一個物理學家的還原論

　　Steven Weinberg即將出版的新書To Explain theWorld: The Discovery of Modern Science (HarperCollins, 2015)，是一本物理學家的（而非歷史學家的）科學史，關心的是我們的科學方法是怎么來的。在書的尾聲，溫老討論了“宏大的還原”（Epilog: The GrandReduction），大概將科學演化的路線歸結為一條還原的路線。

　　“還原論”（reductionism）的名聲不太好，通常認為它將復雜問題簡單化，將整體歸結為部分之和，將生物學歸結為化學而將化學歸結為物理學最后還將物理學回歸到基本粒子……。有個笑話：老師帶學生進實驗室，指著一排玻璃瓶說，人就是那些東西組成的：10加侖水，7條肥皂的脂肪，9 000支鉛筆的碳，2 200根火柴的磷，還有夠粉刷兩個雞棚的石灰……學生問，“人呢？”老師答：“那是哲學家的問題。”

　　可是，正如非線性科學的先驅John Holland說的，過去400年的科學都是靠還原進步的（For the last 400 years science has advanced by reductionism）。Von Helmholtz.甚至認為，“一旦把一切自然現象都化成簡單的力，而且證明自然現象只能這樣來簡化，那么科學的任務就算完成了。”他們認為還原能逐層級回答問題，還能追溯到一個“終極問題”。所以，追求終極理論的人對還原總是懷有幾分感激。

　　溫老好像很喜歡還原論，自稱還原論者。40年前，他為《科學美國人》寫《基本粒子相互作用的統一理論》，說基本粒子物理學最接近統一的定律。非物理學家批判那是“可怕的物理學家思維方式”，而物理學家“嫉妒”它代表的粒子物理學的高傲。凝聚態物理學家安德森（P. W. Anderson）給《紐約時報》寫信，抱怨粒子物理學迷惑了很多學生，還說粒子物理學的發現不如圖靈（Alan Turing）的計算機，也不如克里克（Francis Crick）和沃森（James Watson）的DNA。而溫老以為，DNA恰好代表了某些生物學家的“頑固的”還原論，因為他們相信生命的全部奧秘都藏在DNA的結構和功能里。

　　實際上，溫老不是人們想象的那種“極端的還原論者”；他只承認自己是“妥協的還原論者。”（見1987年給《自然》雜志的信（Nature 331 (1987): 475））。他在《終極理論之夢》里“不太熱烈地歡呼”還原論（Two Cheers for Reductionism）的時候，也不贊同將生物學還原到化學，將化學還原到基本粒子物理學。

　　在溫老看來，還原論并不是科學進步的萬能處方，而只是自然秩序的一種陳述（reductionism as a statement of the order of nature）。他的還原，是說我們的科學解釋將走向一個共同點。換句話說，還原是對自然的一種態度，一種感覺：感覺所有科學原理都能追溯到一組簡單連貫的定律。這種感覺與愛因斯坦對自然律所懷有的“宗教感情”是一樣的。

　　那么，還原態度如何看待不能還原的問題呢？生物多樣性和蝴蝶飛飛，是用不著DNA的，但DNA仍然是一切生命的基礎；復雜系統的有序和無序、衰亡和創生、模式和生命的“突現”（emergence）等等問題，都不能“還原”到簡單和部分，但我們仍然尋求一種原理的解釋——這才是溫老所說的還原的核心，即還原不教我們如何做科學和做什么樣的科學，它只陳述一種“自然秩序”。

　　還原的路線，也不是像工具書的“定義”說的那樣，一味地簡化和分解。它顯然已經走出了一條（或多條）新的路線：從某一點出發，卻開出一個宏大的視界，遠遠超出了原先的問題，還自然引出新的東西，同時解決一系列問題。例如相對論，本不是為某個具體的物理問題（它假定一個簡單的物理事實，外加一個美學的選擇），卻“在無意間”將引力問題甚至宇宙學問題轉化為時空幾何的問題。這當然不是用部分來解釋整體，用簡單來解釋復雜。真正簡單的是邏輯和數學結構。沿著這條路線走下去，黑洞和引力的研究或許比基本粒子物理學更加“基本”，因而也就不會有可笑的從人到石灰的還原了。

　　在溫老看來，所有科學家都或多或少是還原論者（盡管有的不愿承認）。他舉例說，假如某個醫學雜志同時發表兩篇報告淋巴結核新療法的文章，一個用營養湯，另一個是讓人撫摩——據說理查二世撫摸過十萬人，為他們治療淋巴結核（所以淋巴結核也叫“King’s evil”）。即使兩個療法的統計結果相同，我們多半會懷疑撫摸的療效，而營養湯多少還有可能發現生化機制的線索。我們不會相信不能用個體行為來解釋的經濟學定律，也不會關心某個不能用量子性質來解釋的超導電性的假說。這是當今普遍的科學態度，而這樣的態度，正有著還原的精神。

　　于是，還原精神猶如一個過濾器，能幫助我們濾掉那些我們認為無聊的“科學”。怎么無聊呢？溫老有個本家前輩Alvin Weinberg，曾任橡樹嶺國家實驗室主任，立過一個科學選題標準：“在其他條件相同的情況下，具有最大價值的科學領域是那些為鄰近學科帶來最多貢獻和最大光明的領域。”標準看似非常公道，卻遭到溫老的嘲笑：照這個標準，就該把幾十億美圓的錢用來做德州的蝴蝶分類，因為它有助于俄州的蝴蝶、甚至天下所有蝴蝶的分類——不論一個無聊的科學計劃對其他無聊的科學計劃有多重要，都不能為它自己增加一丁點兒分量。（溫老看不起蝴蝶分類，與盧瑟福看不起“集郵科學”大概是同一個傳統。）還原精神為我們樹立的選擇標準是：應該選擇那些能朝著某個方向匯聚的研究，那就是還原。