“(簡單性)是科學共同體共有的理智標準或價值標準之一,可以視其為一種美學標準,因而是評價科學理論的輔助標準?！盵3]

筆者認為這種對簡單性原則的美學理解掩蓋了簡單性原則的技術本質(zhì)。技術本質(zhì)更是科學理論技術性的最鮮明體現(xiàn)。

一、簡單性原則是認知經(jīng)濟性的要求

馬赫在《感覺的分析》一書中則從生物學的角度分析了簡單性原則在人類思維發(fā)展中的重要性。他說,如果把整個心理生活,也包括科學活動在內(nèi),都看成是生物現(xiàn)象,那么這種生物現(xiàn)象就應該遵從達爾文的生存斗爭、物種進化與自然淘汰的理論,就只能以最小的思維消耗、盡可能簡單的方法和盡可能短的時間,去獲得盡可能多的知識并構成盡可能完善的科學陳述[4]。

由于人自身的有限性,面對紛亂復雜的自然界,人們總想找一種可以簡單的方法統(tǒng)攝和把握自然,這就是認知經(jīng)濟性。認知經(jīng)濟性有兩方面的要求:一是對現(xiàn)象世界的不斷簡化,二是邏輯的經(jīng)濟性。

(一)世界圖景的不斷簡化

人類與動物的差異之一在于人類總試圖用理論解釋、把握世界,并不斷將其簡化。

人類對自然進行解釋的最早嘗試是神話的解釋方式。在神話的解釋中,自然被認為萬物是有靈的,掌握不同物種之間的神靈不斷的斗爭產(chǎn)生了世間萬象。這種用神來解釋自然的方式到了泰勒斯之后即產(chǎn)生了古希臘自然哲學,之后有了質(zhì)的飛躍。

在古希臘的自然哲學中,先賢們試圖把復雜的自然還原為一種或幾種簡單的物質(zhì),試圖通過一種或幾種簡單的物質(zhì)就能統(tǒng)括物質(zhì)世界紛繁復雜的物質(zhì)形式和變化形式,并把它設想為是按照規(guī)律行駛的。只要一種或幾種物質(zhì)原型通過一條或幾條規(guī)律的運作就能解釋世界所有的物質(zhì)現(xiàn)象的世界在古希臘人看來是簡單、完美、和諧的世界。簡單性原則要求科學理論象柏拉圖所說的那樣——“拯救現(xiàn)象”,把紛繁復雜的自然現(xiàn)象解釋為和諧、統(tǒng)一、簡單、明確和有秩序的自然規(guī)律。簡單性在古希臘表現(xiàn)為對條理性、規(guī)律性的追求。

為什么古希臘的自然哲學比神話掌握自然的方式更簡單?庫恩在談到概念圖式的功能時說道,兩球宇宙最顯著的特點可能就是為天文學家的記憶提供幫助——因為每個天文觀察都是一長串關于天象的純粹事實中孤立的一項,要同時記住這些所有的事實是困難的,這也被成為“概念的經(jīng)濟性”。由此,模型、理論統(tǒng)攝了零散的事實,自然的現(xiàn)象也被科學結集、編排成簡單易學的科學規(guī)律。

這種試圖掌握以客觀規(guī)律把握自然,簡化自然的嘗試在當時確實是“有閑階級”的一種智力游戲,對當時的技術、生活的改進沒有實用的意義。所以在今天我們看來,這種試圖以自然哲學解釋自然的嘗試把自然解釋為和諧、簡單的關系是古希臘人毫無功利性的審美需要。但海德格爾卻敏銳地察覺到其中所蘊含的技術性。海德格爾把現(xiàn)代技術的濫觴追溯到古希臘的自然哲學,特別是柏拉圖。海德格爾認為正是隨著柏拉圖形而上學的理論的提出,人也因此被賦予用理念來認識可見事物即存在者并對此進行思考的能力,這樣才會有把知識當作控制和設計人所面對的世界的工具的可能。由此,從古希臘的自然哲學開始,對簡單性的追求就含有一種控制的意志和趨勢,這種意志和趨勢并將使科學和技術實踐結合在一起形成了現(xiàn)代技術,迫使事物以非自然狀態(tài)的技術形式顯現(xiàn)出來。馬爾庫塞也認為,“哪怕預先沒有實際目的,在純科學中仍然存在著科學應用固有的一般方向;這一點當理論理性轉化為社會實踐時可以得到確定?！盵5](P134)

從古希臘畢達哥拉斯開始人們便意識到以數(shù)學的方式來解釋自然現(xiàn)象是最簡單最容易掌握的方法。從純幾何學到近代物理學再到現(xiàn)代技術,近代科學的誕生有其內(nèi)在的邏輯性?？茖W的每一步前進都為近代科學技術革命的誕生奠定基礎,提供條件?？茖W即是一種歷史和社會對自然的設計。隨著古希臘的有機生命自然觀向近代機械論自然觀的轉變,科學也轉變?yōu)橐环N強大的控制自然的能力。

(二)邏輯經(jīng)濟性的要求

邏輯經(jīng)濟性最著名的論述是“奧卡姆的剃刀”原理:可以用較少手段做成的事情用許多手段來做是徒勞的,對于過多的不必要假設以及一切多余的話,“要象剃胡子一樣統(tǒng)統(tǒng)‘剃’掉”。布里丹也提出了自己的簡單性原理:用較少的假設要比用較多的假設來拯救現(xiàn)象更好;用較易途徑要比用較難的途徑來拯救現(xiàn)象更好。與奧卡姆一樣,多數(shù)中世紀學者認為,自然界的運動總是選擇最簡捷的途徑,因為這體現(xiàn)著上帝的智慧。和奧卡姆的思想類似,愛因斯坦、馬赫、彭加勒等科學家或哲學家也提出了符合思維經(jīng)濟的簡單性原則,這實際上已成為科學理論表述的依據(jù)以及關于理論邏輯結構的標準。邏輯簡單性原則要求(1)以最少的假設、原理、定律來建立科學理論;(2)對敘述同一現(xiàn)象的兩個理論來說,比較簡單的更可取。

由于科學理論的內(nèi)在簡單性要求,在不同的科學理論競爭中,簡潔性是一個新的科學理論的重要籌碼。簡單性原則幾乎已成為科學理論的重要批判標準之一。哥白尼在提出日心說時認為它的最大優(yōu)點就是更簡單:首先日心說沒有托勒密地心說那么多的均輪和本輪;其次,把太陽當作中心來解釋宇宙更簡單。庫恩在《哥白尼革命》中認為,新的天文學能取代舊天文學最重要的一點就是它的簡潔性。盡管哥白尼自己提出的日心說比起托勒密的不夠簡潔,但是,“哥白尼的一部分繼承者堅信,日心天文學掌握了解決行星問題的鑰匙,而且這些人最終給出了哥白尼所追求的那種簡潔性?！軌虮嬲J幾何上的和諧性,就能感覺出哥白尼日心天文學中新的簡潔性和一致性。”[6]

二、簡單性原則是實現(xiàn)對自然操作控制的要求

既然數(shù)學化的方法是認識自然最簡單的方法,那么簡單性原則就要求科學理論把自然簡化為統(tǒng)一的、規(guī)律的數(shù)學化自然。在數(shù)學化的自然里,一切實體都是有空間和廣延的,而空間和廣延不管多復雜都可以用代數(shù)公式來表示,反過來,數(shù)量也可以完全在空間中表達。這樣就可以實現(xiàn)自古希臘以來對簡單性的追求的“偉大構想”:用簡單的一種物質(zhì)加上簡單的轉換關系就可以統(tǒng)攝整個自然界甚至包括人類自身。隨著伽利略奠定了近代科學的基礎,科學便沿著將自然數(shù)學化的道路步入正軌。但是盡管科學理論表達了自然的構成和關系,我們只能說是“認識”了自然,要把科學理論作為控制、利用自然的依據(jù),即要達到操作、應用層面如何可能的呢?

在中世紀,簡單性原則僅僅作為邏輯和思維上的原則而已。雖然奧卡姆極力主張科學理論表述的簡單性,極力主張科學概念在邏輯上是簡單性,但他僅僅把簡單性限制在邏輯思維的方法范圍內(nèi),他并不真正認為自然界真的很“簡單”。因為把簡單性想法置于自然界就會“堅持自然界總是遵循最簡單途徑這一點,就是限制上帝的能力?！系劭赡苓x擇用最復雜的道路來達到這些結果?！盵7]

但這個思想很快就被伽利略、牛頓這兩位近代科學先驅(qū)突破了:簡單性原則從思維原則轉變到實在性原則。

伽利略極力證明數(shù)學的自然就是自然本身。他認為關于數(shù)學證明所提供的真知,這是和神的智慧所認識到的真理是一樣的。他拿金幣作為比喻說,用數(shù)學做出的計算和比例,就一定會得到附合具體的金幣。伽利略在《兩大體系的對話》中說:“……因此,一些人已經(jīng)想象出某些運動描繪出來的螺旋線和蚌線,雖然在自然中我們絕不會碰到這兩種曲線,可是他們卻確立起這些曲線由于它們的定義而具有的性質(zhì),這很值得稱贊;但我們已經(jīng)決定要考慮在自然實際中出現(xiàn)的具有加速度的自由落體現(xiàn)象,并且使加速度的定義顯示出觀察到的加速度的本質(zhì)特點。在經(jīng)過反復努力之后,我們的最終相信我們已經(jīng)成功這樣做了?！詈?在對自然的物體分析中,在遵循自然本身的習慣時,在它的一切過程中,我們好像都被暗示只有采取那些最普通、最簡單和最容易的手段。”[8]在這里,伽利略已把簡單性看作是自然本身的屬性。既然自然本身就是簡單的,即是有規(guī)律性的,可以用數(shù)學原理來表達的,那么,反過來把這些用數(shù)學表達的自然的規(guī)律運用于自然就是順理成章的。這就為以后的科學理論轉變?yōu)閼每茖W提供了思想上的可能。

牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》中提到的四條“推理規(guī)則”的第一條便是“簡單性原則”:“如果自然事物的一些原因既是真的又足以說明它們的出現(xiàn),那么我們就不允許有更多的原因。哲學家們說得更中肯:自然絕不徒勞無益,當少而得當時,它絕不多此一舉;因為自然喜歡簡單性,而不喜歡多余原因的虛飾。”[9]牛頓不僅已把簡單性原則上升到了科學方法論的第一原則,隨著簡單性原則在科學理論中的地位不斷提升,科學也越來越覺有技術性。

當然,牛頓把簡單性原則從“邏輯原則”轉變到“自然原則”是存在著很多爭議的——其中最為著名的是愛因斯坦和馬赫之爭[10]。除去愛因斯坦和馬赫背后的簡單性原則的客觀性問題不談,他們在對簡單性的強調(diào)的方面卻是一致的:他們都強調(diào)了簡單性原則的實用性和操作性。特別是馬赫盡管他認為簡單性原則只是一個主觀性原則,但他卻主張用簡單性原則認識世界更有效。另一位著名的科學哲學家波普爾認為不但科學理論本身要求簡單,其檢驗方法也要簡單。波普爾將簡單性問題跟他著名的證偽理論相接,他認為圓比橢圓更簡單,因為“是圓”能被其不在一個圓上的四個方位(組成四組陳述類,維數(shù)為4)的測定所證偽,而“是橢圓”的證偽則需要至少六個方位(維數(shù)為6)的測定[11]。在波普爾看來,能用更簡單的方法檢驗科學理論是在操作層面上更可行的。

當然,要在實踐層面操作還需要更進一步的簡化。伽利略繼牛頓之后把自然簡化成“量”的關系。而“量”是什么?量是可以人為地隨意延長或減短,增加或減少的,量在本質(zhì)上表現(xiàn)了一種可操作性。如果一個事物是能夠按照我們設定的一個單位的某個確定的、已知的數(shù)值關系來表示,我們只要知道了初始的幾個簡單因素就可以預測到它今后幾千年甚至上萬年的發(fā)展趨勢,那么我們就理所當然地認為對它已了解掌握,甚至可以操縱、控制。

正是由于伽利略把自然的量化現(xiàn)代科學才有可能向?qū)嶒灴茖W轉變?，F(xiàn)代科學的發(fā)展過程是一個經(jīng)驗-理論的雙向循環(huán)流動的過程。在這個過程中,經(jīng)驗、理論不斷相互充實,相互發(fā)展。在經(jīng)驗和理論不斷協(xié)調(diào)的漫長過程中,使現(xiàn)代人轉變?yōu)榈膶嵲谡撜?即相信數(shù)學真實表達了自然,自然就是用數(shù)學書寫成的書,或者說“上帝本質(zhì)上是一位數(shù)學家”。就算不是實在論者,現(xiàn)代人至少也是工具主義者和實用主義者,認為我們的理論和公式就算沒有客觀地描述了自然,但卻能夠?qū)ξ覀兊纳钍澜缙鹱饔?我們可以依靠科學技術控制、操縱我們的生活和生活世界。況且科學在任何情況下都包含著對可以觀察到的事實——不管是自然界中發(fā)生的還是在實驗室里發(fā)現(xiàn)的有條件的預測。

對自然的簡化為現(xiàn)代技術控制自然提供了廣闊的平臺和前提。正如馬爾庫塞所說,“這些現(xiàn)代科學的中心觀念,不僅僅作為純科學的副產(chǎn)品,而是作為同其內(nèi)在概念結構有關的東西出現(xiàn)的。從具體中進行科學抽象和即產(chǎn)生精確性、又產(chǎn)生普遍有效性的質(zhì)的定量化,牽涉到生活世界的特定具體經(jīng)驗—‘看’世界的特定方式。盡管具有純粹的、置身事外的特點,這種‘看’畢竟是在有目的的實際情景中看?！币虼?“伽利略的科學是有步驟、有系統(tǒng)地預期和謀劃的科學;它同時是某種按照能夠完全等同的單位之間可予計算和預言的關系來體驗、領會和塑造世界的特定預期和謀劃的科學。”[5](P149)理論上的操作主義和實踐上的操作主義最終在現(xiàn)代工業(yè)社會協(xié)調(diào)一致。

三、簡單性原則是提高知識效率的要求

科學理論的簡單性原則蘊含了現(xiàn)代技術最主要因素:效率。我們總是希望付出少量的勞動,卻能夠順利達到最后的目的。雷舍爾在《復雜性——一種哲學概觀》一書中,認為科學的目標分為理論目標和實踐目標。理論目標是要描述自然界是什么和怎么樣并回答為什么的問題;實踐目標要求科學成果校準我們對自然的預期并對自然界進行有效干預,按照渴望的方向改變事件進程。要達到這樣的目標,我們必須要有效率。雷舍爾非常恰當?shù)谋磉_了現(xiàn)代簡單性原則的效率內(nèi)涵:“我們并不是為簡單性——因為事物的美學而追求簡單性,而是因為作為解決問題的戰(zhàn)略,這是符合成本-效益原則的。”[3]

對于“大科學”時代來說,簡單性原則更突出了效率原則,即要符合“成本-效益”原則。

美國的莫拉夫西克曾經(jīng)指出,一個理論所確定的“簡單”現(xiàn)象應具備七個主要特征。他在《科學中的簡單問題和復雜問題》一文中論述,“簡單現(xiàn)象必須是在自然界可實現(xiàn)的現(xiàn)象,至少在原則上,表示簡單問題特征的變量的范圍,在自然界是存在的,或者是有一個非常好的近似。簡單問題必須是能夠用簡單方法回答的問題,這就是說簡單問題的實際計算必須能夠用一個容易而實際可行的方法來完成。簡單現(xiàn)象的實驗認識必須是容易實現(xiàn)的。容易的問題必須是在科學實踐中常常發(fā)生的那些問題,應該是那些對科學以外的東西是有意義的問題。簡單問題的界限應該是實現(xiàn)限定的?！盵12]

在莫拉夫西克的理解中,簡單性原則已明確提出了成本的要求。那些復雜的不可簡單化的問題,或者說對我們目前的現(xiàn)實沒有意義的問題,沒有實用價值的問題已被排除在科學體系之外了——不僅因為它們不可行,更重要的是它們沒有效率,浪費時間,不符合成本原則。

雷舍爾從“對數(shù)回報法則”說明了知識的成本原則。通向知識的道路一定從信息開始。在知識進步中每向前邁一步,就伴隨著信息激增的巨大增幅。例如我們?yōu)榱耸怪R增加2倍,我們就必須增加信息4倍。但是知識發(fā)展到了一個確定階段,盡管信息數(shù)量有指數(shù)增長,而知識僅以一個梯級單位增長。也就是知識發(fā)展到越高級階段其所需要的成本就越高。根據(jù)“對數(shù)回報法則”,在科學進步持續(xù)行進的過程中,科學家們應優(yōu)先追求能操作的簡化的領域。

科學的效益用馬赫的話講就是:“科學家向自己提出的任務是,用盡可能少的功,在盡可能短的時間內(nèi),并且用盡可能少的思維,獲得盡可能多的真理。”[13]科學理論的簡單原則要求我們努力尋找實現(xiàn)某一確定思維目標的最短思維路線,用最快的速度,最高的質(zhì)量去完成這一目標。對于能夠用更經(jīng)濟的方法實現(xiàn)的思維過程,若用過多的勞動去完成,這就等于浪費。這種意義上的理論的簡單性要求在科學理論的思維過程中盡量避免少走彎路,少作無用功,達到事半功倍的效果。正如彭加勒所說的:“科學的作用在于產(chǎn)生思維經(jīng)濟,正像機器生產(chǎn)勞動經(jīng)濟一樣。這是十分正確的?！盵14]

四、結論

簡單性原則是科學理論的技術性要求,因此我們完全可以從技術性層面來理解簡單性。我們可以把簡單的知識理解成能掌握的,能通過實驗或邏輯的操作來驗證的科學知識。正如若格指出的:“簡單性意味著理論能夠解釋一系列現(xiàn)象,因而可以把它比作已經(jīng)解釋清楚了的東西。相應地,復雜就意味著在簡化世界圖景方面存在一定的障礙?！盵15]正是由于簡單性原則要求,科學把復雜多樣的自然塞進人類能掌控、操作的技術世界,自然才被簡化為均一的、單質(zhì)的量化世界。

[1][德]愛因斯坦.愛因斯坦文集(第1卷)[M].許良英,范岱年,譯.北京:商務印書館,1976:170.

[2][英]卡爾·波普爾.科學發(fā)現(xiàn)的邏輯[M].查汝強,邱仁宗,萬木春,譯.北京:科學出版社,1986:93

[3]李醒民.論科學理論的簡單性[J].北京行政學院學報,2008(4): 95-100.

[4][奧]恩斯特·馬赫.感覺的分析[M].洪謙,唐鉞,梁志學,譯.北京:商務印書館,1986:25.

[5][法]赫伯特·馬爾庫塞.單向度的人[M].劉繼,譯.上海:上海譯文出版社,2006:134.

[6][美]托馬斯·庫恩.哥白尼革命[M].吳國盛,張東林,李立,譯.北京:北京大學出版社,2003:167.

[7]葉秀山,傅樂安.西方著名哲學家評傳[M].濟南:山東人民出版社,1984:503.

[8][美]E·A·伯特.近代物理科學的形而上學基礎[M].徐向東,譯.北京:北京大學出版社,2003:60.

[9][英]牛頓.哲學的數(shù)學原理(第二卷)[M].趙振江,譯.北京:商務印書館,2006:160.

[10]朱亞宗.愛因斯坦簡單性思想述評[J].哲學研究,1985(7):33 -40.

[11]黃勇.簡單性研究[J].自然辯證法研究,1989(6):15-23.

[12][美]M·J·莫拉夫西克.科學中的簡單問題和復雜問題[J].科學哲學,1982(6):160-165.

[13][美]J·T·布萊克默.馬赫的科學哲學[J].自然科學哲學問題叢刊,1985(4):26.

[14][法]昂利·彭加勒.科學與方法[M].李醒民,譯.沈陽:遼寧教育出版社,2001:95.

[15][俄]若格.自然科學知識:從簡單到對稱[J].羅長海,譯.世界科學,1989(10):46-50.

Technicality as the Essence of Simplicity Principle

LIAN Xin-yan
(School of Political Science,Guangxi University,Nanning,Guangxi 530004,China)

Simplicity Principle is often seen as an aesthetic principle,which contains three meanings:no utility;aesthetic preference;in scientific theory only playing the auxiliary role.Such understanding has put a veil upon the technical essence in the inner nature of science.Simplicity Principle is technicality rather than aesthetic.Simpler scientific theory is easier to grasp,easier to operate and more efficient.Simplicity Principle is the essential requirement and concrete embodiment of scientific technicality as a will and behavior of control.

Scientific Theory;Simplicity Principle;Technicality;Aesthetic Principle

N031

A

1672-934X(2014)02-0032-05

2013-06-06

湖南省社科基金項目“哲學視域中的技術設計”(13YBB005)

練新顏(1976-),女,廣西容縣人,哲學博士,廣西大學政治學院講師,主要從事技術哲學研究。