快刀浪子
发表文章数: 1200
武功等级: 天山折梅手
(第五重)
内力值: 546/546
论科学发展的混沌模式
作者：张怡
20世纪以来，科学哲学的重要进展是建立了许多颇有学术价值的科学发展模式。但是，遗憾地是这些模式无一例外地是在“存在”的意义上，充其量也是在达尔文进化论的意义上来建构的，因此，它们很难真实地反映科学这个非线性系统发展的内在机理。事实上，科学是一种复杂性系统，也具有复杂系统演化过程中的复杂性特征。正因为如此，笔者试图立足于20世纪科学哲学发展的基础上，用当代自然科学的混沌理论来重建科学的发展模式。
一、科学系统的复杂性特征
科学开创了历史上人类与自然的一次成功的对话。人们在这种成功中感受到对客体进行微观解剖的价值，感受到把握自然界中那些似乎带有必然性意蕴的所谓永恒定律的魅力，也感受到人类自身理性的灵光。然而，陶醉在理性胜利之中的这种精神状态却是建立在一种错觉之中，也即认为自然界的发展是在可逆中进行的，因此科学发展的历史重建可以在逻辑决定论的理性范围内完全实现。而实际的情况正如当代耗散结构理论的创始人普里戈津所指出那样：“我们发现我们自己处在一个可逆性和决定论只适用于有限的简单情况，而不可逆性和随机性却占统治地位的世界之中。”([1]，第5页)自然界中普遍存在的现象是简单事物可以演化出复杂性的结构。自然界是如此，科学系统也是如此。因此，把握科学系统的历史发展首先应该用复杂性思维来代替形而上学的简单性思维。从现代混沌演化论来看，科学系统的复杂性特征主要表现在以下几个方面：
第一，科学系统具有明显的自组织化特征。科学作为人类认知活动的理性产物，它在历史上并不是一开始就存在的，而是经历了一个系统的创生和发展的进化过程。然而，关于这个系统的创生和发展的过程性质却始终是科学哲学的一个难解之谜。美国当代著名的科学哲学家瓦托夫斯基认为：“科学产生于常识和人们的共同实践中，产生于在神话、格言和技术规则得到举例说明的前科学的解释模式中。科学知识的根基溯源于知觉、行动的思想这些普通的人类活动，溯源于论说的形式和作用及其在批判的起源中......”（[2]，第I页）“因为科学并不是突然出现的，而是经过了漫长而又艰难的过程才发展成为一种独特的认识方式，所以，任何想鲜明地标出科学从以前的认识模式中显露出来的边界的企图，都必然使明晰性受到庸俗化和歪曲。”([2],第60页）瓦托夫斯基的思想非常有代表性地表达了当代科学哲学界对科学发生学的一种基本认识。但是，如果我们一旦引入时间的意识，追溯到科学思想产生的初期，那么就会发现一个奇特的现象：科学认知的基本模式在公元前几个世纪内，几乎在人类的几个重要文明区域同时突然产生，然后才逐渐扩散。这种现象正好像是照像底片的显影过程一样。
其实，科学认知模式的这种创生行为从混沌理论上看，就是人类的经验常识在某个时期突然过渡到科学思想的自组织过程。我们知道在认知层面上，科学是以人类的经验常识作为自已系统发展的“始基”。在历史的发展中，人类的经验常识累积到一定程度时，就会受到各种随机因素的影响，从而在涨落的作用下出现理论化倾向，自组织形成有序结构。公元前古希腊罗马时期和我国春秋战国时期就是这样一种非常典型情况。形成后的科学也不是一种封闭的知识系统，而是在人类处理人与自然、人与社会的关系过程中，经过经验和理性的不断相互作用而形成了一种开放和进化的知识系统。在历史上我们确实可以发现，科学系统的行为方式往往在人的参与下不断变化，甚至不惜耗散自己的结构来改变自己的行为方式，以便达到对社会文化环境的自然适应。西方文艺复兴时期，科学的发展就是以改变亚里士多德的科学思想结构来实现的。20世纪自然科学的发展也是以耗散牛顿的理论框架来实现的。这种行为从现代科学观来看，无疑就是一种耗散结构的自组织现象。科学作为人类社会活动的理性事业，它也不是一种孤立的社会文化现象。美国著名的未来学家托夫勒曾讲：“科学不是一个‘独立变量'。它是嵌在社会之中的一个开放系统，由非常稠密的反馈环与社会连接起来。它受外部环境的有力影响，而且一般说来，它的发展是因为文化接受了它的统治思想。”（[1]，第7页）文艺复兴前后科学在欧洲就是以科技角色作为社会活动的行为载体，通过角色活动所产生的社会涨落来形成社会建制化，最终社会接受它而成为一种社会事业。科学的社会建制化就是科学在社会中自组织的表现。
可见，科学是一种在人类处理人与自然、人与社会的关系过程中，经过与其它社会文化系统不断互动而形成的开放性进化系统。普里高津在耗散结构理论中就指出，一个系统只要是开放的话，那么这个系统在远离平衡的非线性区域，通过引进负熵和正反馈循环，经涨落或起伏，会从无序状态自组织起来而产生有序结构。
第二，科学系统具有明显的分岔特征。从历史上科学产生和发展的一般现象来看，科学是以不断分岔的方式来展开它自身的演化历史，形成现在各种名目繁多的分支系统。而混沌理论认为，只要系统是处在远离平衡的非线性区域，那么系统必然会产生突变而形成新的分岔。因此，科学系统的分岔意味着科学的发展是一个复杂系统演化的过程。
波普尔曾经在《客观知识》一书中将科学理论的发展描绘成一个倒置的树线谱系，他讲：“我们将不得不把知识之树描述为从无数的根部长起来，这些根向空中长而不是向下长，并最终倾向于长成一个共同的树干。”([3]，第275页)尽管波普尔知识之树的生长时间之矢与我们的经验常识相悖，但是这种结构却从科学哲学的角度说明了科学理论具有分岔的直观现象。事实上，波普尔的知识之树仅仅反映了科学分岔的一种情况。科学作为一种文化现象并不是仅仅表现在科学理论进化这样一个狭窄的范围内。如果我们拓展自已的视野，那么，我们将看到，科学系统在历史上的分岔首先表现为人类文化意义上的分岔，也即形成了东西方两大体系。西方的科学文化沿着自然主义方向展开，寻找用自然界自身来解释自然界的文化体系;而东方的科学文化则循着伦理主义的轨道发展，试图建立用人道来解释天道的文化体系。从现在分级分岔产生混沌的理论来看，东西方科学的分岔应该是属于科学的第一级分岔，导致科学系统这种分岔的内在原因正是由于它对初始条件的敏感依赖性以及分岔后的选择有所不同所致。而科学理论的分岔则是一种次级分岔。李约瑟在“世界科学的演进”一文中就列出了部分科学理论的分岔时间表，并描绘了它们的发展情况。([4]，第194)这说明科学系统充满了复杂系统所具备的分岔特征。事实上在科学史中，我们可以看到科学知识在人类理智活动的作用下，出现了一种永远也达不到定态的系统行为。在这个过程中，它的表现形式就是科学系统的分岔以及由科学系统分岔所带来的知识分岔，而科学对知识初始条件的敏感依赖性，是科学系统中各种运动相互纠缠的必然结果。
第三，科学系统在其自身的演化过程中具有明显的自相似性。自相似性是混沌理论的重要成就，它认为如果系统存在的边界条件 是一种分形几何形状的话，那么，系统在它的部份与整体之间具有某种相似性。这种相似性不是两个无关事物之间的偶然近似，而是在系统演化中它必然出现并始终保持的。自相似性就物体变化的数学性质而言，它是指在几何变换下，分形具有不变性。而就物体变化的物理属性而言，分形后的内部结构不存在着特征长度，具有无标度性。我们看到，科学文化系统中的自相似性似乎也具有这种性质。从现象上看，科学系统的周边条件是社会文化系统所产生出来的知识“碎片”，它成为科学的一种原始分形边界。在历史上，科学认知发展的时空结构与个体认知发展的结构非常相似。一般来说，我们观察世界的能力要受到我们知觉之选择性的限制，还要受到我们所处的时间和空间之局限性的限制，因而前科学的文化状况在文化的层次上重现了儿童初期自我中心的一些基本特点。伴随着科学从这个文化起点上离开之后，它是一种“儿童自我中心”被超越的过程，出现了象个体的认知发展一样摆脱了直观感性的经验阶段，而从零碎概念形成概念系统。反之，个体的认知模式也会重演科学发展的整体规律。如果我们从科学系统中具体学科分支的发展来看，其中也存在着分支学科与科学整体系统之间的相似性。这种相似性一方面表现在分支学科的结构状况受整体结构的示范影响具有同构性;另一方面表现在具体学科的常规发展与革命性变革同样也是重演了科学整体发展的模式，从而形成科学发展的超循环现象。如果我们再进一步考察，把科学放到整个社会文化系统中去，那么发现科学文化作为特定的文化形态又是与一般的文化系统具有自相似性。这种自相似性表现为科学文化是一种传统文化上的生长物，它的认知模式和社会建制都与传统文化保持高度的趋同性。所以，美国科学社会学家李克特就讲：“科学是一种文化过程。”([5])科学系统的自相似性表示科学系统有其独立存在的客观依据。尽管在它的发生和发展中会产生许多变异，然而就其本质而言，它始终保持着自已的特征形态。
最后，科学作为一种认知文化现象又具有复杂系统演化过程中的复杂性特征，这种复杂性特征最明显地表现为科学在历史上出现了许多形形色色的突变现象。美国当代著名的科学哲学家库恩认为，科学在历史上的发展是一个常规范式的累积和范式危机后产生革命性变革这样一个交替过程，突变的消除又是以更高层次的认知方式和认知结果的组织化以及社会建制的组织化来实现的。这就是说，突变现象是科学发展中的重要现象。从历史上看，科学突变的形式基本上分为两大类，一类是科学整体或某一层次出现知识系统以及社会建制的涌现，比如近代科学在欧洲的形成似乎就是这种情况;另一类科学系统中某一分支出现突发性变化，比如某一科学理论出现了突变。按照现在的混沌理论来看，科学出现分岔的原因之一是因为科学系统存在着许多突变，突变造成科学发生新的组织化行为，同时也为科学系统的进一步有序性提供了保证。当然，一个系统的突变和组织仅仅是复杂系统演化过程中的两个基本要素，复杂系统演化也并不是无条件的。如果从复杂系统的复杂性要求来讲，系统的演化必然存在着许多约束机制。作为文化意义上的科学，它确实存在着一些基本的约束。美国科学社会学家李克特认为，从认知领域来讲，“一个文化的知识体系并不是一个命题的随意聚合。相反，这种体系中的命题往往是受到一定方式的约束或模式化的。”科学体系中常常“有两种不同类型的约束。一种是理性的约束，是关于体系的内部组织的......;另一种是经验的约束，是关于体系和观察事实之间的联系的。”([5]，第66页)在社会领域中，科学系统同样也存在着许多社会约束机制，这些社会约束机制严格地规定着科学必须按照特定的价值规范来活动。一般说来，科学系统中，理性的约束机制倾向于推进和保持体系中命题之间的逻辑一致性，经验的约束机制倾向于推进和保持体系与观察事实之间的合理性，社会的约束机则倾向于推进和保持科学系统在社会中存在的价值合理性。正因为存在着这些约束机制，所以科学在突变过程中具有一定的范围和一定的趋向，它为科学突变后的选择和整合提供内在的规定。
所以，单从科学系统在历史上的行为方式来看，科学系统具备了复杂性系统的一般特征。这种复杂性结构的内在机制无疑来源于科学发展中的混沌机制。这样，我们就不能够仅从决定论的存在意义上来重建科学系统，而必须从混沌演化的意义上来建立它的发展模型。
二、科学发展的混沌机制
如果说科学具有复杂性的结构，而且导致这种复杂性结构产生的内在机制又是混沌，那么从现代非线性科学的理论来看，形成科学这种复杂性结构的混沌应该表现在以下几个方面：
首先，科学发展根源于科学认知系统中的一种内禀随机性。内禀随机性本来是用于刻划自然系统中那些引起系统不规则变化的内部随机因素，它也是指系统局部的不稳定性。但是，我们现在看到内禀随机性却是对科学发生和发展机理的绝妙解释。
人们过去之所以在科学发生和发展的问题上争论不休，其主要原因之一是把科学单纯地看成是人类理性的逻辑产物。因此，追求科学发生和发展的逻辑必然性似乎就是科学哲学研究的最高公理。然而，哲学家们又感到非常困惑，他们发现只要沿着理性的通道追溯到科学的发生的原生点处便会出现逻辑上的中断。因此，他们又不得不构造许多科学发生说来解释这种现象。其实，这种思维方式说到底是立足在一种决定论的观念之上。现代非线性科学指出，只有当一个系统内外部的关联性居于从属地位而独立性居于支配地位时，因果之间一一对应和正比相关才表现出线性状态，也只有这时人们才可以用逻辑的手段来寻找事物之间的因果性。但是，科学系统中这种情况毕竟是特例，而大量的情况却是科学系统内外部的随机关联居于支配地位而独立性处于从属地位。而且我们还可以发现，当科学系统发生进化行为时，这种内外部的关联必定受到一种随机因素的强烈影响而偏离原来状态，从而引起科学系统发生混沌。因此，从决定论上来探索科学发生和发展的内在机制显然难以奏效。
从科学发生和发展的情况来看，科学系统事实上始终处在一种受随机因素影响的状态下面。这里至少有二个方面的内容可以说明这种情况：一个是人类的科学认识始终会受到经验认识和理性认识的随机影响，特别是当经验知识和理性知识累积到一定程度，那么它会和以往的认识产生冲突，引起科学系统中局部的不稳定;另一个情况是人们的科学认识也会受到社会各种文化因素的随机影响，从而引起科学系统中局部的不稳定。不过在前科学时期和常规科学时期，有时这些影响所产生的能量不足以破坏原有认识系统的整体结构，所以它处在科学认识的累积发展阶段。即使在科学系统的累积发展阶段，认识系统也不是处在一种不变的状态下面，而是处在一种永远达不到定态的情况之中。然而，当人们的认识所受到的随机影响一旦超过某种认识阀域，那么，即使小小的干扰也会在整个系统中放大。比如，近代科学在欧洲的产生就是因为天文学理论的局部不稳定而引发了整个科学革命。不少历史学家认为，就哥白尼本身的理论价值而言它并没有完全改变托勒密的理论结构。哥白尼的出发点只是从简单性出发，为了用较少的本轮和均轮来代替托勒密80多个轮子，因而只能算是天文学理论中的某种扰动，具有随机性质。但是，哥白尼的日心体系显然超过那个时代人们所能接受的认识阀域，从而在认识系统和社会系统中得到不断放大，最终引起了整个科学革命。所以，科学系统中的内禀随机性是科学发生和发展的重要机制。
其次，在科学系统中，由于对初始条件的敏感依赖性，因而会产生科学运动中的“奇怪吸引子”。也就是说，伴随着科学系统中内禀随机性的发展，科学的混沌状态并不是纯粹的无规则，而是围绕着某个特殊的认知定态作非周期性的运动，这时科学系统表现出“有序扮成随机”。
“奇怪吸引子”是当代混沌理论学家茹厄勒和塔肯斯的合作创造物，他们认为动力系统的运动发展总是围绕某个“奇怪吸引子”展开的。“就短时间而言，相空间中任何一点都代表动力系统的一种可能行为。就长时间而言，只有吸引子才代表可能的行为。其它类型的运动都是瞬态的。”([6]，第148页）“奇怪吸引子”上的运动对于初始条件高度敏感，即具有蝴蝶效应。进入吸引子的部位稍有差异，动力系统的运动轨道就截然不同。正因为这样，关于科学动力系统在单一给定时刻的知识的完全状态也就可以归结为一个点。
科学系统的发生和发展是多种因素协同作用的结果。但是，在科学的认知系统里，科学的发展一般是围绕着科学问题和科学理论展开的。如果从数理空间上分析，把科学问题和科学理论投射到相空间中，那么，我们很快就发现它们两者就成为科学混沌系统中两个很重要的“奇怪吸引子”，甚至非常类似于“洛伦兹吸引子”。一般说来，科学认识总是从原有的常识框架中产生出来。但是这样一种过程首先表现为以往的知识系统产生了问题，然后在解问题过程中通过耗散原来的知识结构而产生新的理论体系。假如从结构上考虑，那么以往的知识体系中所产生的科学问题总是蕴含原先的理论框架，而每一步的解问题过程又改变了原来的理论结构，因此投射到相空间上形成了科学问题和科学理论自相缠绕的变化曲线，它们不断循环而永不自我重复。当然这两个吸引子是相对的不动点，因为具体的科学问题和科学理论总是不断变化的，它们永远不会静止下来。
在科学的社会系统里，科学发展的总体方向应该是为了社会的功利目标。但是它的具体行为却是围绕着科学“优先权”和“马太效应”展开的，也就说“优先权”和“马太效应”构成了科学社会系统中的两个重要吸引子。从科学社会学上讲，科学社会建制中的奖励系统保证了科学在社会中的正常运行。它的直接结果是刺激了科学家为了自己的工作得到社会的承认而进行竞争，最终意味着争夺第一名，谁第一个作出了发现？谁第一个公开发表了一种观点？一旦科学家的工作得到了社会的认可，那么伴随着引用机制在社会上不断扩散，从而形成“凡有的，还要给他......没有的也要夺过来......”的“马太效应”。“马太效应”的存在又进一步地促使科学家们争夺优先权。这样似乎又形成了科学社会系统中两个“奇怪吸引子”。可见，科学系统中所存在的“奇怪吸引子”导致了科学的行为趋向始终吸引到某一个特定的地方上去。
第三，奇怪吸引子是非平衡非线性系统演化中的一种行为指向，它是系统总体稳定和局部不稳定的共同产物。由于科学系统中也存在着这种性质的“奇怪吸引子”，因此，它制约着科学的发展，引起科学的不断分形，并且促使科学按照混沌运动的标度律和普适性机制来展开它时空发展轨迹。
按照混沌理论，混沌动力系统中的“奇怪吸引子”所具有的基本特征是分维性，而且具有无穷嵌套的自相似结构。正因为这样，混沌动力系统出现分岔。美国物理学家和数学家费根鲍姆在研究了倍分岔现象的几何收敛性后指出，现实世界中的系统将有同样可识别的行为，而且测量结果也应当相同，这就是普适性。“普适性意味着不同系统的行为相同，它不仅是定性的，而且也是定量的;不仅是结构的，而且也是度量的;不仅表现在模式中，而且表达为精确数字。”([6]，第148页)我们在研究了历史上的科学以后，发现科学在历史上的混沌发展竟然也存在着一种受费根鲍姆常数支配的行为。假如我们把科学史上带有革命性意义的事件与它的时间对应起来，那么费根鲍姆常数的意义就显得非常奇特。在近代科学史上，如果以1543年哥白尼发表《天体运行论》，维萨留斯发表《人体结构论》为中心，以整个16世纪为时间区域，那么学术界一般认为这段时期标志着近代自然科学革命的开始。如果以1905年爱因斯坦发表狭义相对论为中心，以1895年到1915年这二十年为时间的区域，那么学术界认为这段时期标志着现代自然科学革命的开始。假如以 1543年和1905年为中心的这两个时间段是科学史上两个重要的分岔点的话，那么按照费根鲍姆的普适性和标度律，我们可以认为以公元前二世纪的中叶为中心，前二百年和后二百年为时间段，这个时间区域可以认为是科学思想产生的重要时期。事实上我们发现，公元二世纪的中叶正好是科学史上托勒密建立第一个天体结构理论;盖伦建立他的医学理论;而整个这段时间区域又正好是古希腊罗马的学术发展的重要时期;同时这段时期也正好是我国古代百家争鸣时期。另一方面，按照费根鲍姆的标度律，我们可以发现，本世纪的80年代初也应该是科学史上的一个重要时期，这就是被誉为“本世纪第三次物理学大革命”的混沌理论所产生的时期。如果按照这种收敛性质进一步预测的话，那么下一个世纪的2003年左右应该有一次非常重要的科学革命事件，它将导致科学的根本变化。尽管对于科学发展的标度律和普适性研究我们尚处在“混沌”阶段，但是只要科学是一种混沌系统，它具有不断分岔特征，那么“费根鲍姆现象”应该在科学发展中得到体现。
三、科学发展的混沌模式
从上面论说中我们可以认为，科学系统是一种复杂性系统，它的发展是在混沌和有序不断交替的过程中进行，其中混沌占据支配地位。立足于这样一个理论基点，我们可以用混沌的理论来建立它的发展模式。现代混沌理论指出，混沌与分形是一致的，可以说，分形是混沌的几何结构或普适形状，混沌是分形形成和演化的动力学。普适形式与运动有关，正是某种深藏的生长节律创造出普适形状，而演化就是混沌加反馈。作为一种复杂性系统，它在由混沌走向有序的途中虽然是受到了某种随机因素的影响，但并不是仅仅由这种因素唯一的决定，它常常是多种因素的协同结果。因此，从这个意义上讲，科学发展模式的建立关键在于抓住科学中的分形、混沌和协同。
首先，科学分形是科学发展的重要边界条件。分形是法国数学家曼德勃罗的创造物，它本来被用于描述那些断裂的、碎片的以及极不规则的几何图形，而现在分形已被广泛用于描述那些周边条件极不规则的现象。我们知道科学系统的产生和发展来源于人类点点滴滴的知识累积，这种带有常识性的、不规则的甚至是支离破碎的知识“碎片”，用混沌理论的术语来表达就是一种科学的分形。科学的分形从混沌几何学的意义上毫无疑问构成了科学存在和发展的重要边界条件，它在特定时期的状态决定了科学系统未来的行为。从混沌几何学上讲，科学分形中数和形的对应关系不是通过求解一个方程来解决，而是通过在反馈环中用迭代的方式来定义的。当我们迭代一个方程而不是求解它时，这个方程就变成了过程而不是描述，它变成动态性的而不是静态性的，由此得到的几何图形并不满足方程，而是产生了某种行为。所以，过去以稳定轨道为基础，从理性规则的角度来揭示科学发展的必然性必然解决不了这个问题。因为，这时不可逆性仅能被定义为某种近似的产物，从而失去了任何客观的意义。我们现在所看到的科学边界条件却是一堆杂乱无章的、断裂的知识分形体。这些知识“碎片”在高度的随机条件下会产生非平衡的涨落现象，而科学系统对于这种分形边界所存在的初始条件又具有高度的敏感依赖性，因此，涨落得到了不断的放大，产生洛伦兹所谓的“蝴蝶效应”，从而自组织起来形成有序结构。这样科学分形一方面使得科学存在有了自身特定的“几何范围”，另一方面也使得科学发展有了特定的依据。
这样我们可以得出一个基本结论，由于科学存在着分形现象，这样才形成科学发展的混沌行为。因此，追求知识“碎片”究竟是经验性的还是理论性对于建构科学发展的基本模式来讲是意义并不大。因为人类的经验和理性都能够形成这种知识“碎片”，而问题的实质在于这种知识“碎片”是怎样形成一种有序的结构，这才是把握科学发展模式的关键。所以，从科学哲学上看，科学分形的动态过程是把握科学发展的基本要点之一。
其次，混沌是科学发展的基本过程。科学在历史上发展的基本现象是存在着分岔谱系，每一次分岔意味着一次突变。这种分岔谱系从混沌理论上看必然是具有无穷嵌套的几何结构，然而促使形成这种几何结构的动力机制却是混沌。从知识分岔的基本特征来看，它基本上符合倍分岔条件，这也是现代不少科学学家所认为的科学发展具有指数增长规律的原因之一。只要系统产生倍分岔，那么它就会形成混沌现象。费根鲍姆特别详细地研究了生物种群的变化规律，他发现生物种群数超过某一点后，分岔导致周期2的振荡种群数。然后会发生更多的倍周期，而最终轨道不再有归宿。费根鲍姆认为，每一相继的周期如果为前一周期的两倍，并且当周期无限地加倍发生时，那么系统会从简单行为走向复杂的非周期行为，形成逐级分岔的混沌。对于科学系统来讲，它在历史上的发展其实也是这样一种过程。当然，科学分岔与生物分岔所不一样的地方在于科学要受到社会文化的选择和制约，而不是一种纯粹的自然选择。选择和制约的最终结果使得科学并不是像生物种群那样存在着盛衰期，而是不断增长。
当然，倍分岔现象可能仅是科学走向混沌的一个通道，而不是唯一通道。我们知道，在科学系统中对科学发展起重要影响作用的因素是科学理论、科学问题。但是，我们发现只要在科学理论和科学问题之间再加上一个科学观察，那么科学系统的行为会发生明显变化，整个系统会围绕着科学理论和科学问题这两个吸引点产生混沌，也就是说如果这三个因素各自的变化相互缠绕的话，那么科学系统也就可能产生混沌现象。茹厄勒和塔肯斯在研究物理学的湍流问题时就指出，只要流体中有三个独立运动产生振荡就可以产生湍流的全部复杂性，即三体的简单运动会产生复杂性的混沌。如果我们把科学的混沌状态与湍流进行类比的话，那么它们形成的内在机制应该讲是非常类同的。一旦科学观察所带来的信息和能量在科学系统中逐渐消耗完时，科学系统的混沌也就收向吸引子。由于吸引子是一种分形结构，所以在科学系统中，科学分形的意义也就不单单是科学系统存在和发展的边界条件，而且也是科学系统发展的行为趋向。
最后，科学系统在经历了混沌发展过程以后，最终走向新的有序，有序是科学系统混沌发展的必然结果。从现代混沌理论来看，系统表现出混沌或者讲无序性，归根结底是因为其中存在着使系统表现不同状态的多种因素，这些因素相互竞争，没有哪一个能够占据主导地位。只有在某一个关节点上，系统受随机因素的影响才会使某个特定的因素主要角色。即使系统从一种有序走向另一种有序，其过程也是如此。因此，系统多种因素的协同作用是系统有序化的重要形式。协同学的创始人哈肯用序参数和支配原理来描述这种情况，并且他认为科学从混沌走向有序的过程也是这种情况。事实上，在科学系统中我们确实可以发现在科学产生分岔的临界点上，大多数的事实、概念、定律和理论对系统的进程不产生大的影响，而有一些事实、概念、定律和理论却始终左右着科学的发展。比如，现代科学革命初期，科学中的时间和空间概念，物理学中的“两朵乌云”，相对性原理、统计规律等等，这些带有慢变化性质的参量支配着其它快变化的参量。另外在科学家的行为中，也出现了围绕着不同观点进行竞争，甚至是围绕着发现的优先权进行竞争。而竞争的行为结果出现了“类似为了排挤掉零星分布商店的生意而聚集在同一地方的商店行为。”([7]，第223页)所以在协同学的意义上，“科学知识也是或多或少零星开始形成的，最后在某一较高层面上统一成为一个新东西，一个新的规范。”([7],第224页)
综上所说，我们可以认为科学发展的基本模式是：人类的经验常识构成了科学系统的一种初始条件，它的实质是科学知识的原始分形。由于科学系统对于经验常识的随机涨落具有高度的敏感依赖性，因而涨落在科学系统中得到不断的放大，从而形成科学知识偏离原来的稳定态。这时，科学系统表现为产生了许多科学问题。而每一次所解决的问题总是形成新的理论，它通过反馈通道迭代到原来状态上去，形成以科学问题和科学理论为中心的“奇怪吸引子”，从而促使科学系统越来越偏离平衡态。这种偏离状态达到一定程度时，科学系统就进入混沌状态，形成科学分岔。科学分岔必须经过社会价值标准的选择，适者生存。同时科学的分岔还受到费根鲍姆标度律的制约而成收敛性。当分岔趋向无穷时，科学系统进入更为重要的混沌阶段，这时从现象上看表现为科学系统产生了科学革命。在混沌的发展中，科学系统中各种因素是协同作用的。经过科学革命以后，科学系统形成新的有序结构，从而进入一个新的科学发展时期。这时人类点点滴滴的科学知识又构成这个系统的分形边界,它为下一次的混沌创造条件。
参考文献及注释：
[1]伊.普里戈金、伊.斯唐热：《从混沌到有序》，曾庆宏、沈小峰译，上海译文出版社，1987年版。
[2]M.W.瓦托夫斯基：《科学思想的概念基础－－科学哲学导论》，范岱年译，求实出版社，1982年版。
[3]卡尔.波普尔：《客观知识》，舒炜光等译，上海译文出版社，1987年版。
[4]潘吉星主编：《李约瑟文集》，辽宁科学技术出版社，1986年版。
[5]Jr.M.N.李克特：《科学是一种文化过程》，顾昕、张小天译，生活.读书.新知三联出版社，1989年版。
[6]詹姆斯.格莱克《混沌开创新科学》，张淑誉译，上海译文出版社，1990年版。
[7]H.哈肯：《协同学：大自然构成的奥秘》，凌复华译，上海译文出版社，1995年版。
(原载《自然辩证法通讯》1997年第2期)
冷风如刀，以大地为砧板，视众生为鱼肉。
万里飞雪，将苍穹作洪炉，熔万物为白银。
| 发表时间：2006-01-25, 23:59:12 |
 作者资料
|
萍踪浪迹
发表文章数: 1983
武功等级: 深不可测
内力值: 645/645
Re: 论科学发展的混沌模式
波普尔曾经在《客观知识》一书中将科学理论的发展描绘成一个倒置的树线谱系，他讲：“我们将不得不把知识之树描述为从无数的根部长起来，这些根向空中长而不是向下长，并最终倾向于长成一个共同的树干。”([3]，第275页)尽管波普尔知识之树的生长时间之矢与我们的经验常识相悖，但是这种结构却从科学哲学的角度说明了科学理论具有分岔的直观现象。
=================================================
这个观点只是“科学统一化”的一个翻版而已，毫无新意可言，老波的东西基本上是故弄玄虚
当年Hilbert在1900年的著名演讲中就给人一个强烈的信念，那就是数学乃至于整个科学都会想统一方向发展。
他研究物理学并希图将物理学纳入数学的框架中，但是没有成功。Einstein和后人都想搞统一场论，但是也没有完全成功。
但是他们的信念是一致的，那就是统一。
但是，Weyl却说现代数学就像水被沙洲分割一样不断分化，他本人也认为统一是一个趋势，但是他同时看到了分化这个事实，统一和分化不断交缠，其实即使这么简单，所谓的混沌模式，在我看来只是老波式的故弄玄虚。
漫漫长夜不知晓 日落云寒苦终宵
痴心未悟拈花笑 梦魂飞度同心桥
| 发表时间：2006-02-06, 19:41:28 |
作者资料
|