第三章　物理學結構和生物學結構

1、第三章物理學結構和生物學結構 9物理學的結構和因果關系 在人類科學的先進運動中，結構主義是已經(jīng)革新了并將繼續(xù)啟發(fā)著人類科學的理論形態(tài)；因此，一開始就不可避免地要檢驗結構主義在數(shù)學上和邏輯學上的意義。但是，人們可能會問，為什么還要到物理學上來檢驗它的意義呢？這是因為，我們并不先驗地知道，這些結構是否來源于人，還是來源于自然界，或者來源于兩方面；而人和自然界的會合，是必須要在人對物理現(xiàn)象進行解釋的領域里去加以研究的。 長久以來，物理學家的科學理想就是要測量物理現(xiàn)象，建立定量定律，并用一些概念，諸如加速度、質量、功、能等，來解釋這些定律。物理學家用其中一些概念來給另一些概念下定義，以求保留某些守恒性

2、原理，表示其有前后一貫性。只要在物理學的這個古典階段上，我們就可以來談結構，尤其就是那些大理論的結構。在這些理論領域里，種種關系互相配合成為一個關系的體系。例如，在牛頓物理學里，就有慣性、作用力和反作用力相等、力作為質量與加速度之積等的體系；或者如在馬克斯韋爾的體系中，有種種電與磁的過程間的互反性關系。但是，自從“原理物理學”動搖，物理學研究推廣到了現(xiàn)象階梯的極高層次和極低層次，又自從那嘗試把力學從屬于電磁學的這種前景出乎意料地被推翻以后，我們正在看到，對于結構觀念作出了愈來愈高的評價：計量理論已成為當代物理學中必須小心從事的問題，人們竟致于到了要在測量之前先去尋找結構，并且要把結構看作是一個

3、由若干可能狀態(tài)和可能轉換關系組成的整體，所研究的真實系統(tǒng)，要在這些可能狀態(tài)和可能轉換的整體之中去取得它的確定位置，而同時這個位置又要用這個種種可能的整體來加以解釋和說明。 對于結構主義而言，物理學的這種演變所引起的一個主要問題，就是因果關系的本性問題。更確切點說，就是在解釋因果關系定律時所利用的數(shù)理邏輯結構與現(xiàn)實世界所假定具有的結構這兩方面的關系問題。如果依照實證主義的觀點，把數(shù)學解釋成是一種簡單的言語符號表達方式，那這個問題肯定已經(jīng)不再存在，而科學本身也就歸結為一種純粹的描寫?？墒牵灰坏┏姓J邏輯結構和數(shù)學結構是作為轉換關系的體系而存在的，那就要確定這樣的問題：是否只有這些形式化的轉換才能

4、說明在事實里所觀察到的真實變化和守恒性呢？或者相反，這些形式化的轉換，只是不以人們意志為轉移的、客觀的物理因果關系的固有機制內化在我們心靈中的反映；或者最后是這些外在的結構和我們運算的結構之間存在著一種雖然沒有同一性、卻具有永久性的聯(lián)系，而在一些中介領域，例如在生物學結構或我們的感知-運動動作的領域里，我們會看到這種聯(lián)系正在具體地體現(xiàn)在這些領域里并在起作用。 為了明確觀念，本世紀初關于因果關系的偉大學說之中有兩個學說可以引來作為傾向于上述三種解釋中的前兩種的代表：第一種是梅耶森的解釋，他把因果關系看成是先驗性的，因為因果關系是從不同關系之中歸納出來的相同的東西；第二種是布隆施威克（L.Brun

5、schvicg）的解釋，他用“存在著一個（相對論意義上的）宇宙”這個公式來為因果關系下定義。然而，這兩個體系中，第一個體系的明顯困難是，僅僅解釋了守恒方面而放棄了轉換的方面，而在“非理性”的范圍里轉換對于因果關系來說卻是主要的。至于第二個體系，它帶來的結果則是，把運算的結構合并進了因果關系里去，把算術看作是一個“物理數(shù)學”的分科（且不管人們談到布隆施威克的唯心主義會說的一切！），但是，這個假說還有待于心理生物學的驗證。 從這里再回到物理學上來，第一個明顯的事實是，對于一整套定律進行的數(shù)理邏輯推演，只要仍然是形式上的，就不足以解釋這些定律：要進行解釋，就還要假設在現(xiàn)象下面有一些存在或“客體”，以

6、及這些存在之間互相在另一方身上行使實際的作用。但是，特別令人印象深刻的事實是，這些實際作用竟在許多情況下與運算非常相似，而且正是到了前者與后者之間具有對應性的程度時我們才感到是“理解了”?？墒?，理解或說明，一點也不限于把我們的運算應用在現(xiàn)實上，證實現(xiàn)實世界是“讓人擺布的”；因為一個簡單的應用，依然還是在定律層次之內的東西。為了要超出這個層次，得出原因，必須還要有更多的東西：必須把這些運算分別賦予作為客體的客體所有，而且把這些客體理解為它們本身就是算子，到了這時，而且只有到了這時，我們才能談論因果“結構”，因為這個因果結構是這些算子在它們之間實有的相互作用里的客觀的體系。 從這樣一個觀點出發(fā)，物

7、理的現(xiàn)實和用來描寫這種現(xiàn)實的數(shù)學工具之間具有永恒的一致，已經(jīng)是相當出奇的了。因為這些數(shù)學工具常常是在使用它們之前先就存在的；而這些工具在出現(xiàn)新事實的機會被建立起來時，它們并不是從這個物理事實里抽繹出來的，而是用推理的方法制定出來的，這種推理甚至于達到了模擬的程度。然而，這個一致，并不是象實證主義所認為的是一種言語表達方式和它所指稱的事物之間的一致（因為，各種言語表達方式是沒有在事物出現(xiàn)之前預先敘述它們將要描述的事件的習慣的），而是在人的運算和客體-算子的運算之間的一致；所以也就是在有肉體有精神的人這位特殊的算子（或者說是這位種種運算的制造者），和種種不同級別的物理客體這些不可勝數(shù)的算子之間的和

8、諧。因此，在這兒存在的，或者是萊布尼茨夢想過的那些門窗緊閉的單子之間預先建立的和諧的光輝證明；或者是，如果這些單子偶然地不是封閉而是開放的時候，那就是已知的生物適應的最美好的例子了（就是說，既是物理化學的、又是具有認知性質的）。 然而，如果對于一般運算來說是真的，那末，對于最顯著的種種運算“結構”來說就仍然是真的。例如，人們相當了解，群的種種結構（見第5節(jié)）在物理學中，從微觀物理學一直到相對論的天體力學，已非常普遍地被應用了。然而，群結構的這種應用，對于主體的種種運算結構和外部客觀的算子的結構之間的關系來說，是有很大意義的。在這方面，人們可以區(qū)分出三種情況。首先，第一種情況，群對于物理學家來說

9、可以有一個試探性的價值，但只表示在物理上不能實現(xiàn)的轉換關系，例如PCT四元群，其中P指的是宇稱（一個圖形轉變成鏡子里和它對稱的圖形），C指的是電荷（一個粒子轉變成它的反粒子），T指的是時間的反向！其次，第二種情況，轉換作用并不構成不依靠物理學家的某些物理過程，而是掌握種種因素的實驗者的具體活動的結果，或者是觀察人員將種種不同情況下測量儀器上可能有的讀數(shù)加以協(xié)調的結果。勞倫茲群有一種實現(xiàn)的情況就符合這第二種類型，只要當這個群引入?yún)⒄拯c的改變就使速度不同的兩個觀察者的兩種觀點協(xié)調起來。于是群的轉換就成為主體的某些運算，但是在某些情況下在物理學上是可以實現(xiàn)的。當一些真實的轉換是由同一個主體施加在所研

10、究的體系上時，就是這個群的第二種實現(xiàn)所表明的情況。由此引出了第三種情況，群的種種轉換在物理學上可以不受實驗者操作的影響而實現(xiàn)，或者在物理學上是有意義的，但是在“潛在可能”或潛在的狀態(tài)下。 這第三種情況最為有趣，它就是當幾個力由自身組成力的合成（平行四邊形）時的情況?？梢曰叵胍幌拢瑢τ诤狭镽的兩個力而言，只要把這個合力的方向顛倒過來，以使得這第三個力R等于合力R而方向相反，即能同前兩個力保持平衡。于是也應該提到，用與這個系統(tǒng)的種種聯(lián)系相適合的一切“可能的功”的補償作用來說明這些平衡狀態(tài)，是值得稱贊的說明。那末，加上力的合成原理，這就在群概念的基礎上建立起一個巨大的說明性的“結構”了。 馬克斯普

11、朗克（Max Planck）在創(chuàng)造量子物理學中所起的作用，人們是相當清楚的，但人們也同樣相當?shù)亓私?，他并不完全適應由他所掀起的思想潮流。他曾經(jīng)主張，物理現(xiàn)象在服從作用原因的同時，還肩并肩地完全服從于最小運動的原理：然而，在他看來，這個原理屬于“目的性原因的性質，目的性原因是從相反方向，也就是說是用未來，或更確切一點說是用既定目的，作為導向這個目的的展開過程的來源”。然而，除了我們已經(jīng)認為光子具有算子的品質以外，在我們認為光子具有和“有理性的生物”（同書p.129）行為相同（發(fā)光光線從某個恒星出發(fā)，盡管穿過大氣層時受到種種折射，還是通過最短的光的途徑到達我們這里）的能力之前，我們還得要思考一下，

12、在這種情況下，相對于所有鄰近的途徑而言，費馬（Fermat）積分式的最小值是怎樣確定出來的。然而，這兒又一次象在可能的功的情況下一樣。我們把現(xiàn)實放進全部可能的轉換里去，在與真正徑跡鄰近的所有可能的變異之間通過逐步用補償關系，找出說明。 最后，在用概率論來說明的情況下，這些可能的轉換的作用是明顯的：用概率的（就是熵的）增加來說明熱力學第二定律，雖則這一次乃是和群的組成相反的一種不可逆性，亦即用組成一個可能性的整體，從而推論出實在的東西來的方法（因為概率是有效事例數(shù)與這些“可能”事例數(shù)之比），來確定出一個結構的。 總起來說，存在著一些不依賴于人的物理結構，但是這些物理結構卻符合于我們的運算結構，其

13、中包括可能看來是精神活動所特有的性質，即建立在可能性的基礎上、并把現(xiàn)實放置在這個潛在可能的系統(tǒng)里的性質。這種因果關系結構與運算結構的緊密聯(lián)系，在依靠部分地是人為建立起來的模型上的情況、或在過程的開展與實驗者的活動不可分的微觀物理學的特殊情況下，是相當可以理解的（從而產(chǎn)生了愛丁頓Eddington的比較清醒的話，他認為，不斷地重又找到“群”的形式是大自然了）；相反，當許多不同來源的知識符合點表明我們外部的結構有客觀性時，在運算結構與因果關系結構之間存在緊密關系卻提出了一個問題。關于這種情況，最簡單的解釋就是要記得，首先我們是在動作本身里面去發(fā)現(xiàn)因果關系的，不是在梅恩德比朗（Maine de Bi

14、ran）的那種形而上學意義上說的一種“自我”的動作之中去發(fā)現(xiàn)因果關系的，而是在感覺-運動性和工具性動作中，幼兒就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了運動的傳遞性以及推力和抵抗力的作用了。然而，動作也是運算的源泉；這并不是因為動作預先包含了運算，就如同動作也并不包含全部的因果關系一樣，而是因為在動作的普遍協(xié)調中包括一定量的初級結構，它們足以做反映抽象和后來的構造過程的出發(fā)點。不過這就把我們引導到生物學的結構上來了。 10有機界的結構 活的有機體，在種種其他體系之間同時既是一個物理化學體系，又是主體活動的源泉。如果象我們已經(jīng)認為的（見第1節(jié)）那樣，一個結構真的是一個能自身調節(jié)的有若干轉換作用的整體性體系的話，那末有機體就是

15、各種結構的原型了；而且，如果人們能夠精確地了解自身的結構，那末由于有機體的人具有既是復雜的物理客體、又是行為的原動力這雙重性質，就會給我們提供一把結構主義理論的鑰匙了?？墒俏覀冞€沒有達到這個地步；生物學經(jīng)過了好幾個世紀的簡單化的還原主義，或者是講得多而解釋得少的唯生主義之后，真正的生物學結構主義甚至還只是剛在形成的過程中。 單就把生命現(xiàn)象還原為物理化學現(xiàn)象的嘗試而言，就象種種還原問題一樣，對于結構主義也已經(jīng)是有教益的了。但是在這種有巨大重要性的情況下，這種嘗試具有特殊的尖銳性。以往還原主義的原理，認為在無機界中認識了A、B、C等現(xiàn)象之后，就應該足以理解用它們組成的總和或乘積：從而產(chǎn)生了一長系列

16、叫做“機械論”的學說。這些學說中最糟糕的例子是笛卡爾的“動物-機器”論，和那種沒有明確承認失敗、在許多地方還受人尊重、主張由偶然的變異并在事后選擇的進化論圖式。就這樣，人們簡單地忘記了兩件主要事實。一個事實是，物理學不是靠把累積的知識相加而進步的，而是新的發(fā)現(xiàn)M、N等總是導致對知識A、B、C等進行全面的重新解釋；可是未來仍然會有未知的X、Y等的發(fā)現(xiàn)的。另一個事實是，物理學本身把復雜還原成簡單的嘗試，例如把電磁學還原成機械力學這樣，最后總是得到一些綜合理論，其中低級的內容被高級的內容豐富了，由此而來的相互同化作用闡明了整體“結構”的存在，這與加法式的組成或同一化的組成恰好相反。所以，我們可以毫不

17、憂慮地等待著把生命現(xiàn)象還原為物理化學現(xiàn)象，因為這些還原不會把任何東西“還原掉”，而是會把這有關的兩個項轉換得對雙方更加有利。 唯生論經(jīng)常不斷地用各種整體性觀念、內在目的性或外在目的性等觀念，來反對簡單化的反結構主義的還原論的嘗試。但只要人們還沒有明確說明在一個體系中發(fā)揮作用的那些轉換的因果關系模式和運算模式時，這還稱不上是結構。同樣，摩根（LloydMorgan)和另外一些人堅決主張的“涌現(xiàn)論”學說，只限于證明有不同水平的整體性的存在，卻又說這些整體性是在某個時候“涌現(xiàn)”出來的；這種理論只是提出了這里面存在著問題而已，另一方面，如果說唯生論著重在把有機體作為主體或主體的來源，來跟客體的機械論相

18、對立，那也只是或者滿足于從常識的內省得到啟發(fā)的對于主體的表象，或者象德里施（Driesch)那樣滿足于亞里士多德式的“形式”的形而上學。 有趣的是要在這方面指出：生物學方面明確主張結構主義的第一次嘗試，是貝達朗菲（L.von Bertalanffy）的“有機論”。這是受到“格式塔”（完形）即知覺和運動結構的領域里所進行的實驗心理學研究工作的啟發(fā)產(chǎn)生的。但是，這位生物學理論家的創(chuàng)作就其努力建立一種“各個系統(tǒng)的普遍理論”而言固然具有無可爭辯的興趣，可是從生物學的當代結構主義趨向來看，主要還是在比較生理學、因果關系胚胎學、遺傳學、演化理論、動物行為學等學科內部的進展，才是富有意義的。 從結構的觀點來

19、看，長期以來生理學繼貝爾納（ClaudeBernard）的研究工作之后運用了一個非常重要的概念，這就是坎農(nóng)（Cannon）提出的“體內環(huán)境恒定”（或譯“體內平衡”homeostasie）的概念。這個概念，涉及到機體內部環(huán)境的永恒性平衡狀態(tài)，因而也涉及到內部環(huán)境的調整，于是引起對整個有機體的自身調節(jié)作用的闡明。然而，整個有機體的自身調節(jié)作用，在三個方面超越了已知的物理平衡作用的形式（特別是按照勒夏托列LeChatelier原理，發(fā)生“平衡位移”時的部分補償作用）。 第一個方面，我們看到，結構的調整，首先取決于一個總的自身調節(jié)作用，其次是由起調節(jié)作用的各個分化了的器官來保證。例如根據(jù)馬考洋（Mar

20、kosjan）的研究，血液凝固的多種因素，產(chǎn)生一種從種系發(fā)生學上看已經(jīng)古老的自發(fā)的調節(jié)作用（可能從腔腸動物開始），然后這些因素受到第一個調節(jié)器官即激素系統(tǒng)的控制，最后又受第二個調節(jié)器官即神經(jīng)系統(tǒng)的控制。 由此而來，第二個方面，一個生命結構包含一種與有機體在其整體方面起機能作用相聯(lián)系的機能作用，這樣，這個生命結構就擔負或包含了一個在生物學意義上可以用子結構相對于整體結構所起的作用來確定的功能。在生命領域里，這個事實是很難提出異議的；但是在各種認知領域里，我們看到有些作者卻用結構主義來反對任何功能主義的情況，這種意見將留在以后來加以討論。 第三方面，讓我們注意，與有機結構的這種功能性質緊密聯(lián)系，就

21、是這些有機結構具有一個各種物理結構所不知道的方面（除非對物理學家來說），這就是要和意義聯(lián)系起來。這些意義，在行為領域里對生命主體來說是明顯的；尤其是行為領域里的本能結構，使種種遺傳的“意義的標志”（動物行為學家說的種種IRM：天賦行為機制innate releasing mechanisms)都發(fā)揮了作用。但是，從出現(xiàn)了生物學上所特有的正常與不正常的區(qū)別之后，這些意義在任何功能活動中就不是明顯的了。例如在出生時有窒息危險的情況下，血液的凝固立刻會產(chǎn)生一個神經(jīng)系的調節(jié)作用。 但是生物體內平衡并不只有生理學上的意義?，F(xiàn)代生物學結構主義的主要成就之一，就是已經(jīng)能夠拋棄掉把一個基因團作為許多孤立基因的

22、聚合體來看的形象，而是看成一個系統(tǒng)，在系統(tǒng)里，這些基因象多布贊斯基（Dobzhansky）所說的，不再“象獨奏者，而是象一個樂隊”似地起作用，特別是有一些起協(xié)調作用的基因，使好多個基因僅為某一個性質協(xié)同地起作用，或者是一個基因為幾個性質起作用，等等。遺傳學的單位不再是個別的基因團，而是“種群”，不是一個簡單的混合體，而是一個種系的組合體；以致它的遺傳“庫”呈現(xiàn)出一種“遺傳上的體內平衡”，也就是一種增加存活概率的平衡作用，而且正如多布贊斯基和斯巴斯基（Spassky）所已經(jīng)做的，當人使幾個已知種系雜交成一個“種群籠”（“cage a populatlon”），繁殖了幾代之后，來研究它們的比率時，

23、是可以驗證的。還不止如此，變異的基本過程不再是突變，而是遺傳上的“再組合”，這是形成新的遺傳結構的主要工具。 在胚胎發(fā)生學領域中，自從發(fā)現(xiàn)了“形成體”（organisateurs）、結構的調節(jié)作用和復生作用之后，已經(jīng)開始了的結構主義傾向，因瓦廷頓（Waddington）的研究工作而越發(fā)加強了，他引進了“血緣恒定”（homeorhesie）的概念，也就是在發(fā)育中的能動的平衡，對于圍繞著“胚胎順序”（creodes）即胚胎發(fā)育必須遵循的途徑可能有的偏差，能夠起補償作用。但瓦廷頓尤其指出了在胚胎發(fā)育過程中以環(huán)境為一方。遺傳綜合體為另一方之間的相互作用（表現(xiàn)型的形成），并且強調了這樣一個事實，表現(xiàn)型就

24、這樣成了基因團對于環(huán)境刺激的反應，選擇就在這些“反應”上進行，而不是在遺傳型本身上面進行：由于進行了這樣的選擇，才有“遺傳同化作用”即把獲得的性質固定下來的可能性?？偟恼f來，瓦廷頓在環(huán)境和有機體的關系上看到了一種控制論的回路，使得環(huán)境在制約有機體的同時，有機體也在選擇他的環(huán)境。這里自身調節(jié)結構的概念超越了個體和種群本身，包括整個由環(huán)境X 表現(xiàn)型X 種群遺傳庫所組成的復合體?？傊?，從演化的意義上來看，這種解釋是帶基本性的。但是，正象還有作者仍然認為胚胎發(fā)育完全是先天形成，從而否定了后生成（epigenese）概念的價值（相反，瓦廷頓卻恢復了這個概念的全部意義），近幾年來有時有人主張整個演化作用是由建立在脫氧核糖核酸（DNA）構成成份基礎上的組合系統(tǒng)所預先確定