论简单性原则的技术本质

练新颜

(广西大学政治学院,广西南宁 530004)

论简单性原则的技术本质

练新颜

(广西大学政治学院,广西南宁 530004)

科学理论中的简单性原则往往被看成一种审美原则的体现,把简单性原则看作是毫无功利性的人类偏好,在科学理论中只是辅助性的作用。然而这种美学理解的背后遮蔽了科学内在的技术本质。更简单的科学理论更容易掌握,更易于操作也更有效率。简单性原则是作为一种控制的意志和行为的科学技术性的本质要求和具体体现。

科学理论;简单性原则;技术性;审美原则

科学中的简单性原则就是遵循最简单的说明方式来解释自然。引用爱因斯坦的话说就是“理论物理学的目的,是要以数量上尽可能少的、逻辑上不相关的假说为基础,来建立起概念体系”,要求一种理论的“前提的简单性越大,它所涉及的事物的种类越多,它的应用范围越广”[1]。

简单性原则可以说是科学理论的一个重要原则,对简单性的追求从古至今:从毕达哥拉斯的万物皆数到中世纪奥卡姆的剃刀;从牛顿的节约原理,莫佩尔蒂的最小作用原理,马赫的思维经济原理一直到爱因斯坦的逻辑简单性原则。传统观点认为科学是自然界客观事实的反映,而简单性原则仅仅是科学理论中的一个审美要求。简单性原则作为审美原则主要有以下三方面的含义:(1)简单性原则是没有任何功利性的,人们追求自然的简单性是追求宇宙的和谐和审美愉悦。例如古希腊的毕达哥拉斯认为,地球和整个宇宙的结构都是球形的,因为球形是一切几何形体中最完美的形状,宇宙中的各种天体均作匀速圆运动,因为圆是表面上最完美、最简单的几何图形。(2)传统的科学哲学认为,科学是一项追求“真”的理性事业,科学是自然界真实图景的描述。而简单性原则作为一种审美原则是科学理性事业中的非理性即感性因素。如彭加勒认为简单性是一种科学的微妙的审美感;而科学哲学家波普尔把简单性看成是一种主观上的美学偏好,他说:“有时,我们说一个东西的两个说明和同一数学证明的两种解释,其中一个比另一个更简单更优美。在知识论看来,这种区别很小,它也不属于逻辑范畴,而只是表达一种美学的或实用的性质的偏爱。”[2](3)简单行原则是科学理论的辅助标准,不起决定性的作用。正由于科学是追求“真”的事业,而简单性原则只是作为“美”的原则时必须服务于“真”的——只有在保证“真”的前提下,能用更简单的形式表现出“美”来当然更好。例如我国学者李醒民认为:“(简单性)是科学共同体共有的理智标准或价值标准之一,可以视其为一种美学标准,因而是评价科学理论的辅助标准。”[3]

笔者认为这种对简单性原则的美学理解掩盖了简单性原则的技术本质。技术本质更是科学理论技术性的最鲜明体现。

一、简单性原则是认知经济性的要求

马赫在《感觉的分析》一书中则从生物学的角度分析了简单性原则在人类思维发展中的重要性。他说,如果把整个心理生活,也包括科学活动在内,都看成是生物现象,那么这种生物现象就应该遵从达尔文的生存斗争、物种进化与自然淘汰的理论,就只能以最小的思维消耗、尽可能简单的方法和尽可能短的时间,去获得尽可能多的知识并构成尽可能完善的科学陈述[4]。

由于人自身的有限性,面对纷乱复杂的自然界,人们总想找一种可以简单的方法统摄和把握自然,这就是认知经济性。认知经济性有两方面的要求:一是对现象世界的不断简化,二是逻辑的经济性。

(一)世界图景的不断简化

人类与动物的差异之一在于人类总试图用理论解释、把握世界,并不断将其简化。

人类对自然进行解释的最早尝试是神话的解释方式。在神话的解释中,自然被认为万物是有灵的,掌握不同物种之间的神灵不断的斗争产生了世间万象。这种用神来解释自然的方式到了泰勒斯之后即产生了古希腊自然哲学,之后有了质的飞跃。

在古希腊的自然哲学中,先贤们试图把复杂的自然还原为一种或几种简单的物质,试图通过一种或几种简单的物质就能统括物质世界纷繁复杂的物质形式和变化形式,并把它设想为是按照规律行驶的。只要一种或几种物质原型通过一条或几条规律的运作就能解释世界所有的物质现象的世界在古希腊人看来是简单、完美、和谐的世界。简单性原则要求科学理论象柏拉图所说的那样——“拯救现象”,把纷繁复杂的自然现象解释为和谐、统一、简单、明确和有秩序的自然规律。简单性在古希腊表现为对条理性、规律性的追求。

为什么古希腊的自然哲学比神话掌握自然的方式更简单?库恩在谈到概念图式的功能时说道,两球宇宙最显著的特点可能就是为天文学家的记忆提供帮助——因为每个天文观察都是一长串关于天象的纯粹事实中孤立的一项,要同时记住这些所有的事实是困难的,这也被成为“概念的经济性”。由此,模型、理论统摄了零散的事实,自然的现象也被科学结集、编排成简单易学的科学规律。

这种试图掌握以客观规律把握自然,简化自然的尝试在当时确实是“有闲阶级”的一种智力游戏,对当时的技术、生活的改进没有实用的意义。所以在今天我们看来,这种试图以自然哲学解释自然的尝试把自然解释为和谐、简单的关系是古希腊人毫无功利性的审美需要。但海德格尔却敏锐地察觉到其中所蕴含的技术性。海德格尔把现代技术的滥觞追溯到古希腊的自然哲学,特别是柏拉图。海德格尔认为正是随着柏拉图形而上学的理论的提出,人也因此被赋予用理念来认识可见事物即存在者并对此进行思考的能力,这样才会有把知识当作控制和设计人所面对的世界的工具的可能。由此,从古希腊的自然哲学开始,对简单性的追求就含有一种控制的意志和趋势,这种意志和趋势并将使科学和技术实践结合在一起形成了现代技术,迫使事物以非自然状态的技术形式显现出来。马尔库塞也认为,“哪怕预先没有实际目的,在纯科学中仍然存在着科学应用固有的一般方向;这一点当理论理性转化为社会实践时可以得到确定。”[5](P134)

从古希腊毕达哥拉斯开始人们便意识到以数学的方式来解释自然现象是最简单最容易掌握的方法。从纯几何学到近代物理学再到现代技术,近代科学的诞生有其内在的逻辑性。科学的每一步前进都为近代科学技术革命的诞生奠定基础,提供条件。科学即是一种历史和社会对自然的设计。随着古希腊的有机生命自然观向近代机械论自然观的转变,科学也转变为一种强大的控制自然的能力。

(二)逻辑经济性的要求

逻辑经济性最著名的论述是“奥卡姆的剃刀”原理:可以用较少手段做成的事情用许多手段来做是徒劳的,对于过多的不必要假设以及一切多余的话,“要象剃胡子一样统统‘剃’掉”。布里丹也提出了自己的简单性原理:用较少的假设要比用较多的假设来拯救现象更好;用较易途径要比用较难的途径来拯救现象更好。与奥卡姆一样,多数中世纪学者认为,自然界的运动总是选择最简捷的途径,因为这体现着上帝的智慧。和奥卡姆的思想类似,爱因斯坦、马赫、彭加勒等科学家或哲学家也提出了符合思维经济的简单性原则,这实际上已成为科学理论表述的依据以及关于理论逻辑结构的标准。逻辑简单性原则要求(1)以最少的假设、原理、定律来建立科学理论;(2)对叙述同一现象的两个理论来说,比较简单的更可取。

由于科学理论的内在简单性要求,在不同的科学理论竞争中,简洁性是一个新的科学理论的重要筹码。简单性原则几乎已成为科学理论的重要批判标准之一。哥白尼在提出日心说时认为它的最大优点就是更简单:首先日心说没有托勒密地心说那么多的均轮和本轮;其次,把太阳当作中心来解释宇宙更简单。库恩在《哥白尼革命》中认为,新的天文学能取代旧天文学最重要的一点就是它的简洁性。尽管哥白尼自己提出的日心说比起托勒密的不够简洁,但是,“哥白尼的一部分继承者坚信,日心天文学掌握了解决行星问题的钥匙,而且这些人最终给出了哥白尼所追求的那种简洁性。……能够辨认几何上的和谐性,就能感觉出哥白尼日心天文学中新的简洁性和一致性。”[6]

二、简单性原则是实现对自然操作控制的要求

既然数学化的方法是认识自然最简单的方法,那么简单性原则就要求科学理论把自然简化为统一的、规律的数学化自然。在数学化的自然里,一切实体都是有空间和广延的,而空间和广延不管多复杂都可以用代数公式来表示,反过来,数量也可以完全在空间中表达。这样就可以实现自古希腊以来对简单性的追求的“伟大构想”:用简单的一种物质加上简单的转换关系就可以统摄整个自然界甚至包括人类自身。随着伽利略奠定了近代科学的基础,科学便沿着将自然数学化的道路步入正轨。但是尽管科学理论表达了自然的构成和关系,我们只能说是“认识”了自然,要把科学理论作为控制、利用自然的依据,即要达到操作、应用层面如何可能的呢?

在中世纪,简单性原则仅仅作为逻辑和思维上的原则而已。虽然奥卡姆极力主张科学理论表述的简单性,极力主张科学概念在逻辑上是简单性,但他仅仅把简单性限制在逻辑思维的方法范围内,他并不真正认为自然界真的很“简单”。因为把简单性想法置于自然界就会“坚持自然界总是遵循最简单途径这一点,就是限制上帝的能力。……上帝可能选择用最复杂的道路来达到这些结果。”[7]

但这个思想很快就被伽利略、牛顿这两位近代科学先驱突破了:简单性原则从思维原则转变到实在性原则。

伽利略极力证明数学的自然就是自然本身。他认为关于数学证明所提供的真知,这是和神的智慧所认识到的真理是一样的。他拿金币作为比喻说,用数学做出的计算和比例,就一定会得到附合具体的金币。伽利略在《两大体系的对话》中说:“……因此,一些人已经想象出某些运动描绘出来的螺旋线和蚌线,虽然在自然中我们绝不会碰到这两种曲线,可是他们却确立起这些曲线由于它们的定义而具有的性质,这很值得称赞;但我们已经决定要考虑在自然实际中出现的具有加速度的自由落体现象,并且使加速度的定义显示出观察到的加速度的本质特点。在经过反复努力之后,我们的最终相信我们已经成功这样做了。……最后,在对自然的物体分析中,在遵循自然本身的习惯时,在它的一切过程中,我们好像都被暗示只有采取那些最普通、最简单和最容易的手段。”[8]在这里,伽利略已把简单性看作是自然本身的属性。既然自然本身就是简单的,即是有规律性的,可以用数学原理来表达的,那么,反过来把这些用数学表达的自然的规律运用于自然就是顺理成章的。这就为以后的科学理论转变为应用科学提供了思想上的可能。

牛顿在《自然哲学的数学原理》中提到的四条“推理规则”的第一条便是“简单性原则”:“如果自然事物的一些原因既是真的又足以说明它们的出现,那么我们就不允许有更多的原因。哲学家们说得更中肯:自然绝不徒劳无益,当少而得当时,它绝不多此一举;因为自然喜欢简单性,而不喜欢多余原因的虚饰。”[9]牛顿不仅已把简单性原则上升到了科学方法论的第一原则,随着简单性原则在科学理论中的地位不断提升,科学也越来越觉有技术性。

当然,牛顿把简单性原则从“逻辑原则”转变到“自然原则”是存在着很多争议的——其中最为著名的是爱因斯坦和马赫之争[10]。除去爱因斯坦和马赫背后的简单性原则的客观性问题不谈,他们在对简单性的强调的方面却是一致的:他们都强调了简单性原则的实用性和操作性。特别是马赫尽管他认为简单性原则只是一个主观性原则,但他却主张用简单性原则认识世界更有效。另一位著名的科学哲学家波普尔认为不但科学理论本身要求简单,其检验方法也要简单。波普尔将简单性问题跟他著名的证伪理论相接,他认为圆比椭圆更简单,因为“是圆”能被其不在一个圆上的四个方位(组成四组陈述类,维数为4)的测定所证伪,而“是椭圆”的证伪则需要至少六个方位(维数为6)的测定[11]。在波普尔看来,能用更简单的方法检验科学理论是在操作层面上更可行的。

当然,要在实践层面操作还需要更进一步的简化。伽利略继牛顿之后把自然简化成“量”的关系。而“量”是什么?量是可以人为地随意延长或减短,增加或减少的,量在本质上表现了一种可操作性。如果一个事物是能够按照我们设定的一个单位的某个确定的、已知的数值关系来表示,我们只要知道了初始的几个简单因素就可以预测到它今后几千年甚至上万年的发展趋势,那么我们就理所当然地认为对它已了解掌握,甚至可以操纵、控制。

正是由于伽利略把自然的量化现代科学才有可能向实验科学转变。现代科学的发展过程是一个经验-理论的双向循环流动的过程。在这个过程中,经验、理论不断相互充实,相互发展。在经验和理论不断协调的漫长过程中,使现代人转变为的实在论者,即相信数学真实表达了自然,自然就是用数学书写成的书,或者说“上帝本质上是一位数学家”。就算不是实在论者,现代人至少也是工具主义者和实用主义者,认为我们的理论和公式就算没有客观地描述了自然,但却能够对我们的生活世界起作用,我们可以依靠科学技术控制、操纵我们的生活和生活世界。况且科学在任何情况下都包含着对可以观察到的事实——不管是自然界中发生的还是在实验室里发现的有条件的预测。

对自然的简化为现代技术控制自然提供了广阔的平台和前提。正如马尔库塞所说,“这些现代科学的中心观念,不仅仅作为纯科学的副产品,而是作为同其内在概念结构有关的东西出现的。从具体中进行科学抽象和即产生精确性、又产生普遍有效性的质的定量化,牵涉到生活世界的特定具体经验—‘看’世界的特定方式。尽管具有纯粹的、置身事外的特点,这种‘看’毕竟是在有目的的实际情景中看。”因此,“伽利略的科学是有步骤、有系统地预期和谋划的科学;它同时是某种按照能够完全等同的单位之间可予计算和预言的关系来体验、领会和塑造世界的特定预期和谋划的科学。”[5](P149)理论上的操作主义和实践上的操作主义最终在现代工业社会协调一致。

三、简单性原则是提高知识效率的要求

科学理论的简单性原则蕴含了现代技术最主要因素:效率。我们总是希望付出少量的劳动,却能够顺利达到最后的目的。雷舍尔在《复杂性——一种哲学概观》一书中,认为科学的目标分为理论目标和实践目标。理论目标是要描述自然界是什么和怎么样并回答为什么的问题;实践目标要求科学成果校准我们对自然的预期并对自然界进行有效干预,按照渴望的方向改变事件进程。要达到这样的目标,我们必须要有效率。雷舍尔非常恰当的表达了现代简单性原则的效率内涵:“我们并不是为简单性——因为事物的美学而追求简单性,而是因为作为解决问题的战略,这是符合成本-效益原则的。”[3]

对于“大科学”时代来说,简单性原则更突出了效率原则,即要符合“成本-效益”原则。

美国的莫拉夫西克曾经指出,一个理论所确定的“简单”现象应具备七个主要特征。他在《科学中的简单问题和复杂问题》一文中论述,“简单现象必须是在自然界可实现的现象,至少在原则上,表示简单问题特征的变量的范围,在自然界是存在的,或者是有一个非常好的近似。简单问题必须是能够用简单方法回答的问题,这就是说简单问题的实际计算必须能够用一个容易而实际可行的方法来完成。简单现象的实验认识必须是容易实现的。容易的问题必须是在科学实践中常常发生的那些问题,应该是那些对科学以外的东西是有意义的问题。简单问题的界限应该是实现限定的。”[12]

在莫拉夫西克的理解中,简单性原则已明确提出了成本的要求。那些复杂的不可简单化的问题,或者说对我们目前的现实没有意义的问题,没有实用价值的问题已被排除在科学体系之外了——不仅因为它们不可行,更重要的是它们没有效率,浪费时间,不符合成本原则。

雷舍尔从“对数回报法则”说明了知识的成本原则。通向知识的道路一定从信息开始。在知识进步中每向前迈一步,就伴随着信息激增的巨大增幅。例如我们为了使知识增加2倍,我们就必须增加信息4倍。但是知识发展到了一个确定阶段,尽管信息数量有指数增长,而知识仅以一个梯级单位增长。也就是知识发展到越高级阶段其所需要的成本就越高。根据“对数回报法则”,在科学进步持续行进的过程中,科学家们应优先追求能操作的简化的领域。

科学的效益用马赫的话讲就是:“科学家向自己提出的任务是,用尽可能少的功,在尽可能短的时间内,并且用尽可能少的思维,获得尽可能多的真理。”[13]科学理论的简单原则要求我们努力寻找实现某一确定思维目标的最短思维路线,用最快的速度,最高的质量去完成这一目标。对于能够用更经济的方法实现的思维过程,若用过多的劳动去完成,这就等于浪费。这种意义上的理论的简单性要求在科学理论的思维过程中尽量避免少走弯路,少作无用功,达到事半功倍的效果。正如彭加勒所说的:“科学的作用在于产生思维经济,正像机器生产劳动经济一样。这是十分正确的。”[14]

四、结论

简单性原则是科学理论的技术性要求,因此我们完全可以从技术性层面来理解简单性。我们可以把简单的知识理解成能掌握的,能通过实验或逻辑的操作来验证的科学知识。正如若格指出的:“简单性意味着理论能够解释一系列现象,因而可以把它比作已经解释清楚了的东西。相应地,复杂就意味着在简化世界图景方面存在一定的障碍。”[15]正是由于简单性原则要求,科学把复杂多样的自然塞进人类能掌控、操作的技术世界,自然才被简化为均一的、单质的量化世界。

[1][德]爱因斯坦.爱因斯坦文集(第1卷)[M].许良英,范岱年,译.北京:商务印书馆,1976:170.

[2][英]卡尔·波普尔.科学发现的逻辑[M].查汝强,邱仁宗,万木春,译.北京:科学出版社,1986:93

[3]李醒民.论科学理论的简单性[J].北京行政学院学报,2008(4): 95-100.

[4][奥]恩斯特·马赫.感觉的分析[M].洪谦,唐钺,梁志学,译.北京:商务印书馆,1986:25.

[5][法]赫伯特·马尔库塞.单向度的人[M].刘继,译.上海:上海译文出版社,2006:134.

[6][美]托马斯·库恩.哥白尼革命[M].吴国盛,张东林,李立,译.北京:北京大学出版社,2003:167.

[7]叶秀山,傅乐安.西方著名哲学家评传[M].济南:山东人民出版社,1984:503.

[8][美]E·A·伯特.近代物理科学的形而上学基础[M].徐向东,译.北京:北京大学出版社,2003:60.

[9][英]牛顿.哲学的数学原理(第二卷)[M].赵振江,译.北京:商务印书馆,2006:160.

[10]朱亚宗.爱因斯坦简单性思想述评[J].哲学研究,1985(7):33 -40.

[11]黄勇.简单性研究[J].自然辩证法研究,1989(6):15-23.

[12][美]M·J·莫拉夫西克.科学中的简单问题和复杂问题[J].科学哲学,1982(6):160-165.

[13][美]J·T·布莱克默.马赫的科学哲学[J].自然科学哲学问题丛刊,1985(4):26.

[14][法]昂利·彭加勒.科学与方法[M].李醒民,译.沈阳:辽宁教育出版社,2001:95.

[15][俄]若格.自然科学知识:从简单到对称[J].罗长海,译.世界科学,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

湖南省社科基金项目“哲学视域中的技术设计”(13YBB005)

练新颜(1976-),女,广西容县人,哲学博士,广西大学政治学院讲师,主要从事技术哲学研究。