物理因果闭合性与解释还原主义

陶 焘

（中共湖南省委党校，湖南行政学院 现代科技教研部，湖南 长沙 410006）

20世纪中叶以来，物理主义已成为当今最被广泛接受的本体论学说。物理主义之所以盛行，当然有其鲜明的时代特征与深刻的思想渊源，大卫·帕皮纽（David Papineau）明确提出，物理主义之所以兴起，是因为物理因果闭合性原则（The Physical Causal Closure Principle）被普遍接受［1］（P5－7）。

物理因果闭合性原则一般被表述为：“如果一个物理事件的发生（例如苹果落地）是有原因的，那么它一定具有充足的物理原因。”也有学者给出了其它形式的表述，例如，帕皮纽就将物理因果闭合性表述为：“所有物理结果，或所有物理结果的概率都由其之前的物理状态与物理学定律确定。”［2］因此，帕皮纽又将物理因果闭合性称作物理学的完备性（The Completeness of Physics）。可见，帕皮纽的定义方式突出了物理因果闭合性与物理学定律之间的关系。

那么，我们为什么要接受“物理因果闭合性”或者“物理学的完备性”呢？鲜有学者认真回答这一问题，帕皮纽算是个例外，他认为20世纪中叶以来的经验科学足以表明物理因果闭合性的正确性。通过分析，笔者发现帕皮纽实际上是通过解释还原主义来为物理因果闭合性辩护。然而解释还原主义真的支持物理因果闭合性吗？

笔者将首先阐述帕皮纽关于物理因果闭合性的经验论证，然后介绍解释还原主义，并说明其在当代科学哲学中所遭遇到的困难，最后得出结论：解释还原主义并不成功，所以物理因果闭合性原则并不能从其获得经验辩护。

一、帕皮纽物理因果闭合性的经验论证

帕皮纽认为他的经验论证表明了“关于物理学的完备性（或‘物理因果闭合性’）的一致认同并非流行一时的观念，而是对经验理论的发展的反映。”［1］（P32）其论证可以分为两部分，第一部分是关于非生命与非心理领域，第二部分则是关于生命领域与心理领域。

在第一部分论证中，帕皮纽指出，“……所有表面上特殊的力都可以被还原为一小组基本的保存能量的物理力。宏观加速运动的原因实际上都是由一小部分作用于整个自然的基本物理力构成的。”［1］（P27）然而，至于究竟是哪些特殊力与基本的物理力，帕皮纽并未作清楚的说明。

关于生命和心理领域，帕皮纽则断言20世纪以来经验科学的发展使得我们很难再相信存在着生命力（Vital Forces）和心理力（Mental Forces），帕皮纽说道：“在20世纪的前半个世纪期间，酶的催化作用和它的蛋白质构成被发现了，基础的生物化学循环被揭示出来了，蛋白质的结构也已被分析，并最终发现了DNA。在同一时期，神经生理学研究描绘出了身体的神经网络并分析出了与神经活动相关的电机制。这些科学上的共同发展使得我们很难继续认为生物体内有着特殊力在运作。如果这些力存在的话，那么它们应该会呈现出它们存在的一些证据。然而除了揭示出熟悉的物理力的证据之外，细致的生理学研究没能揭示出任何关于其它力的证据。”［1］（P27）此外，“在过去的150年里，关于生物系统的工作机制（包括大脑）我们已经获取了相当多的知识，没有任何迹象表明我们需要物理力之外的东西来对它们的运作进行解释。尤其是20世纪，关于发生在细胞内部的过程的知识取得了爆炸性的增长，然而其中也没有证据表明有任何非物理的东西存在。其结果就是当今绝大多数科学家否认生命力和心理力的存在，并接受物理领域的因果闭合性。”［3］（P57）

在关于物理因果闭合性的论证中，帕皮纽使用的是“力”这一概念，例如“物理力”、“特殊力”以及“生命力”和“心理力”，并认为所有领域的现象都可以通过一组基本的物理力来解释，从而任何表面上有着非物理原因的物理事件实际上都是基本物理力的结果，因此物理领域的因果作用是闭合的。然而，“因果作用”和“力”完全是两个概念，因果作用也许并不需要力的参与。所以，帕皮纽的论证显然预设了“因果作用需要力”这一前提条件。

姑且不论因果作用是否真的需要力，其实帕皮纽的论证要成为有效论证，更为关键的是，一组基本物理力是否真的能够解释帕皮纽所说的那么多现象。所以实际上，帕皮纽的论证是以“解释还原主义”为真作为基础的，并且还默认了逻辑经验主义关于因果关系的理解——将“原因”理解为“律则充足条件”（Nomologically Sufficient Conditions）。简单地说，解释还原主义指的是，在科学研究中，关于一个领域的研究结果——概念、定律、理论——能够被另一个更为基础的领域的研究结果解释。然而，解释还原主义是真的吗？

解释还原主义是逻辑经验主义的核心思想，在20世纪上半叶也是科学哲学界的主流观点。根据解释还原主义，在物理学内部，热力学应该能够被还原为分子动力学；化学应该能够被还原为物理学；孟德尔遗传学应该能够被还原为分子遗传学，等等［4］（P696）。逻辑经验主义者之所以提倡解释还原主义，原因在于其希望科学能够像数学一样，有着意义清晰的概念与命题，以及不同概念、命题之间明确的逻辑关系。在逻辑经验主义者看来，基础领域的理论与非基础领域的理论（通常是被重构之后的科学理论）之间的关系应该像数学中的公理、基础定理、非基础性定理等之间的关系一样。

深受逻辑经验主义影响的保罗·奥本海姆（Paul Oppenheim）与希拉里·普特南（Hilary Putnam）在合著的经典论文“科学统一作为一个工作假说”中根据当时已有的科学将世界分为六个层次，由低到高分别是：基本粒子、原子、分子、细胞、多细胞生物、社会群体，并认为除了基本粒子这一层次之外，其它层次的实体都可以被完全地分解为低一层次的实体，并认为随着科学的发展，关于每一层次都将会有相应的理论（由一组定律构成），而且高层次的理论能够解释的现象都将能被低层次的理论所解释，在这一意义上高层次的理论就被还原为了低层次的理论，再通过还原的传递，最终所有的理论都被还原为关于基本粒子的理论，从而科学获得统一［5］。

然而，还原主义的科学统一实现了吗？如果还没有，那么物理因果闭合性原则将无法从解释还原主义获得支持，从而物理因果闭合性将失去一大经验基础。

二、解释还原主义的消亡

解释还原主义在上个世纪上半叶盛行一时，在中叶达致巅峰。此时，特殊科学是否可接受要看其是否能够被还原为物理学。然而，由于奎因（Willard Van Orman Quine）对逻辑经验主义的“两个教条”的批判，以及“观察渗透理论”主张的提出，再加上科学哲学开始关注科学史与科学实践，解释还原主义作为逻辑经验主义的主要观点开始遭受不断的质疑。

及至当代，解释还原主义在科学哲学界已少有人接受，还原不再被作为科学的一种规范，大多数人开始接受关于科学的自然主义——即不从科学之外对科学进行任何规范。在还原主义盛行之时，特殊科学是否可接受要看其是否能够被还原为物理学，而现在，特殊科学的自主性更多地被接受，特殊科学是否可接受并不依赖于其能否被还原为物理学。早年关于特殊科学肯定能够被还原为物理学的乐观态度已经不在。之所以如此，除了上述学理上的原因之外，另外一个主要原因则是在科学实践中真正成功的还原可谓少之又少，不但特殊科学中少有被还原为物理学的实例，而且物理学内部的成功还原也是几乎没有。

力学是逻辑经验主义进行逻辑重构与还原的重心，在这一领域逻辑经验主义也取得了一定的成功。然而，逻辑经验主义却错误地将力学视作所有科学的典范，正如斯蒂芬·图尔敏（Stephen Toulmin）所言：“在力学中，也仅仅在力学中，物理科学的内容可以被阐述为单一的数学演算……，将理论力学视作其它科学分支的典范，要求其它科学能以同样的方式被阐释，并获得同样的逻辑融贯性的诱惑似乎是难以抗拒的。然而，正是力学形式上的完美性排除了其作为自然科学典范的合理性，并阻止我们将其‘逻辑结构’普遍地运用于自然科学。我们需要意识到的是，力学是如此独特的一门科学。”［6］（P610）帕特里克·萨普（Patrick Suppes）作为一名亲身从事了大量科学理论公理化工作的哲学家也表达了类似的观点，认为科学重构在科学中的某些领域（力学领域）是可能的，但是其绝不是所有科学的规范［7］（P49）。图尔敏和萨普虽然不认同其它的科学理论能够被重构和还原，但认为力学还是可以的，而另外一些学者，如南希·内尔塞西安（Nancy Nersessian）和玛丽亚·特朗普勒（Maria Trumpler）则认为重构后的理论已不再是原来的科学理论了，因为重构后的理论无法完全地表达出原有理论的内涵。如果还原的并不是理论本身，那么我们也就不能相信理论还原真的实现了［7］（P49－50）。甚至那些之前被认为是理论还原的经典范例的例子也被认为实际上并不成功，正如迈克尔·西尔伯斯坦（Michael Silberstein）在《布莱克威尔科学哲学指南》（Blackwell Companion to Philosophy of Science）中所言：“聚焦于实际的科学实践，我们将发现，要么真的没有多少成功的认识论（理论间的）还原的事例，要么是大多数关于还原的哲学说明与科学中还原的实际运作方式之间没什么相关性。大多数从事科学工作的科学家应该会认同后一种主张。”［8］

西尔伯斯坦说得没错，即使是科学哲学中可能被引用得最多的一个所谓成功的还原事例——热力学（波义耳－查尔斯理想气体定律）被还原为统计力学——也是成问题的。内格尔在《科学的结构》一书中非常细致地处理了从波义耳—查尔斯定律到统计力学的还原，虽然内格尔的处理手法堪称经典，但我们不应该忽略内格尔在还原过程中所说的一句话，即“该还原要成功，另一个假定必须被引入，即每一个气体分子占据容器中的某一位置或任何一个位置的概率是一样的，并且每一个分子占据某一位置的概率独立于其它分子对该位置的占据。”［9］（P344）如果需要引入一个看上去这么不合理的假设，那么很难明白内格尔为什么还会认为该还原是一个成功的还原。艾伦·加芬克尔（Alan Garfinkel）就严厉地指出内格尔的这一辅助假设是错误的，因为其与另外两个原理——能量守恒定律与速率分布理论——不相容。加芬克尔说道：“这些独立假设的失败告诉我们，我们并无真正的从独立个体的简单集合得出整体性性质的情况。根据牛顿力学，气体确实是由本质上是微小刚性微粒的气体分子构成。但是，波义耳—查尔斯定律所赋予气体的性质并不能简单地从单个气体分子的这种本质产生。我们必须强加给气体分子系统一种集体性的可能性，而这种可能性不可能从单个的气体分子所具有的本质产生。”［10］（P456－457）如果从波义耳—查尔斯定律到分子动力学的还原都是成问题的，那么更何况其它的从宏观物理领域到微观物理领域的还原。

此外，生物学中所谓的还原也是成问题的。在发现DNA的双螺旋分子结构之后，生命科学趋向于将分子生物学视为最重要的研究层次，并开始忽视进化的历史进程以及生物与环境之间的生态关系。分子生物学似乎为我们提供了研究遗传和发育的底层物理机制的机会。经典的生物学，至少是经典遗传学被广泛认为能够被还原为分子生物学。

然而，将分子生物学与经典遗传学、进化生物学之间的关系视为还原关系是错误的。首先，虽然基因在生物的发展过程中是决定生物表型性状（Phenotypic Traits）的因素之一，但是基因绝不完全决定这些表型性状。每一个性状都是基因遗传与生物发展过程中环境对生物的作用的共同产物，也就是说表型性状是可塑造的。其次，进化论与发展生物学都需要我们历史性地看待生物体，并将生物体视为向环境开放的系统。进化论与发展生物学的核心概念之一“适应性”本质上是关系性的，因为一个生物体的适应性由该生物体的特性与其环境共同决定，一个性状可能在一个环境中是适应的，但是在另一个环境中却是不适应的，甚至是致命的。“适应性”是我们对某一个进化而来的性状进行历史性说明时——即说明为何某一生物会具有某一性状——必须用到的概念。分子生物学显然不能解释某一生物为什么具有这样的基因，要回答该问题，还得通过历史性的说明，而历史性的说明往往是通过整体来解释部分，即通过生物体与生物体曾经生活过的环境来解释为何生物体现在会拥有某一特定基因。

如果一个解释是通过高层次的性质来解释低层次的性质，那么该解释被称为下行解释（Downward Explanation），显然，这和还原解释是对立的，而在生物学（特别是进化生物学）中，下行解释十分常见。下行解释的情况最早出现在进化生物学中，随后在其它学科也开始出现，例如，关于生物新陈代谢的生物化学，神经科学等等［7］（P51－53）。早在1974年，唐纳德·坎贝尔（Donald Campbell）就说道：“如果某一较高层次的组织是自然选择的结果，那么该层次的定律将会部分地决定低层次的实体的运动与事件的发生。某一层次的现象无法被低层次的语词完全地描述，关于低层次的现象的描述和解释往往需要用到关于高层次的组织的定律。”［11］（P180）罗伯特·范·久利克（Robert Van Gulick）则认为：“生物的某一个物理构成部分也许能够具有多种因果能力，在不同的环境下其不同的因果能力被激活，其所在的大环境对其因果能力有着影响。因为整体至少会部分地决定其部分究竟发挥什么样的作用，所以整体并不是其部分的简单相加。”［12］（P251）

关于人的行为，我们是通过人的心理状态来解释，而非通过人的脑神经状态。例如，张三今天出门的时候带了一把伞，关于张三的这一行为，我们能够给出的解释是“张三担心今天会下雨”，而非“张三的大脑处于某一状态”。同样的，关于张三的其它行为，我们也是通过他的某一心理状态或某些心理状态来解释。就目前的脑神经科学的发展水平来说，我们还难以通过人的脑神经状态来解释人的行为。即使脑神经科学已经足够发达，其能否解释人的行为仍然是值得怀疑的，因为人的行为模式会受到社会、文化的塑造。因此，在解释人的行为时，我们目前是通过高层次的心理状态，而非低层次的物理状态，这也是所谓的“下行解释”。

综上所述，不仅解释还原在科学中成功的例子非常之少，而且科学中还出现了与之对立的解释形式——下行解释。因此，如果物理因果闭合性原则的经验证据是解释还原的成功的话，那么其经验证据实在太少了。

可能是受了解释还原在科学实践中并不怎么成功之现实的影响，约翰·杜普雷（John Dupre）和南希·卡特赖特（Nancy Cartwright）两人分别在形而上学的层面对解释还原主义进行了驳斥。杜普雷认为不同科学领域的科学家是出于不同的目的对世界进行分门别类，科学类是交叉和重叠的，科学类相互之间是不可还原的。杜普雷说：“分子遗传学家根据分子结构所描述的基因与群体遗传学模型中提到的基因，甚至经典遗传学中的基因并不是同一个东西。”［13］（P122）杜普雷进而提出了一种本体论多元主义，并称之为“混杂实在论”（Promiscuous Realism），该多元主义声称“我们可以通过多种不同的同等合法的方式将世界划分为不同的类；另外，不同于还原主义，多元主义坚持宏观的事物和微观的事物在实在性和因果有效性上是平等的。”［13］（P6－7）如果这样一种本体论为真，那么不同科学领域的理论之间将永远无法实现还原，不管科学怎么进步。卡特赖特则认为：“所有描述世界的定律构成的是拼图而不是金字塔。它们不能构成简单的、优美并抽象的公理和定理系统。”［14］（P1）在卡特赖特看来，逻辑经验主义所追求的还原主义的科学统一是不可能的，因为科学定律不能在具有普遍性的同时又为真，科学定律只不过是科学家构建出来的适用于特定领域的模型，所有定律都是其余情况均同定律（Ceteris Paribus Law），甚至微观物理定律也是如此，没有哪一条科学定律能够成为其它定律的基础，不同领域的定律是无法构成还原关系的。卡特赖特声称世界是一个斑驳的（Dappled）世界，而不是一个统一的世界［15］。

杜普雷和卡特赖特根据科学的现状而得出了各自的形而上学结论，并认为各自的形而上学能够对当前的科学现状进行哲学说明，二者的哲学结论和逻辑经验主义可谓大相径庭。尽管当前还原主义不再是主流，但笔者认为还是会有还原主义的支持者，之所如此，原因就在于当前的科学状况还无法使得我们能够在不同的、甚至是相互对立的哲学理论（如：还原主义与反还原主义）之间做出明确的选择。关于科学究竟会如何发展以及科学之间将会有什么样的关系，奥托·纽拉特（Otto Neurath）的观点则显得比较可取，纽拉特说道：“我们就像水手一样，不得不在无边的大海上用拾获的流木来替换船只上的木板，以至于渐渐地整条船完成了重建。由于水手无法将船停靠上岸，所以他们无法将船完全地拆卸并重新建造，这一艘旧船只能是经过不断地改造而慢慢地成为了一艘新船。”［16］（P130－131）“在对科学进行分析时，如果从预测和控制出发，那么我们将能避免各式各样的伪问题，关于科学界限的界定也因此而变得不那么容易。在做预测时，我们不可能仅仅依赖于某一门科学，例如关于星球或是石头、植物、动物的学科，将不同出处的陈述结合在一起总是必要的。”［17］（P132）根据纽拉特的说法，由于“科学之船”只能通过偶然拾获的流木来进行改造，所以我们无法知道科学未来的面貌，又因为纽拉特认为科学之间的关系应该在科学被运用于解决具体问题的过程中来确定，所以我们也不能先验地知道科学之间的关系。

因此，由于当前的科学不能让我们有确定的哲学选择，而我们又无法知道科学将来的面貌，所以我们根本无法通过经验科学来判断我们是否应该接受物理因果闭合性，物理因果闭合性的真假仍然是悬而未定的。

三、结语

帕皮纽在论证中所说的一组基本物理力应该就是存在于微观物理领域的力。然而，综上所述，热力学并没有被还原为分子动力学，化学没有被还原为物理学，生物学也没有被还原为化学，更不用说心理学了，因此，科学根本就没有像逻辑经验主义所说的那样实现还原主义的统一。然而，当代心灵哲学界的诸多学者却将整个的非心理领域当成了一个已经实现了还原统一的整体。正如斯蒂芬·霍斯特（Steven Horst）所言：“世纪之交的心灵哲学可以说是上个世纪50年代的科学哲学的最后一个堡垒，几乎所有讨论心灵本质的人都错误地做了如下假设：（1）只有心灵是不可还原的；（2）只有关于意识和意向性这样的心理现象才存在着解释鸿沟（Explanatory Gap）。”［7］（P4）心灵确实有其特别之处，并为我们带来了很多独特的、在其它领域不会遇到的问题，但是心灵的不可还原性绝对不是独一无二的，解释鸿沟在其它领域照样也很普遍。

因此，就目前的科学来说，解释还原主义是不成功的，从而其不能支持物理因果闭合性。物理因果闭合性远没有当今心灵哲学界的诸多学者认为的那样确定、可靠。在当前的诸多心灵哲学论证中，物理因果闭合性原则都是被当作一个教条性的原则，并以之为基础得出了大量结论，现在看来，我们有必要对这些结论进行重新审视与评判。

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