科学还原论及其历史功过

摘要：虽然还原论的历史很短暂，但其思想和方法却很久远，它与近代科学的兴起相伴随。还原论在近现代科学中立下了汗马功劳，因此也在科学方法论中取得了统治地位。但是随着生物科学和复杂性科学的兴起，还原论的局限性逐渐显露出来，成为阻碍科学进步的绊脚石，为此超越还原论成了科学发展的一个共同目标。

关键词：还原论；涵义；分类；历史功过

中图分类号：B152　文献标识码：A　文章编号：1008―2972(2008)04―0074―05

一、还原论的历史嬗变

“还原论”一词十分年轻，它是20世纪的产物。第一个用到它的是著名哲学家蒯因(Willard Van OrmanQuine，1908-)。1951年蒯因在《经验论的两个教条》一文中正式提出还原论(reductionism)一词。他在这篇著名的科学哲学论文中指出，经验论有两个错误的教条：一个是分析命题和综合命题的区别，另一个是还原论。由于蒯因的引入，“还原论”一词在科学哲学中使用的频率越来越高，到20世纪50年代后期，已扩展到许多领域，而且内涵和外延都得到了扩张。

虽然还原论的概念历史不长，但还原论信念(又被称作还原主义)本身却久远得多，许多哲学家和科学家曾对它进行过考察和研究。在中国文化中，把对象分解为它的组成部分去研究的做法古已有之，庄子赞扬的庖丁解牛，中医讲的五脏六腑，就是例证。在西方文化中，还原的信念更是源远流长，古希腊的先哲们大部分都有这样的思想，例如，泰勒斯的水，赫拉克里特的火，德谟克里特的原子与虚空，亚里士多德的四因说等等，都试图把自然现象的复杂性认识归结到寻求一种或几种本源。但无论古中国，还是古希腊等其他古代民族，都没有形成系统的分析方法，更谈不上形成现代还原论这种完整的方法论。

从科学和哲学思想上说，还原论和分析思维的主要奠基者是笛卡尔，他在从事具体科学研究的同时，特别关心科学思维方式和方法论的探索，倡导通过仔细的演绎推理从基本的不可还原的思想中追求真理。因为他相信，存在“所有物体的普遍的质”，科学的目的就是把一切对象都还原为这种“质”。善于这种认识，笛卡尔提出适用于指导人们思维活动的四条原则，相当完整地规定了还原论和分析思维的基本内涵：

第一条是：凡是我没有明确地认识的东西，我决不把它当成真的接受。也就是说，要小心避免轻率的判断和先入之见，除了清楚分明地呈现在我心里、使我根本无法怀疑的东西之外，不要多放一点东西到我的判断里。第二条是：把我所审查的每一个难题按照可能和必要的程度分成若干部分，以便一一妥为解决。第三条是：按次序进行我的思考，从最简单、最容易认识的对象开始，一点一点逐步上升，直到认识最复杂的对象；就连那些本来没有先后关系的东西，也给它们设定一个次序。第四条是：在任何情况之下，都要尽量全面地考察，尽量普遍地复查，做到确信毫无遗漏。上述引文的核心为第二条：“把我所审查的每一个难题按照可能和必要的程度分成若干部分，以便一一妥为解决。”就是说，一个理论的或实际的问题摆在面前，如果你觉得它太复杂，无从下手，就把总问题分解为若干子问题，即把整体分解为部分，你把一个个子问题或部分搞清楚了，总问题或整体也就能够搞清楚；如果这些子问题或部分仍然复杂难解，就对它们再行分解，去研究那些更小也更容易理解的对象；如果它们仍然显得复杂，那就继续分解，直到找出那些不再复杂的更小对象为止。简而言之，笛卡尔主张细分问题并逐条分析之。笛卡尔的方法论思想经过从牛顿到爱因斯坦历代科学大师的补充和发展，特别是经过四百年科学实践的检验和锤炼而不断完善，终于形成还原论和分析思维在现代科学中全方位的支配地位。

笛卡儿的上述观点虽然影响甚大，但还没有形成精致的哲学思想。精致的还原论思想是由卡尔纳普、亨普尔等逻辑经验主义者发展起来的：在20世纪二三十年代，他们不加限制地推广使用还原方法，试图通过不同学科之间的严格还原，来达到学科间的理想统一，从而消除学科间的混乱和分歧。一般还原论的思想是建立在这样一个基本假设之上，即“表面上不同种类的存在物或特性是同一的。它声称某一种类的东西能够用与它们同一的更为基本的存在物或特性类型来解释。”20世纪60年代初，美国科学哲学家欧内斯特・内格尔(E.NageD把它表述成标准的还原模型。清晰明确地表达了还原论的思想，并引起了很大的影响，成为还原论的经典表述。后来，普特南(H.Putnam)、奥本海默(P.Oppenheim)以及历史学派的库恩(T.Kuhn)、费耶尔阿本德(P.K.Feyerabend)等科学哲学家都对还原论问题做过不同的论述。

二、还原论的涵义

对还原论的涵义，最经典、最权威的表述要数内格尔的表述了。内格尔认为，所谓还原指的是两个理论之间的关系，而所谓理论必须包括基本理论规律和特有的理论词项和观察词项，并已作了明确的表述和界定。这样，令T1和T2为两个理论，则说T2还原为T1，当且仅当：(1)T2上的术语能通过T1上的术语来定义，而且，(2)T2上的规律可以从T1上的规律导出。这两个条件分别被称为可连通条件(the condition of connectability)和可导出条件(the condition 0f derivability)。

所谓可连通条件，形式地说就是：对于T2中的所有不出现在T1中的每一个词项M，总存在着出现在T1中而不出现在T2中的理论词项N，使得：

(x) (N(x)M(x))或(x) (N(x)M(x))成立。这两个陈述，被称为桥接原理(bridgeprinciple)，有时又称为“对应规则”，因为它像一座桥一样将T1与T2这两个不同理论或不同学科的词项相互连接起来。当然，内格尔明确指出，这种桥接原理的主要表达形式是双条件语句，并且桥两岸的概念只要求有共同的外延。科学理论中有大量说明这种桥接原理的案例。例如，青霉素、胆固醇、尿素这样一些生物学的术语，经过多年的研究，被证明可以用一定的分子结构的纯粹化学的术语来定义。热力学中的“温度”与统计力学的“理想气体分子平均动能”是相对应的。

所谓可导出条件，是指一个理论T2要还原为理论T1。必须要求T2的所有规律必须由T1的规律以及相关的桥接原理逻辑地推导出来。令L2与L1分别为T2与T1的规律，B为桥接原理，则可导出条件可表示为： (L1＆B)┣L2。这里的┣表示推出。

上述所表达的就是所谓的理论还原的“内格尔模

型”。内格尔模型虽然表述精确明晰，但他论述的只是理论的还原。美国科学哲学家瓦托夫斯基(M.W.Wartofsky)认为，还原论有两种涵义，一是在考虑经验的意义时，指的是“所谓的理论术语还原为观察术语的问题”；二是考虑不同学科之间的关系时，指的是“把不同的科学还原为某种理想化的统一体的方法论论据”。美国学者欧阳莹之认为，还原论是关于概念、理论和学科之间关系的学说：

它们认为存在一个初级学科，次级学科可以且应该被还原成该基本学科。一个次级学科中的谓词被还原了，如果它可以唯一地用基本学科的词汇来定义。如果一条定律是由基本学科的定律推导而来，该定律就被还原了；一个理论被还原了，就是该理论中的每一语句都被翻译成基本学科中的语句，表达了同样的事实而没有含义的丢失。被还原的谓词、定律和理论，以及次级学科本身，都不是必不可少的，因为它们可以被上级的初级学科所替代。比如，如果心理学的概念和理论原则上可以用物理学的概念和理论予以消去的话，则心理学可还原为物理学。为了强调被还原理论的必不可少性，还原论有时被加上了多余的限定：消去性。它构成了这种说法的基础，即被还原的理论(reduced theory)仅仅是，或者不过是还原理论(reducing theory)的应用或逻辑结果。由于概念能使事物可理解，被还原概念的消去表明，用这些概念表示的事物不过是(nothing but)用还原的概念表示的事物。

M.Scriven曾指出：“还原论者是那些认为可以把光学和化学还原为关于波、场和粒子的物理学，把心理学还原为可观察的行为研究，把生物学还原为化学，把历史学还原为心理学，或把伦理学还原为决定论等观点的人。”著名哲学家奥本海默与普特南则从四个方面概括了还原论纲领的基本内容：

(1)一个很好发展的还原概念。与部分一整体关系的观念是不矛盾的；(2)科学的有秩序的不同分支描述了实在的不同水平，特定水平上的事情是由属于较低水平上的简单元素所组成的；(3)科学统一性的方案是建立在科学的基本的水平――物理学之上的；(4)在宇宙的进化过程中，给定水平上的客体相互结合，构成属于较高水平的整体，时间上较晚出现的事情可以根据时间较早的事情和过程来解释。

以上纲领包含了三种意义上的还原：1)组成的还原论：在自然系统中，高层次事物是由低层次的事物构成的；2)解释的还原论：可以根据较低水平上的事物的性质解释和预言较高层次事物的性质；3)理论的还原论：不同科学分支描述的是实在的不同水平，但最终都可建立在关于实在的最基本水平的科学――物理学之上。

就建立统一科学的纲领而言，还原论所依据的前提是：一种科学的理论可以用另一种更为基本的科学理论来进行系统的解释，或者复合体的定律可以还原为关于构成复合体的部分定律，正如内格尔所说：“还原的目标是要表明，次级学科的定律和一般原理只是初级学科的假定逻辑结果。”由此可见，所谓还原的对象既可以指物理世界中的存在物，也可以指人类所创造的知识体系，因而存在着不同层面上的还原论：本体论上的还原论和认识论或方法论上的还原论。

三、还原论的分类

根据上述还原论的涵义，可以从四个不同角度将其进行分类。

首先，根据还原论所涉及的学科范围，还原论可分为狭义还原论和广义还原论。狭义还原论特指物理学中的近代力学还原论以及其后发展而成的物理化学还原论；广义还原论则指涉及一切科学领域的一般哲学意义上的还原论。

其次，根据还原论所包含的本体论意义、方法论意义以及还原的具体实现途径，又可分为本体论还原论、方法论还原论和理论还原论。其中本体论还原论是指不同运动形式间高级运动形式归结为低级运动形式之观念；同一运动形式内的高级层次归结为低级层次之观念。本体论上的还原论以物质世界的本体“同一性”为前提，认为各种物质形态归根到底可以约化为一个最基本的层次，并从支配这一基本层次的物理规律出发来解释更高层次的规律。具体地说，本体论上的还原论包含了以下一些基本主张：1)无演化性。物质系统不同层次之间的还原中不存在时间的演化维度，即在还原的过程中不考虑时间的不可逆性。这样，系统演化过程中出现的涌现等现象就被抹去了。2)可分解性。在还原过程中潜在的假设是同类事物或非同类事物可以分解为更为基本的组分或元素，而在分解的过程中原有信息不会丢失。3)线性因果关系。处于还原过程中的事物间只存在线性的因果关系，因此一事物的变化只引起另一事物量方面的变化。4)叠加原理。就是说，一个系统的整体功能只是其各个部分的功能的线性组合。方法论还原论是指一种科学认识与研究的原则。它指以较低级的物质层次、较简单的物质运动形式去分析、认识较高级的物质层次较复杂的物质运动形式。理论还原论则是指用较为成熟的理论去理解和表达较不成熟的理论。

再次，理论还原论又依理论间的异同关系分为不同理论间的同一理论内部的同类还原与非同类还原。同类还原(homogeneous reduction)指的是：被还原的理论是还原理论的一部分，同种类的理论最终达到统一，例如把牛顿力学看作是相对论的特例。这种还原在解释科学史方面非常有价值。科学理论经常会被一些更综合的理论所取代，就像牛顿力学被相对论力学所取代一样。后者的研究领域覆盖了牛顿力学的研究领域，还有其他。在这种情况下，人们通常会认为领域窄的理论可以被还原，原则上不是必不可少的，因为它是更宽泛理论的一种特殊或极限情形。非同类还原(inhomogeneousreduction) 指的是：被还原的理论和还原的理论分析覆盖了不同的现象领域，例如化学还原为物理学。通常次级理论中包含了在基本理论中不存在的术语和概念，就像心理学概念在物理学中不存在一样。因为逻辑演绎不能制造出一个在前提中不存在的术语，还原过程就必须通过桥接原理来使不同的概念发生联系。在经过许多争论之后，哲学家们公认要想使还原获得成功，这种桥接原理必须要么是次级概念的清晰定义，要么是指明使用次级概念的必要条件和充分条件，这两种条件都完全用初级概念来表达。其实，这些严格的条件在实际的科学理论中很少遇到，原因在于能获得满足于更为随便的关联。

最后，依据理论间还原的强弱程度不同，还原论又分为强还原论与弱还原论。强还原论体现的是一种无条件的、绝对的、完全的还原观念。它指一个理论的全部术语、规律还原为另一理论的术语、规律而不借助于任何附加条件和原理。与此对应，弱还原论则是一种有条件的、相对的、部分的还原观念。它指两理论间还原之实现须依赖于一定的附加条件与原理(即桥接原理)。就实际情况而论，弱还原论则更接近于科学理论还原的实际状况。

四、还原论的历史功过

还原论在近现代科学的发展中的确曾经立下汗马功劳，但面对科学的进一步发展，常常又有些力不从心，越来越受到人们的批判。我们怎样来看待还原论的历史功过呢?

(1)本体论的还原。本体论还原论根据之一乃不同运动形式间以及同一运动形式不同层次间的连续性与联系。必须承认，本体论还原论认识到高、低级运动形式间以及同一运动形式内高、低层次间的包含与被包含关系这一连续性与联系，这无疑是十分可贵的。但据此进而断言高级运动形式(或同一运动形式的高级层次)决定于且归结为低级运动形式(或同一运动形式的低级层次)，这显然是毫无根据与十分荒谬的。显然，两者的连续性与联系本身决无理由表明它们间质的差异与特殊性的消失。事实上，任何高级运动形式包含低级运动形式(或同一运动形式内高级层次包含低级层次)，但同时它们又是含有质上新特点的涌现的形式(或层次)。本体论还原论的根本错误之一在于它否定了不同运动形式间(或同一运动形式内不同层次间)质的差异性与矛盾的特殊性。

本体论还原论的根据之二是所谓的科学统一性。本体论还原论认为整个科学最终将统一为物理学，或者说任何其他运动形式将最终被还原为物理运动形式，且还原是实现科学统一的唯一途径。事实上，科学的统一尽管是科学发展的基本趋势与崇高目标，但物理学作为唯一的还原终极目标理论的合理性值得怀疑，而且还原也不是实现科学统一的唯一途径。事实上科学的整合(即将科学问题放入更广阔的脉络中考察以寻求对其统一性或系统性的理解)也是实现科学统一的重要途径。由此可见，世界远比还原论者设想的更丰富，它包含着不可削平的复杂层次结构。本体论还原论恰恰是在强调科学统一性的同时却以世界的多样性与层次结构的牺牲作为代价。

本体论的还原论最终导致了机械自然观的产生。机械自然观最本质的特征是把宇宙看做是一只上帝已替它上紧了发条的大钟。“世界是一部钟表机器，行星在其轨道上永不休止地运转，所有系统在平衡中按决定论而运行，所有这一切都服从于外部观察者能够发现的普适定律。”这是一种机械论的还原论观点。本体论的还原论本质上是钟表匠的自然观。一只钟表可以拆散成各个组成部件：嵌齿、擒纵杆、弹簧和齿轮。还可以用这些部件把它装配起来。还原论设想，大自然同样可以加以组装和拆散。还原论者认为，最复杂的系统也是由弹簧、嵌齿和擒纵杆的原子、亚原子这些等价物构成的，大自然是以无限精致的方式组合起来的。还原论“把宇宙视为机械系统，此系统由相互分割的客体构成，而这些客体又可以还原为基本的物质构件，构件的性质和相互作用彻底地决定着一切自然现象。笛卡儿的自然观还被引申用来解释生命机体，生命机体也被视为由相互分割的部件构成的一部机器。这种机械论的观念现在仍然是我们大多数学科的基础，并对我们生活的各方面继续发挥着极大的影响，它导致了学术界和政府部门的支离分割，自然环境与社会被分割为许多部分，兴趣不同的小组分别征服、开发其中之一”。作为本体论的还原观现在越来越被批判，现在逐渐退出了学术舞台，但在现实生活和思维中还有很大的影响。

(2)理论间的还原。用较为成熟的理论去理解与表达较不成熟理论的理论还原论是一种促进科学进步的积极纲领，也是实现科学统一的基本途径之一。因为理论还原经由不同理论间的解释与表达而实现，这种解释与表达势必会形成不同理论之间的更替，从而使较为专门的理论发展成为更为简洁更具解释能力的较为普遍的理论，并进而推动着科学的不断进步，不断缩短科学走向统一的进程。纵观整个科学史，科学理论还原的理想一直推动着科学的发展。事实上，整个近代科学几乎是在向牛顿力学的理论还原指导下得以建立的，同样整个现代科学也是在向现代物理学、现代化学、现代生物学等理论还原指导下向前推进的。

还原论方法在科学理论和学科间的还原中也遇到了许多困难。逻辑经验主义学派试图从方法论上还原各门学科并且做了大量的工作。卡尔纳普认为统一的概念由语言的统一和定律的统一组成，但是主张前者的统一与科学更加相关，而且比后者更可能实现。他们“把科学大致分为物理理论和生物理论(在这两个术语最广泛的意义上使用)。语言的统一将通过还原来实现，不是把生物的还原为物理的(或反之)，而是把两者都还原为它所谓的(物理)事物语言(thing―language)。”但是这一思想受到很多责难，有的学者指出：为了描述条件和结果所需的任何东西都和卡尔纳普的“事物语言”相矛盾，但是我们不得不描述条件和结果以形成我们的知识，这就构成了一个无法消除的矛盾。在具体的还原过程中，逻辑经验主义学派把理论术语通过一定的对应规则转换成观察术语，其主要目的是避免出现理论术语的不可观察性和不可证实性，从而避免理论名词成为与形而上学一样的无意义命题。关于这一命题，卡尔纳普提出两层语义模型，坎贝尔提出“假说”和“词典”，亨佩尔提出安全网模型理论等等，但是都遭到了各方的责难，而且随着时间的推移，学派内部也发现自身理论的缺陷，不得不对自己的理论进行修补甚至倒退。例如其中的理论性名词与经验性名词无法严格区分，对应规则的不完全性等都无法完全解决。之后拉姆塞(Ramsey)采用数理方法(后被称作拉姆塞语句)，试图运用存在性命题来消除全称命题，由于这一形式过于复杂，不具有可操作性，最终这个极具创造性的想法未能解决对应规则的问题，至此还原论思想陷入困境。

(3)方法论的还原。方法论还原论作为一种科学认识与研究的方法是必要的，这既是科学发展的必然要求，同时也与人的认识规律相符合。事实上，方法论还原论是一种旨在将复杂性分解为更为简单的组成部分以研究其本质与规律的认识复杂性的方法。在它看来，高层次上所发生的一切，都可以用靠近于该层次的低一层次的术语与规律加以解释。正因为此，方法论还原论备受科学家与大多数科学哲学家推崇。方法论还原论具有以下两个主要特点：一是它包含了一种通过认识事物的各个部分而达到认识事物整体的方法。由于任何整体都由其具体的部分构成，因而认识整体就必须认识构成整体的各个部分以及各个部分之间的相互联系、相互作用，从而认识部分就构成了认识整体的必要前提。事实上，离开了对各个局部机制的认识，对整体的把握也便成为贫乏的抽象。尽管部分认识可以使整体认识变得更为深刻、更为具体，但它毕竟不能代替整体认识。于是一种整体论认识方法便成为方法论还原论的必要补充。二是它包含了一种由里及表、由本质到现象的认识方法。它主张从事物内部、从对构成事物组成要素的考察人手以探索事物的规律。但是同现象与本质之间的对立统一关系相对应，这种由里及表、由本质到现象的认识方法也应与由表及里、由现象到本质的整体论认识方法相结合。

分析的思想和还原的方法由于在数百年来的成功，在科学研究中取得了绝对主导的地位，并让我们形成了这样一种观念：当我们认识一个复杂的事物时，我们首先将这个事物依据某种原则分成多个小的组成部分，然后进一步将这些组成部分分成更小的子组成部分，直到能对这些更小的组成部分进行严格而又透彻的分析为止。一般认为如果将这些小的组成部分全部认识清楚，意味着我们已经完全理解了整个系统。正因为数百年来还原方法在各个学科中的成功应用，使得人们产生了还原方法是万能方法的错觉，就像牛顿力学当年被认为是万能理论一样。因此，还原论或者说还原方法就走过了头：近现代科学在取得巨大成就的同时，把还原论当成了唯一科学的方法论，把分析思维当成了唯一科学的思维方式，全盘否定整体思维的价值，从而走向了一个极端。其实，任何理论或方法都具有自己的边界条件。找到自己的边界，定准自己的位置，并不是意味着被彻底否定，而是回归到自己应有的地位。还原论在近现代科学中就是一种被无限夸大了的科学方法。这种方法本身并没有过错，过错的是我们把它无限夸大到了不适当的地步。为此，复杂性科学提出了超越还原论的号召。其实对还原论的超越也就是要对还原论作出某种限制，对原来认为宽大无边的可以处处使用的还原论找到适用的边界条件，让还原论处于自己的合适地位。

总之，还原论的分析观是一种只见树木不见森林的片面观点。它在科学发展的一定时期对于科学的进步来说是完全必要的，甚至是必不可少的。但当科学的知识积累起来，当人们的认识由一个个点发展到需要进一步弄清这些点之间的联系，需要把个别的知识综合起来，还原论纲领的局限性就明显起来。复杂性科学的兴起，是与克服这样的片面性相联系的。也正是在这个意义上，复杂性范式的形成就代表了科学研究范式的一种转变，超越还原论也就成为一种必然趋势，从而建立一种以还原论和整体论互补的“融贯论”。

责任编校：包礼祥