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第84篇 混沌论（1）— 混沌论产生的历史背景
第84篇 混沌论（1）— 混沌论产生的历史背景
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
一 余长根《混沌大世界》书中关于机械论力学缺陷的论述
（一） 经典力学的缺陷
近代经典科学，是伽利略——牛顿力学时代。这个伟大科学时代的以物理学为标志的自然科学然，达到极盛的顶峰，在欧洲乃至世界占居崇高的统治地位将近三个世纪。实际上，经典科学一开始就是以非我性为开端的，但是，由于当时的实践和知识的局限，它以大自然的终极描述的姿态，追求完美无缺的线性系统为对象，而把一些非线性现象加以忽略了。经典科学只相信本质上是有序的，有序=有规律，而把无序=无规律。不懂得，不研究非线性现象及其规律。他们以为决定论和可逆性的规律驰骋的缰域似乎已把大千世界尽收眼底，一切都已经似乎功德圆满无所遗憾了。对于牛顿的分析力学的辉煌成就和完美体系来讲，已经不存在什么有待解决的重大问题。但正是在这个形而上学的科学体系内部暴露了深刻矛盾。
伽利略是近代物理学之父，他用实验科学的定是否定了亚里斯多德的古典力学机体论（或目的论，即将一切物体运动与动物机体运动直接类比，以猜测性思辨的合理目的作为解释的根据），提出了惯性概念和相对性原理等。爱因斯坦认为：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端”。伽利略的力学思想，成了牛顿建立完整力学体系的先导。
开普勒在《新天文学》和《宇宙和谐论》两本著作中，分别发表了著名的行星运动三定律。关于所有行星的运动轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。这第一定律是对天体运行轨道均为圆形的传统观念突破。不过他发现行星绕太阳运动时，线速度和角速度都不均匀，但仍为面速度是均匀的而高兴。因为这是一种和谐的满足。他把发现行星绕太阳公转周期的平方和它们轨道半径的立方成比例，黎为第三定律，定名《宇宙和谐论》。开普勒是非线性研究的始祖，却被闵在追求均匀和谐的体系之中。
1686年4月28日，是人类文化史上最伟大的日子之一，牛顿向皇家学会提出了自己的代表作《自然哲学的数学原理》。牛顿继承和发展了哥白尼、伽利略、开普勒、笛长尔等数代科学家和哲学家的成就，在这部巨著中总结概括了著名的惯性定律、动量定律、作用定律和万有引力定律，构成了自然科学中第一个庞大而完整的公理化体系，直至今日仍然是我们使用的基本概念。在牛顿的体系中，定义和公理内在地联系在一起，每一个概念都能用一个数学符号表示。体系的数学映象保证内部不出现矛盾，物体在作用力影响下可能产生的运动由议程的可能解来表示。这样，牛顿学体系，以它的严密逻辑性和精美定量性，反映了它的正确和完美。对天体和地球上物体的力学运动给出了完整一致的解释。为建立统一的物质运动的宇宙观作出了伟大的贡献。
但是，西方科学的伟大奠基者们都强调自然定律的普适性和永恒性。正如罗杰·豪歇尔在艾赛尔·伯林的《反潮流》一书的“导言”中所说的：“他们寻求包罗万象的图式，普适的统一框架，在这些框架中，所有存在的事物都可以被表明是系统地即逻辑地或因果地相互联系着的。他们寻求广泛的结构，这结构中不应为‘自然发生’或‘自动发展’留下空隙。在那里所发生的一切，都应至少在原则上完全可以用不变的普遍定律来解释。”牛顿科学的雄心就是要提供一幅自然图景，该图景是普适的、决定论的，并且是客观的、完备的，似乎已经达到了应有尽有，无所不知的地步了。近代经典科学以为已经发现了自然界变化的核心处的永恒规律，因而也就排除了时间演化这类妖魔鬼怪，可以安稳歌舞，永享太平了。正象法国社会学家莱维——布鲁尔所说：“这种智慧的安全感是如此深地扎根于我们之中，以致我们从来也看不到它怎么可能被动摇……我们周围的自然界是有序和有理性的，恰如人类的思维一样。我们每天的活动便隐含着对自然规律普适性的完全信赖。”
（二） 力学≠一切
然而，事物的辩证法总是物极必反，不成问题的问题恰恰成了最大的问题。牛顿力学被当作描述自然永恒结构的体系，反而暴露了它的弱点和缺陷。牛顿的经典科学用力学规律解释一切机械运动是正确的。但是，世界的物质运动不仅仅是机械运动，还有物理、化学、生物、社会共五种基本运动形式。而且就是机械运动本身，也并非是单一的纯粹的，也是多样的、复杂的，所以这种机械的体系，恰恰存在着根本性的问题：
第一，机械还原论。
在自然科学研究中，有一种方法叫还原方法，就是将高层次的事物系统分解为较低层的组成要素，通过对它们的研究，揭示较高层次事物系统的特性和规律。如研究人类活动可以解剖猿猴现象作为标本。但是，由此再跨一小步就变成了谬误。还原论不同于还原方法。它把高级运动形式及其规律，完全归结为低级运动形式及其规律，否认了高级运动和低级运动的特殊本质和相互区别。这样就会矛盾百出了。牛顿在其代表作《原理》第一版中，多次表示认为机械运动是自然现象的终点，一切自然现象都可以还原，归结为机械运动，并希望用力学原理推导出自然界的许多其他现象，还把它夸大为合乎真理的哲学方法。而且，随着牛顿力学在解释天体运动和地面物体运动方面获得不断成功（如地球上潮汐现象的成因，在望远镜中找到了预言的海王星等）。影响越来越大，到18世纪末和19世纪初，几乎所有的自然科学家都相信：全部物理学，甚至全部自然科学都可以还原到力学，把自然界的一切都归结为机械运动。可以说，这是牛顿力学鼎盛时期全部自然科学的共同特征。例如，在解释热现象中产生所谓热质说，在解释燃烧现象中出现所谓燃素说，在解释电磁现象中导致所谓电液说等等。还有，不管是否有“力”的领域，都用“力”来加以概括，如化学亲和力，光的反向力，生物的生命力等等。甚至有人提出人是机器等。显然，这种把一切都归结为机械力学的还原论，是荒谬绝伦的了。
第二，机械决定论。
决定论是同非决定论对立的理论，它承认因果联系的客观性、必然性、普遍性，是不依人们意志为转移的规律性。牛顿力学体系把这种唯物主义决定论机械化、绝对化、凝固化，只承认因果必然性，否认任何例外偶然性。按照机械决定论的观点，给定一个微分方程，给定一个初始条件，就能决定过去或今后所发生的一切，排除了任何偶然性、特殊性、复杂性的可能，显然是片面的，错误的。法国著名数学家、物理学家、天文学家拉普拉斯学派，19世纪初把牛顿的纲领，即把一切物理化学现象归结为力（除了万有引力的吸引力以外，包括使物体膨胀和促进融解的热的排斥力，以及电力和磁力）的作用，变成了自己的正式纲领，当拿破仑统治欧洲的时候，这个学派统治了科学界。拉普拉斯把机械决定论推向了极端。它能在任意给定的瞬间组成宇宙的部分的每一物体的位置和速度，并能推断出该物体的所有变化，无论是向着过去的还是向着未来的变化。拉普拉斯认为世界的面貌是由它一开始就决定了的，现在的物质状态是由过去的机械状态所决定，以后的状态又由现在的状态所决定。自然界的全部发展过程是一条决定性的因果链，用形象化的语言表示那就是：自然界没有飞跃，没有偏向，没有波折，永远按同一轨道平铺来去。
（三） 机械论局限。
恩格斯在1886年曾经这样评论说：
“上一世纪的唯物主义主要是机械唯物主义，因为那时在所有自然科学中达到某种完善地步的只有力学，而且只有刚体（天空的和地上的）力学 ，简言之一，即重量的力学。仅仅利用力学的尺度来衡量化学过程和有机过程（在这些过程中，力学定律虽然也起作用，但被其他较高的定律排挤到次要地位），这是法国古典唯物主义的一个特有的，但在当时不可避免的局限性。”
“这种唯物主义的第二个特有的局限在于：它不能把世界理解为一种过程，理解为一种处在不断的历史发展中的物质。这是同当时的自然科学状况以及与此相联系的形而上学的即反辩证法的哲学思维方法相适应的。人们知道自然界是处在永恒的运动中。但是，根据当时的想法，这种运动是永远绕着一个圆圈旋转，因而始终停留在同一地点。总是产生同一的结果。”由于当时太阳系发生说刚刚提出，地球发展史即地质学还完全无人知晓，而关于现今的生物是由简单到复杂这样一个长期进化的结果，还根本不可能科学地产生出来，“因此，对自然界的非历史观点是不可避免的。”
恩格斯还从整个科学史揭露经典科学的弊端。真正的自然科学是从15世纪下半叶开始的。它把自然界分解为各个部分和门类，对有机体内部按多种多样的解剖形态进行研究，这是认识自然界方面获得巨大进展的基本条件。1669年牛顿写成了《运用无穷多项方程的分析学》，牛顿以后的经典力学的发展，主要是运用新的数学工具来解决具体问题，对基本概念和原理进行分析，尤其是法国数学家、力学家拉格朗日的《分析力学》，把新的分析方法运用到力学中去，从而丰富和发展了经典力学。但是，这种做法也给人们留下了一种习惯：把自然界的事物和过程分隔、孤立起来，撇开了广泛的总体联系进行单独考察，因此就不能把它们看作运动的而是静止的东西，不是看作变化的而是永恒的能把它们看作不是活的而是死的东西。这种考察事物的方法，被培根和洛克从自然科学移到哲学中以后，就造成了最近几个世纪所特有的局限性，即形而上学的思维方式。
在形而上学者看来，事物及其在思想上的反映，即概念，是孤立的、固定的、分割的、僵硬的、不变的。他们包括经典科学家，承认事物的客观实在性，但不懂事物的辩证联系和运动，典型的说法就是：“是就不，不是就不是；除此以外，都是鬼话。”初看起来，这种思维方式对我们来说是极为可取的，因为它是合乎所谓常识的。“然而，常识在它自己的日常活动范围内虽然是极可尊敬的东西，但它一跨入广阔的研究领域，就会遇最惊人的变故。形而上学的思维方式，虽然在相当广泛的、各依对象的性质而大小不同的领域中是正当的，甚至是必要的，可是它每一次都迟早要达到一个界限，一超过这个界限，它就要变成片面的、狭隘的、抽象的，并且陷入不可解决的矛盾，因为它看到一个一个的事物，忘记了它们互相间的联系；看到它们的存在，忘了它们的产生和消失；看到它们的静止，忘了它们的运动；因为它只见树木，不见树林。（余长根《混沌大世界》P112-119）
二 吴文成关于混沌论产生的历史背景的论述
吴文成先生有一篇文章《近代物理与新认识论》，论述了混沌论产生的历史背景，现在摘录如下：
（一） 前言
十九、二十世纪，是人类在思想各方面转变最剧烈的两百年。这些思想革命，从不同的方面导致传统价值的分崩离析，促使人们必须以新的角度来重新审视世界与自己。近代思想革命主要来自于四个方面：在生物学有达尔文演化论，在心理学有佛洛伊德的潜意识理论，在物理学包括相对论、量子力学和混沌﹙Chaos﹚理论，最后一方面是现代哲学。
自十七世纪，牛顿发现运动定律后，整个物理学便被纳入牛顿力学体系。物理因果律和决定论﹙Physical Determinism﹚──对事件系统的初始状态有精确的认识，便可正确无误地推论它此后的全部发展，科学家惯称此一通则为「因果律」，在古典物理中，因果律往往被指是决定论──大行其道，支配着几世纪以来科学家与哲学家的思想。直到十九世纪末以前，科学家们仍以简单唯物观看待实在界，认为语言工具够的话，人类可以完全掌握并预测实在界，甚至是它的过去与未来。
但是，一九Ｏ五年爱因斯坦提出相对论，敲响了牛顿物理学的丧钟。后来一九二五年的量子力学，批判因果律，几乎使得决定论穷途末路，至此，量子力学建立了非决定论在微观世界之发展基础。一九七Ｏ年代，混沌理论接着根本否定巨观事件的物理因果律，把非决定论推至成熟的里程碑。二十世纪物理这一连串的变革，是全面且深刻的，它一下就把人们认为可以客观掌握实在界的乐观想法给破灭，带来了人们对事物之新了解与看法。
（二） 相对论 ──量度值虽然并不见得「很真实」，但还有什么会比量度「更真实」呢？
相对论的提出不是偶然的。在十九世纪末，物理学家们便遭遇许多困难，当干涉仪的实验结果困扰物理学家的时候，爱因斯坦立刻放弃以太的概念并假设光速具有不变性﹙任何观察者测得之光速为同一固定值﹚，勇于怀疑传
作者：杨鸿智
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