复杂系统的因果观和方法论（转）

王不留行

复杂系统的因果观和方法论
——一种复杂整体论
2014年02月12日 11:04 来源：原载《哲学研究》2008年2期 作者：范冬萍 字号
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　　整体论与还原论问题是科学和哲学中长期争论不休的一个古老论题，也是当代复杂性科学试图回答的一个核心问题。自近代科学以来，还原论的有效性使之成为占支配地位的一种研究理念和方法，“而且已经通过科学家及其它途径深深地植入了我们的文化之中”；但是，在处理复杂系统时，“还原论的不足之处正日益明显”。(Gallagher and Appenzeller, p.79)为此，有学者提出了一些新的还原模型，例如，美国著名分析哲学家金(J. Kim)的功能实现者还原模型(Kim)；也有一些学者提出了还原模型的各种修正方案(Schaffner; Wimsatt)，他们都力图为还原论辩护。然而，一种“超越还原论”（《科学》1999年的“复杂系统”专刊的导言正是以此为题）的理论诉求正日益强烈：在复杂性科学、认知科学、心智哲学、复杂性管理等领域，学者们相继提出了各种整体论，力图构建一种新的方法论来认识和处理世界的复杂性。本文通过分析复杂系统的因果关系，在方法论上提出了一种力图兼容并超越还原论的“复杂整体论”：一种多层次和多维度协同进化的整体论。

　　一、复杂系统层次之间的因果关系

　　复杂性科学的研究揭示，世界是层级结构和突现进化的。层级或层次是突现的结果，是突现形成一个序列的表现。主体之间的局域性相互作用通过自组织和适应性机制，产生了一种全局模式，即一个新的层次，表现出一种突现性质。这些新层次又可以作为“积木”通过相互会聚、受约束而生成新的模式，即更高一层次的新的系统和性质。由此层层突现，不仅产生了具有层级的系统，而且表现出进化突现的新颖性：新事物、新组织层出不穷。(cf. Holland)

　　早在20世纪初，英国突现主义就提出，世界的层次是按照事物的有组织复杂性不断提高而划分的，其中每一个层次都有自己独特的性质。按摩根(C. L. Morgan)的说法，最基本的三大层次是物理物质、生命与心灵，每一大层次中还可再划分为若干小的层次。(Morgan, p. 27)从一个层次到一个更高的层次的发展被称为突现进化，而每一层次都对应着一门或几门专门的学科。

　　高层次系统整体及其性质是具有独立性，还是仅仅为低层次的一个副次现象，主要取决于高层次的事物是否具有因果力或因果作用。我们知道，称有某种东西存在或某种东西是实在的，就意味着它有某种作用被我们观测到或通过论证被我们加以确认。因此，整体论者认为，高层次系统存在的整体性和突现性，不能完全归结为它的组成部分的作用，因为它对于低层级的组分具有一种下向因果作用，也就是说，因果关系对于各层次是开放的。

　　那么，下向因果作用是什么？又是如何表现出来的呢？最早精确而不带隐喻地说明下向因果关系概念的，是美国前心理学会主席、认知心理学家唐纳德·坎贝尔(D. Campbell)。他指出：“所谓下向因果关系原理指处于层级的低层次的所有过程都受到高层次规律的约束，并遵照这些规律行事。”“下向原因是一种自然选择和控制的间接变体，它是由进行选择的系统造成的原因，这些系统编织着直接物理原因的产物”(Campbell, pp. 180-181)。坎贝尔运用白蚁和蚂蚁、兵蚁中的颚骨结构，来说明高层次的约束作用是作为一种因果作用而出现的：这些蚁的颚部构型及其相应的肌肉的布置完全符合阿基米德的宏观物理学的杠杆原理，这可用蛋白质的分布来解释，而蛋白质分析又可用DNA来解释，因此，从DNA、蛋白质影响或决定颚骨的结构和功能，这是一种上向因果作用；但是，自然选择造成这种颚部具有最优效率，则是一种下向因果作用。

　　英国哲学家卡尔·波普对这种观点作了扩展解释：“我们说的下向因果关系，就是指一种较高层级的结构对它的次级结构起着原因的作用。理解下向因果关系的困难就在于此。”“我的意见是：下向因果关系有时候至少可以解释为作用于随机起伏的基本粒子上的选择。基本粒子运动的随机性（通常称为分子混沌状态）为较高一级结构的干扰提供机会。一种随机运动，当它顺应较高一级结构时就被接受下来，不然的话就遭排斥。”“选择压力就是这样通过选择，对具体的生命机体产生一种下向作用，这种作用也许可以用由遗传联结的世世代代的漫长序列来加以放大。”（波普）可见，高层次对低层次组分的选择力和控制力是下向因果力的主要形式。基因突变是低层次结构的随机变化，而生存竞争和自然淘汰则是高层次规律；后者对前者起影响和支配或选择的作用，决定前者的存活、传播和分布——这就是下向因果作用。

　　下向因果作用在社会生活中也非常明显。在社会系统中的个人行动，其主要约束力不是生理和心理的规律，而是社会的经济规律以及政治、法律、道德的社会规范。社会是由个人组成的，理性、自利的个人相互博弈，产生了社会契约和社会规范。因此，个人之间的协同作用是社会组织及其各种社会规范出现的原因，即上向因果关系。但社会组织或社会规范一旦突现，对个人的行为就会产生各种约束力，甚至是决定性的影响，这种影响就是社会或组织对个人的下向因果作用。

　　然而，因果还原论却试图消解所有高层次和跨层次的因果关系，特别是将下向因果作用归结为或者说还原为低层次因果关系。对这个问题的典型论证是金提出的功能实现者模型及其论证(cf. Kim)。但是，金的模型有其局限性，他消解下向因果关系的论证也是不成功的。（参见范冬萍）

　　事实上，对于一个复杂系统来说，实现一种性质特别是突现性质，即使主要的实现者存在于低层次的基础域中，实现者所在的系统整体及其环境的作用也是不可忽视的。可以说，一种突现性质是在系统与环境的关系网络中得到实现的。例如，我们要解释物种进化，从一个物种或个体的DNA域中寻找因果作用的实现者是必要的，但却是不够的。当代人类基因组的研究表明，在生物世界里，特别是高等生物体中，一种基因对应一种性状的情况是很少的；生物体的许多宏观性状与行为都是由多基因共同实现的。也就是说，一个突现性质往往是由多个实现者组成的整体来实现的。同时，环境对DNA的自然选择作用在物种进化中也是一种因果作用，也是一种实现者。因此，突现性质的实现者应该包括低层次基础因素P、高层次环境因素h以及同层次因素m，即是这三个层次实现者的合取：p & h & m。

　　从以上分析可见，在复杂系统的层次结构中，层次之间存在着多种因果关系，是一个复杂的因果网络。一个系统的低层次的协同作用可以影响整个系统的性质和行为，这是一种上向因果作用；而高层次的性质或整体模式一旦形成又会对低层次产生一种作用，这就是下向因果作用。在系统的突现进化中，上向和下向因果作用本身及其相互作用都不可能是简单的、线性的因果关系。因此，对于复杂系统而言，因果还原论是不成立的。

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　二、理论还原及其弱化与修正

　　因果还原论必然导致理论还原论。半个世纪以来，科学哲学中有关还原论与整体论的论争主要是集中在科学方法论的还原模型的有效性和局限性问题。目前，理论还原论本身已出现了一种弱化的趋势，而面对复杂性科学提出的挑战，理论还原的局限性更加明显，需要新的解释模型来修正。

　　在20世纪，首先对科学还原做出全面的论证和较精确的表述的是逻辑经验论者，并且首推纳格尔(Nagel)。纳格尔认为，所谓理论还原为理论，就是从还原理论的所有原理或规律推出被还原理论的所有原理或规律。但由于的述语中缺少了的术语，要从的原理推出的原理，就需要各种桥接原理才能使这个还原推理有效。纳格尔的理论还原模型可表述为 & BP ├ 。逻辑经验论的理论还原主张不仅是作为科学中理论还原方法的一种表达，而且是作为科学进步的基本规律和科学研究的基本纲领，即通过理论还原而达到科学统一的纲领而进行的论证。纳格尔等人认为，当一个理论被还原为一个更加广泛和更深层次的理论时，我们就有了一个客观的、积累的科学进步的典范。从热力学到统计力学，从伽利略力学和开普勒天体理论到牛顿力学，以及从牛顿力学到相对论力学，就是这种科学知识稳定增长的典范。

　　通过还原来实现科学统一纲领的还原主义的经典代表作，是1958年美国科学哲学家奥本海默(P. Oppenheim)和普特南(H. Putnam)合写的论文《作为工作假说的科学统一》。他们认为，科学统一就是：“所有科学词项都还原为一门科学（例如物理学）的词语”，“所有科学的规律都还原为某一门科学的规律”，前者叫做语言统一，后者叫做规律统一。而所谓还原为，就是“任何观察资料能被解释的都可以被解释”。(Oppenheim and Putnam, p. 3、5)理论之间或不同科学之间的还原关系是不自反、不对称和可传递的。他们认为，这种关系对科学统一纲领极为重要，它意味着还原具有积累的特性；基于这种特性，所有的科学终将还原为物理学，这是“达到科学统一的一个工作假说”。(ibid, p. 3)这种还原理念已受到学界的质疑和批判。库恩、费尔阿本德等人指出，不同理论之间，包括还原理论与被还原理论之间，通常是属于不同的范式，它们之间是不可通约的；因此，不同层次理论之间本质上是不协调的，是相互不可还原的。(cf. Feyerabend)

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而普特南在写了还原论的科学统一纲领两三年后，突然转入了反还原论阵营，成了反还原论主将。他将多重可实现性论题引进心理学哲学，反对心脑同一论，提出了“理论概念的非可还原性”论题。心理哲学家福多尔(J. Fodor)扩展了普特南对还原论的批判，将矛头指向科学统一的纲领。普特南发现，动物界中同一种心理类型，可以由各种不同的动物来实现。比较神经解剖学和生理学已证明，某种心理状态不可能有共同的神经状态结构来加以实现；它可以由完全不同的甚至彼此意义无关的实现者，…来现实，即由一个析取式…来实现。因此，如果这种多重实现也算是一个还原桥接原理的话，那就意味着，有许多不相同的桥将被还原的理论和概念各自带到各种完全不同的地方，这就彻底破坏了通过还原达到科学统一这个纲领的初衷。这实际上提出了一个非常有影响的深层问题，即多重可实现性表明：高层次的系统具有低层次组分所不具有的、相对独立的自然类、自然规律和因果关系，因而它们是不可以完全还原为低层次的自然类、自然规律和因果关系来加以解释的。某个科学规律本身就是自然类之间的关系，规律中的概念主要就是表述这种自然类的概念。因此，不同层次有不同的学科，不同层次学科之间各有各的自然类划分，因而各有自己理论的自主性和独立性；不同层次理论的自然类之间并不总是能对应起来的。要求一个理论的所有类谓词都能在另一个低层次理论中找到对应物的桥接原理是不可能的。也就是说，不同层次的理论之间本质上是相互不可还原的；即使能够还原，也只能是局部意义上的。

　　面对各种批评，还原论已变得越来越温和、精致和弱化。例如，K.沙夫纳尔提出的著名的“一般理论置换模型”，认为在理论还原过程中，还原理论()与被还原理论()都可能被修正或相互修正为，与。这时，从（或）导出的是而不是，但与有着“强类似”或“强类比”。这个导出的结果有一个可应用的实验域，落入这个域的连续统中，正是以这种方式被解释了。(cf. Schaffner)可见，被解释、被还原的理论实际上是被置换了，但又保留了它在历史上和在现实中的应有作用。这一个模型兼顾了逻辑解释的特点与经验直觉的事实。W.威姆塞特扩展了这种研究，提出了一个层级间理论解释的协同进化模型。(Wimsatt, p.676)

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沙夫纳尔等人是比较弱的还原主义者，他们特别强调理论还原是部分的还原。因此，一个高层次理论被低层次理论还原的过程，不是高层次理论由低层次理论所推出，而是部分地被解释还原，部分地被修改置换，部分地保持不变。这个观点正是反映了后期库恩哲学，即主张不同理论之间具有局部可通约性或局部不可通约性。不同层次上的理论有不同的基本概念、理论体系和不同的实验方法，它们构成库恩所说的不同的科学范式，在理论上是不可通约的；或者说得弱一些，它们是部分不可通约的，即由于不同范式的类词不同，因而发生从一个范式到另一范式的“翻译障碍”。同时，弱化的还原模型强调的是因果机制解释的还原，而不是完全演绎的还原。根据当代科学哲学家沙尔蒙的理解，所谓解释就是揭示相关论题的因果机制，而所谓还原解释就是揭示该论题所指称的对象的微观机制。(Salmon, p.3)

　　可见，某一个层次的理论不能完全还原为它的低层次理论，只能部分还原为低层次理论，而这个部分还原中也只有部分是属于演绎地还原，因而，高层次的科学理论具有相当大程度的自主性。著名的美国复杂性科学家霍兰在研究突现现象时就指出：“当我们能够明确表示出“宏观规律”，并用以描述这些突现现象的行为（如化学成键的规律）时，不论是在模型领域还是在真实世界中，我们在对问题的理解上都会获益匪浅。不论是康韦自动机还是真实世界中的一些过程，我们都不期望所观测的突现现象能够根据基本规律进行简单的描述”。(Holland, p. 189)也就是说，突现现象需要与其同层次的宏观规律的解释。

　　本文认为，对还原解释的修正，除了需要同层次的理论自主解释，还需要理论上索解释，即低层次理论的某些命题与规律，需要用高层次的理论与规律来进行解释；或者说，将系统的整体视为前提，用整体来解释部分的行为。这种向整体求解释的研究方式，有人称之为反向还原(Bunge, p. 129)，有人称之为情景机制(Sawyer, p. 269)，我们则称之为上索解释(upward explore)或理论的上索(up-duction of theories)（颜泽贤、范冬萍、张华夏，第162页），与理论的还原(reduction of theories)相对应。可以说，还原是从外到里的一种思维方法，而上索则是从里到外的一种思维方法。

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但值得注意的是，如果仅仅是理论上索的解释，即缺少相应的同层解释和低层次解释，那么与还原解释一样，也是不完备的。正如达尔文的物种进化解释，其上索到环境的自然选择和人工选择，在科学史上是一个伟大的进步，但由于其对物种变异的微观机理没有任何说明，所以还是不完备的。又如在社会学中，帕森斯的功能主义将个人、组织与社群的一切行为上索到一个更大的整体，用必须满足整体生存的需要即功能需要、功能命令来解释个体的行为，并用四个功能类：适应(A)、达标(C)、整合(I)、维模(L)来加以解释(Parsons, 1959)，就是一种上索解释，具有它的合理性和意义；但如果否认个体行为的自主性和他们之间的自组织，则又走向了与还原论相反的另一个极端。

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三、超越方法论个体主义

　　在社会科学方法论中存在一种个体主义。所谓方法论个体主义，严格地说，是主张一切社会现象都应该运用有动机、有意向性的个人的行动来加以解释。至于这些动机是什么，以及这些个人行动是否是社会现象还原的最后基石，方法论个体主义并没有做任何规定。然而，比较极端的方法论个体主义则认为，在社会方面，个人是社会的唯一的真实本体，所谓社会组织、群体不过是一些方便的“名称”与“标签”；共同利益这个东西并不具体存在，存在的只是个体利益的“线性叠加”，称之为公共利益；在认识论方面，它认为即使我们可以用整体的方法去描述、分析和预测社会现象，但除非这些解释完全根据个人的事实来表达，否则解释社会（或个人）的任何尝试都不应予以接受；在语义学方面，它认为一切有关整体的术语，如经济萧条、意识形态、宗教之类的术语，都可以通过语义还原论加以消去；而在价值观方面，它认为个人的权利、个人的利益在任何时候都是最高的价值，所以从追求个人效用最大化的“经济人”出发可以推导出几乎全部社会经济现象和其他社会现象。这种极端的方法论个体主义的观点不在本文讨论之列。

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严格意义上的方法论个体主义是必要的，否则我们无法理解社会现象的微观机制，也不能完整地理解社会现象。但是对于理解社会现象及其个人行为来说，方法论个体主义如同还原论方法一样，是不充分的。在分析社会系统与个人之间的关系时，我们也需要多层次和多维度的因果观和方法论。社会整体对个人的下向因果作用是不可忽视的。一个社会整体，社会的各种关系网络，甚至包括符号体系，对个人都具有因果作用。这些作用者可以是有形的，也可以是无形的；可以是物质和实体的，也可以是关系和过程的，它们都是因果力的持有者、支配者和调控者。因此，需要从下向因果作用这个视角来理解和解释个人的行为。这种下向因果作用主要表现在以下几个方面：(1)社会文化结构对个人的调节控制作用。在社会中，有一系列行为方式、行为模式是社会预先给定的，这种作用在新的一代人进入社会之前就已经存在，是他们无法选择的。文化关系、经济关系、法律制度、社会道德和风俗，像“剧本”一样规定着和调节着一个人能做什么、不能做什么。个人必须受制于社会文化的各种规范，这些都不是个人建构或选择的，而是社会整体的建构。当然，通过个人之间的协同作用，人们可以推翻它们，这是上向因果作用的体现。但这时已经预设人们曾经接受了它们的影响，即受到了下向因果作用。(2)社会系统的整体功能规定了个人的功能与角色，使个人行为功能化和角色化。社会和组织犹如一个有机体，这个有机体本身有它的生存法则，它的相对稳定的秩序规定了各个子系统的作用与功能。如果这些子系统不满足它的稳定有序的要求，社会的自适应性和自组织性会对它们进行调整，以达到满足生存、发展和有序化的目的。由此，产生了一个社会分工体系，每个社会成员被赋予了不同期望的行为和应履行的义务。(3)社会的关系网络内化为个人的人性、个人的目的、甚至个人的自主性和自我认同。马克思说“人的本质是社会关系的总和”；帕森斯说“人性并不是天生的，而是社会过程（起初是家庭）‘制造’出来的”(Parsons, 1955, p. 16)。当然，社会组织有工具意义的组织、情感意义的组织和构成意义的组织。对于构成意义的组织，其成员取得组织成员资格后，就将组织的目标和特征认同为自己的目标和特征，从而产生归属感、责任感和自主性。可见，社会组织对于自我具有一定的优先性和规定性。
http://www.cssn.cn/zhx/201402/t20140212_962091.shtml