从复杂系统理论看智能设计论

第25卷 第3期

2009年 3月

自然辩证法研究

Studies in Dialectics of Natur e

V ol.25,N o.3M ar.,2009

文章编号:1000-8934(2009)03-0024-05

从复杂系统理论看智能设计论

董 春 雨

(北京师范大学哲学与社会学学院,北京100875)

摘要:本文在对智能设计论兴起的科学依据进行方法论分析的基础上,着重从复杂系统理论的角度,探讨了与智能设计相关的两个主要问题,即偶然性和不可还原性。通过科学和哲学上的论证,试图表明,尽管进化论等在细节上还有很多不足,但智能设计论也并不因此成为目前科学条件下惟一合理的理论选项。

关键词:智能设计;概率;不可还原性的复杂性中图分类号:N 031 文献标志码:A

收稿日期:2008-12-31

基金项目:教育部人文社会科学研究项目基金资助(项目批准号:08JA 720001)

作者简介:董春雨(1963)),辽宁鞍山人,哲学博士,北京师范大学哲学与社会学学院副教授,研究方向为物理哲学及复杂性哲学等。

1 关于智能设计运动兴起的科学基础的方法论分析

所谓/智能设计论0,就是主张生物甚至宇宙都是某种/超级智慧0设计的结果,这种思想有着深厚的历史渊源。在神学方面,历史上有许多著名的神学家如奥古斯丁、托马斯.阿奎那等一直都在论证自然的起源是智能设计的产物。在科学上,智能设计的思想也一度成为主流科学家们的指导思想,如在近代科学产生之初的伽利略、莱布尼兹、牛顿的论述中,经常会提到/上帝0的字眼,其中最突出的事例莫过于/第一推动问题0的提出。随着达尔文进化论思想的深入人心,这种思潮逐渐衰落了。

从20世纪80年代中后期始,一场/智能设计运动(Intelligence Desig n Mov em ent 即IDM )0因D.Kenyo n 和P.Johnson 等人的工作在美国重新抬头,并由M.Behe 等人的工作而引向深入。这主要是因为到了20世纪70-80年代,进化论经历了100多年的发展,其两大理论支柱(突变与自然选择)虽然对种内微进化提供了较好的解释,但对生命的起源和物种的变化等仍然不能提供良好的描述。在所有对进化论的质疑中,除了一些宗教研究机构的神创论的声音外,在无神论的框架下,很多有名望的科学家提出了不少新的理论,如Jay Gould 的/间断平衡理论0,普利高津的/自组织理论0,艾根的/超循环理论0等。但也有人批评间断平衡理论没有机

理描述,自组织理论及超循环理论是纸上谈兵等。

在这种背景下,智能设计的思想重新被提了出来,逐渐形成了智能设计运动,其表现首先是5达尔文的黑匣子)))生物化学对进化论的挑战6(M.Be -he,1996)等一系列相关著作的出版:它们找出了许多生物学中的精巧结构和功能,以强有力的科学证据的面貌,从生命起源等角度对进化论及其自然主义哲学提出了批评,并试图提出进化论的替代理论)))智能设计论,即世间万物如此奇妙,它们不可能由进化和自然选择而来,这个世界必然是由某种/超级智慧0设计出来的!

如何看待这种建立在科学基础之上的智能设计论?我们首先从方法论的角度对它进行一些分析。

首先考察一下关于理论解释的问题。无须讳言,目前一些相关的科学理论不足以完满解释生物学当中的某些现象,但这种不成功是否构成否定这些理论的理由?抑或是促成智能设计论的一种根据?

一般而言,用发展相对低级、不完善的科学理论去解释高级、复杂的生物现象,其间存在较大差距,这本不足为奇。纵观科学史,任何理论都有自己的成长过程。所以,我们不能以一些科学理论在解释一些生物现象时现在是否成功作为判断理论是否适合的标准,即问题的关键是如何看待科学解释的潜在可能性,而不是看它现在达到的程度。事实上,科学在相对简单的领域已经做得很好,甚至很完美,如物理和宇宙学领域。从类比的角度看。我们有理由

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相信未来的科学会比现在做得更好。特别地,现在科学解释的不足恰恰是它前行的动力,而像人们常说的,将所有未知的东西归为/上帝0即/填隙0却是最省事的偷懒做法!

其次我们考察一下科学事实的意义问题。智能设计论的倡导者们无疑已经充分展示了生命世界的精巧性,而且他们也考虑到了物理世界中一些不可思议的巧合,例如典型的/宇宙微调说0(Fine-tun-ing of the U niverse)112,即整个宇宙的大爆炸和宇宙常数等好像都是经过非常精细的调校,最终才产生了如今这样一个世界,包括生命和人的产生。如果情况稍微有一点偏差,一切都无从谈起了,这种思想亦称/人择原理0,据此我们是否可以说/设计的痕迹0无处不在?

其实这种论证方式人们并不陌生,它早从古希腊就开始了:柏拉图,亚里斯多德等,就是从世界不可思议的规律、秩序及其简单性入手来论证上帝的存在的,只不过那时的根据是常识知识,而现在是从最新的科学发现中寻找有利事实的,但它们论证的手法是一样的!如果说现在看来以前的论证是不成功的)))现在人们已经放弃了这样的论证,那么现在智能设计论者的论证也未必站得住脚。因为实际情况是,科学所能解释的现象依然在不断的增加,虽然这一过程是无止境的;另一方面精巧绝伦的事实本身并不能证明/设计0的存在,例如由自组织理论完美揭示的著名的贝纳德效应、化学钟现象等,如果按照设计论者的观点,这些原子、分子的有组织运动的背后一定有/一只看不见的手0,显然这是荒唐的。

综上所述,无论是从理论解释的不足看,还是从事实的意义的分析看,智能设计的观点并不一定是惟一的选择。除了上述两个宏观的方法论问题的考虑,下面我们择要再探讨两个相关的具体问题。

2偶然抑或奇迹

20世纪80年代末,Keny on忽然意识到:在生命起源的实验研究中,我们尚且需要如此众多的人为干预才可得到一小点的结果,那么在生命的真正起源时,智能设计将是必要的!其后的Overman则用数学概率论的观点分析了在地球上第一个生命体能否以偶然事件的形式从无生命物质中形成的问题,也研究了自组织理论能否提供这个问题答案的可能性。对此他认为宇宙事件将以数学1/1050作为概率边界,这也是目前概率论中通用的概率边界。其最后结论是偶然随机性和自组织理论不能解释地球上第一个生命的生成,总之,所有把机遇视作秩序的终极根基的建议都将失败122!

这里的核心问题是如何看待偶然性在生物进化中的地位和作用?如果认为生命的产生是一个奇迹,自然就会倒向设计论;如果认为世上的一切都可看做是某种巧合的小概率事件,则可能坚持自然发生的观点。但如何看待偶然性的本质自古就与决定论问题纠缠在一起,而随着概率论、热力学统计力学和复杂系统理论等的发展,这一问题变得越发让人无所适从。

首先,偶然性的问题是哲学中老生常谈的一个问题。世界上的任何事件或任何过程,都是集偶然性和必然性于一身的,所以人们很早就注意到了这个问题,例如,早在古希腊的伊壁鸠鲁就把偶然性引入到原子论中,这种思想后来也为卢克莱修接受,并得到进一步阐释和发展132。马克思曾高度赞扬伊壁鸠鲁的这一思想的巨大意义,指出他在原子论的理论体系中容许了偶然性的存在。这种观点具有光辉的辩证法思想,它清除了由于片面强调必然性、否定偶然性的客观存在而产生的宿命论142。它早已表明了偶然性在任何事物的发展中都具有举足轻重的地位,而这一点在当今系统科学的发展中得到了进一步的确认。

姑且不论世界的基本组成)))微观粒子,在量子力学的视野中,本身具有内禀的随机性,但就系统科学来看,它也为偶然性的存在及其作用的发挥提供了坚实的理论依据。这是因为,系统科学为我们揭示出了微小的偶然因素发生作用的机制问题,即/初值敏感特性0的发现)))以/初值敏感0为特征的随机行为的普遍存在表明,大自然似乎拥有一个神奇的杠杆152)))借助于这一超级杠杆,自然可以像古语所说的那样:用四两来拨千金!那么,这一杠杆的奇妙之处在哪里呢?后来人们对复杂系统的/混沌0现象及其无穷嵌套自相似的带洞的网状结构)))现在我们通常把这种结构叫做分形的研究,为我们理解初值敏感特性提供了直观图像:对于复杂系统的演化,当它处于临界状态时,不同的可能状态或称吸引子之间的边界恰恰形成了跨越尺度的无穷嵌套自相似这样的分形结构,这意味着互相竞争的两个或多个吸引子之间的边界原来具有无穷的细节,它们我中有你,你中有我,无论多么细微的差别,都无法将它们分开。它说明,人们并不能够无限制地依靠提高精度的方法,以期达到对各种混沌或分叉行为的把握和预测,这只能是一种妄想!

总之,上面的简单论证业已表明,偶然性是我们这个世界的基本特征之一。而自组织理论为偶然事件的实现提供了重要的理论依据。自组织理论指

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出,当系统处在远离平衡条件的临界点处时,由于系统存在着适当的非线性相干机制,其内外微不足道的涨落可被迅速放大而形成巨涨落,即初值敏感使正反馈机制被充分/解放0出来而将涨落放大为巨涨落)))巨涨落首先是触发、推动系统原来热力学平衡态失稳的动力,其次,巨涨落也代表一种新的组织方式,一旦它被某种系统机制稳定下来,系统就跃入了新的耗散结构分支,因此普利高津认为,耗散结构是某种被稳定下来的巨涨落。可见,涨落已不像过去那样仅仅是以一个消极的破坏者的形象出现,借助于初值敏感特性,涨落终于在系统的演化中扮演了一个十分重要的角色,世界正是在偶然的涨落的帮助下,才能打破对称的僵局而演化到像今天这样的丰富多彩和生机勃勃,所以我们可以这样说,涨落的随机特征,恰恰是一种不断创造的源泉和工具162!可见,自组织理论对偶然性在系统演化中的作用做出了清晰的说明,进而表明了世界演化发展具有一定的偶然性,即淡化了决定抑或设计的色彩。

当然,上面只论证了偶然性发挥作用的机制,这里还有一个如何看待奇迹的问题。智能设计论的基本观点就是,宇宙(包括生命)的现状像沙漠中的钟表一样,只能被看做是人为的奇迹!可从理论上来讲,在足够大的概率样本空间中,偶然性就可能将被大数定律所调节,导致任何存在的可能性)))生命形式的丰富性和进化的不可预见性本身就已经说明了这一问题,或者说时间加偶然性会等于必然性。在这一点上,智能设计论的观点是,主张即使考虑现有宇宙的所有物质和时间因素,都不足以产生现有的生命等现象,所以,他们宁可相信这一切都是源于某种智慧。

不过从/相信0的角度讲,我们还可以有另外一个拒绝设计的理由,即我们还可以/相信0)))像科学家经常这样表述的,/我们的宇宙0)))经验观察中的宇宙,也许只是宇宙的一部分:根据最新的天文学发现,我们已知的宇宙,其实只占理论宇宙的4%左右。宇宙的大部分是暗物质、暗能量。这意味着,科学的未来会发生什么,现在根本无法预测!除此之外,我们这个宇宙也许不是惟一的,在它之前,抑或现在,还有着千千万万个与我们的宇宙类似的宇宙)))这就是很多人探讨的所谓多宇宙(m ult-i v erse)问题。这样一来,概率样本空间的扩充在理论上是无限的,不受什么数量级的限制,从而打破了智能设计论者的概率极限问题。其实,当今人们对地外生命和文明的苦苦寻觅,不正是对生命自组织过程普遍性的一种追求吗?虽然这一天现在看起来还遥不可及,但它却意味着地球上的生命并不是/智慧0精心设计的杰作,而是宇宙自然演化的结果。事实上,有关地外生命的研究,现在正如火如荼172。

也许智能设计论者会争辩,这仅仅是一种形而上学的思辩182,不足为凭。可他们不要忘记,/智慧0也是思辩的产物呀!或者说智能设计论充其量只是提出了问题,把一切归于/上帝0,根本无助于问题的解决)))如前所述,那只是一种偷懒的方式而已;而且他们如果非要强调证实的概念,那么,1像人们公认的那样,尽管科学现在还有许多方面有待于进一步证实,尽管它还有许多未解之谜,但现在还没有哪一种理论比科学与经验符合的更好,以至于不相信科学的人把这种成功称之为/奇迹0!o这种争论已经不是小概率本身的问题了,而是已经转移到科学最擅长的实证的方面去了)))有关这个问题,本文不拟在这里讨论。总之,上面的论证至少表明,科学及其哲学与智能设计论相比,至少没有输在理上:这些推理或假设至少应该是等价、平权的!或者反过来说,即使如智能设计论所言,科学有许多不足之处,但问题的答案也未必一定是某种智能!

另外从理论的层面讲,科学对未来的态度是开放的,而完美的设计的观念实际上意味着否认偶然性的地位,其世界观必然是预设一个单一封闭和线性决定的世界。所以,科学自身虽然会存在许多许多的问题)))像智能设计论者千方百计地表明的那样,进化论也许还谈不上完美,甚至还有许多漏洞,但它总是在不断发现新的事实,并不断修正自己,发展自己,科学的历史不正是这样吗?而智能设计论等却总是试图追赶事实的脚步,试图使自己适合新的事实。而且除了对人们未知的一切冠之以/上帝之手0的名义外,它无法提供细节性的、可操作和可理解的路径。借用拉卡托斯的话来讲,科学是一个进步的研究纲领,而相比之下,智能设计论则是一个退化的研究纲领,其中优劣,不言自明。

3不可还原的复杂性与/上帝之手0

1996年,Behe提出了/不可减少的复杂性0的概念,为人们建构智能设计论立下了一个里程碑。他首先列举了几个生物化学中诸如眼睛视觉的复杂性例子:它们一般由若干部分组成,而且各部分服务于一个功能,只有各部分同时作用才可发挥该系统的功能,缺一不可)))就如同老鼠夹子一样:它由底板等几个相对简单的部分组成,但如果缺少了其中之一,就无法达到捕鼠的目的)))这就叫/不可还原之复杂性0(ir reducible complexity)。其次,他还论证了这些复杂系统不能依靠达尔文进化论的缓慢、

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微小、渐进方式得到,并在查阅了大量的学术文献后指出,达尔文进化论对此并没有提供多少合理的解释。最后他认定,对复杂性最合理的解释当然就是智能设计了。

从更一般的哲学的角度来看,这里提出的问题是部分与整体的关系问题,其核心是还原论思想及其方法的地位与作用问题,而当代系统科学强调的恰恰是,系统作为一个整体而不是各部分的简单混合而存在。无论如何,当代科学中整体思想作为对过去科学中流行的分析式的还原论思想与方法局限性的批判,已成为我们这个时代的主流科学思潮,整体思想的运用即系统方法也在取得许多实质性进展。当然我们应该看到,系统科学还在发展之中,它在很多方面还不够成熟,甚至可以这样说,系统论停滞不前已有几十年了。有人对贝塔朗菲的研究表明,他从40年代末直到1972年逝世,其思想几乎再未有过什么重大发展192。为了让整体论进一步/实0起来,我们曾专门撰文,探讨了系统的层次性和整体性的问题。我们指出,还原论的要害在于把多层次的关系约化为可直接描述的单一层次的关系,即取消了层次性,给理解整体带来了困难。例如对于他们,如果考虑石墨和金刚石的区别,即由同一种/微观0层次的碳原子形成了两个完全不同的/宏观0层次的东西,这无论如何是不可思议的。另一方面,过去的有机论者虽然一直在强调/整体0的意义,但仅仅是将其作为现成的东西接受而已,甚至还被涂上了一层神秘的色彩)))像本文正在讨论的智能设计问题那样,整体的形成依然是难解之谜。总之,如何理解整体,过去还原论与有机论者都存在偏差。为此,我们从因果关系的分析入手,提出了/生成论0:作为一种可理解的整体层次论,它不仅调和了整体论与还原论的关系)))静态的部分与整体的对立在动态的生成中得到了统一,而且填平了还原论与有机论之间的鸿沟。例如,在生成论的视野里,生物学现象可以由物理学和化学做出说明,并不仅仅意味着还原论观点有支配生物学的证据,相反它强调的是生物体中层次等级序列的生成,即承认从细胞到器官到机体的每一层次都有/新的整体性0不断逐级产生、突现。这样,生成论既解释了层次的生成,又为层次间的区别进行了合理的辩护,有重要的理论意义1102。

在对系统整体性和层次性做过一般性的阐释之后,有关生命的/不可还原的复杂性0的理解自然也包含其中了,即它是科学可以理解的一件事情!不过下面我们还想说明,新的整体性或层次性的不可还原性,事实上受制于复杂系统运动的不可逆性。

普利高津曾经提出过一个崭新的概念/熵垒0,对系统演化的宏观不可逆性的微观机制作出了说明。他指出,系统的不可逆性是其内在不稳定性和涨落的随机性共同作用的结果,比如,像我们在前面看到的,在系统的分叉临界点处,系统具有初值敏感特性,所以,有关初始条件任意微小的差异都会被放大,并导致系统进入不同的演化分支。在这样的情况下,如果要求系统是可逆的,就意味着我们必须能够从宏观结果还原到最初具有无穷细节的原因处,这实际上是不可能的)))如同打台球一样,在那些球没有发生碰撞之前,每一个球的运动都是可逆的,可一旦发生了撞击,想还原所有球原来的状态事实上就是不可能的了1112。要想理解这一点,还可以看一个浅显的例子:我们乘飞机时,一般都要知道出发地和目的地飞机场的名字及全部航班的时间等信息,这时航班在宏观上是可逆的。但是,如果去掉所有目的地的标志和航班信息,即使保持每个航程来回飞机的数目相同,即保持微观可逆性,但我们已几乎不可能再找到回去的路了,即在宏观上已是不可逆的了1122。所以,对于每个初始条件,都有一个/信息0与之对应。如果要想把时间方向倒转过来时,我们就必须拥有无限的信息,当然这是不可能的!普利高津把这种不可能性称为熵垒,而且指出,正是无限大的熵垒保证了时间方向的惟一性,保证了不可能把时间从一个方向切换到相反方向1132352-353。

从上面的解释中不难看出,如果说演化是从无序通过对称破缺不断走向有序的过程,那么,不可逆性恰恰是这一方向的保证,或者说:/在所有层次上不可逆性都是有序的源泉01132349。例如,有人对生命现象中的有序性即生物大分子的特定的组织化进行了细致分析,指出生物大分子有三个特点,代谢功能、自复制能力和突变性,三者缺一不可。就基本的常规代谢功能而言,代谢包括彼此相互联系又相对独立的两个过程,它是合成与分解的统一体。但代谢作用/不能只是可逆的一个过程,可逆过程只能使合成与分解趋于平衡,不会有生长和发展。只有两者分开进行,一方面不断地合成新的大分子,另一方面不断地分解旧的,这样才能持续地保持整体的生命活力01142。于是,更一般地,考虑到上面提及的随机性与不可逆性的关系,普利高津同时提出了/涨落导致有序0的论断1152。

明确随机涨落在确定这一不可逆方向中的作用,对于我们理解不可逆性的本质,是非常有意义的。事实上。不可逆像有人非常恰当比喻的那样,是/被冻结的偶然事件0,它首先成就了我们这个在宇宙的某一特定时空区间内呈现的世界的独特

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性)))这个世界虽然不是上帝选择的/最优0的世界,但它却是一系列可能世界中最幸运的一个,因为只有它变成了现实,而其他的可能性都化成了历史中的烟尘。其次,由于被冻结的偶然事件的不断增加,世界上被凝固下来的事物的存在形式也随之愈加丰富了,由此世界本身的复杂程度将随着时间的推移而不断增加1162,世界的未来是开放的,决不是设计好了的!

另外,关于系统的整体性与层次性的更加深入的讨论,还将涉及到许多具体过程的细节和机理问题等,涉及到渐变与突变的关系等,这些问题我们这里都没有涉猎,但本文至少从可理解的不可逆性的角度表明,不可降解的复杂性)))即整体或层次性,不能还原为低一级的部分的性质,并不仅仅属于眼睛或老鼠夹子,而具有普遍意义。特别是这种自然发生的不可逆性对于系统层次性、整体性的保证,对复杂系统进化方向的保证,并不需要像进化论这样的科学对其中的每一个细节都予以证实以后,人们才接受它,因为它本质上属于一种更普遍和广阔的哲学的视野,当然它的成立,也剔除了某种智慧插足其中的必要性。

本文只是从复杂系统理论的角度,探讨了和智能设计论相关的几个主要的问题,而且偏重于相对抽象的哲学探讨。这种探讨只是一种初步的尝试,希望有助于澄清智能设计论与包括偶然性、突变、整体性、层次性、还原性等问题的关系,有助于厘清智能设计论与当代主流科学之间的是非曲直。

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On the Intelligence Design from Complexity System Theory

DON G Chun-yu

(S chool of Philos op hy and Sociology,Beijing Normal University,Beijing100875,C hina)

Abstract:Based on clarifying the origin an d characteris tics of Intelligence Design,this thesis main ly discu sses about the Prob ability and Irr educ-i ble Complexity related w ith Intelligence Design fr om the C om plex ity S ystem Th eory.It indicates that Intelligence Design is not the on ly optional rational th eory to face the detail difficulties of the evolutionism and s cien ces curren tly.

Key words:in telligence d esign;prob ability;irreducible com plex ity

(本文责任编辑费多益)

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