《结构主义》

第三章 物理学结构和生物学结构

作者:皮亚杰

9.物理学的结构和因果关系

在人类科学的先进运动中,结构主义是已经革新了并将继续启发着人类科学的理论形态;因此,一开始就不可避免地要检验结构主义在数学上和逻辑学上的意义。但是,人们可能会问,为什么还要到物理学上来检验它的意义呢?这是因为,我们并不先验地知道,这些结构是否来源于人,还是来源于自然界,或者来源于两方面;而人和自然界的会合,是必须要在人对物理现象进行解释的领域里去加以研究的。

长久以来,物理学家的科学理想就是要测量物理现象,建立定量定律,并用一些概念,诸如加速度、质量、功、能……等,来解释这些定律。物理学家用其中一些概念来给另一些概念下定义,以求保留某些守恒性原理,表示其有前后一贯性。只要在物理学的这个古典阶段上,我们就可以来谈结构,尤其就是那些大理论的结构。在这些理论领域里,种种关系互相配合成为一个关系的体系。例如,在牛顿物理学里,就有惯性、作用力和反作用力相等、力作为质量与加速度之积等的体系;或者如在马克斯韦尔的体系中,有种种电与磁的过程间的互反性关系。但是,自从“原理物理学”动摇,物理学研究推广到了现象阶梯的极高层次和极低层次,又自从那尝试把力学从属于电磁学的这种前景出乎意料地被推翻以后,我们正在看到,对于结构观念作出了愈来愈高的评价:计量理论已成为当代物理学中必须小心从事的问题,人们竟致于到了要在测量之前先去寻找结构,并且要把结构看作是一个由若干可能状态和可能转换关系组成的整体,所研究的真实系统,要在这些可能状态和可能转换的整体之中去取得它的确定位置,而同时这个位置又要用这个种种可能的整体来加以解释和说明。

对于结构主义而言,物理学的这种演变所引起的一个主要问题,就是因果关系的本性问题。更确切点说,就是在解释因果关系定律时所利用的数理逻辑结构与现实世界所假定具有的结构这两方面的关系问题。如果依照实证主义的观点,把数学解释成是一种简单的言语符号表达方式,那这个问题肯定已经不再存在,而科学本身也就归结为一种纯粹的描写。可是,只要一旦承认逻辑结构和数学结构是作为转换关系的体系而存在的,那就要确定这样的问题:是否只有这些形式化的转换才能说明在事实里所观察到的真实变化和守恒性呢?或者相反,这些形式化的转换,只是不以人们意志为转移的、客观的物理因果关系的固有机制内化在我们心灵中的反映;或者最后是这些外在的结构和我们运算的结构之间存在着一种虽然没有同一性、却具有永久性的联系,而在一些中介领域,例如在生物学结构或我们的感知-运动动作的领域里,我们会看到这种联系正在具体地体现在这些领域里并在起作用。

为了明确观念,本世纪初关于因果关系的伟大学说之中有两个学说可以引来作为倾向于上述三种解释中的前两种的代表:第一种是梅耶森的解释,他把因果关系看成是先验性的,因为因果关系是从不同关系之中归纳出来的相同的东西;第二种是布隆施威克(l.brunschvicg)的解释,他用“存在着一个(相对论意义上的)宇宙”这个公式来为因果关系下定义。然而,这两个体系中,第一个体系的明显困难是,仅仅解释了守恒方面而放弃了转换的方面,而在“非理性”的范围里转换对于因果关系来说却是主要的。至于第二个体系,它带来的结果则是,把运算的结构合并进了因果关系里去,把算术看作是一个“物理数学”的分科(且不管人们谈到布隆施威克的唯心主义会说的一切!),但是,这个假说还有待于心理生物学的验证。

从这里再回到物理学上来,第一个明显的事实是,对于一整套定律进行的数理逻辑推演,只要仍然是形式上的,就不足以解释这些定律:要进行解释,就还要假设在现象下面有一些存在或“客体”,以及这些存在之间互相在另一方身上行使实际的作用。但是,特别令人印象深刻的事实是,这些实际作用竟在许多情况下与运算非常相似,而且正是到了前者与后者之间具有对应性的程度时我们才感到是“理解了”。可是,理解或说明,一点也不限于把我们的运算应用在现实上,证实现实世界是“让人摆布的”;因为一个简单的应用,依然还是在定律层次之内的东西。为了要超出这个层次,得出原因,必须还要有更多的东西:必须把这些运算分别赋予作为客体的客体所有,而且把这些客体理解为它们本身就是算子,到了这时,而且只有到了这时,我们才能谈论因果“结构”,因为这个因果结构是这些算子在它们之间实有的相互作用里的客观的体系。

从这样一个观点出发,物理的现实和用来描写这种现实的数学工具之间具有永恒的一致,已经是相当出奇的了。因为这些数学工具常常是在使用它们之前先就存在的;而这些工具在出现新事实的机会被建立起来时,它们并不是从这个物理事实里抽绎出来的,而是用推理的方法制定出来的,这种推理甚至于达到了模拟的程度。然而,这个一致,并不是象实证主义所认为的是一种言语表达方式和它所指称的事物之间的一致(因为,各种言语表达方式是没有在事物出现之前预先叙述它们将要描述的事件的习惯的),而是在人的运算和客体-算子的运算之间的一致;所以也就是在有肉体有精神的人这位特殊的算子(或者说是这位种种运算的制造者),和种种不同级别的物理客体这些不可胜数的算子之间的和谐。因此,在这儿存在的,或者是莱布尼茨梦想过的那些门窗紧闭的单子之间预先建立的和谐的光辉证明;或者是,如果这些单子偶然地不是封闭而是开放的时候,那就是已知的生物适应的最美好的例子了(就是说,既是物理化学的、又是具有认知性质的)。

然而,如果对于一般运算来说是真的,那末,对于最显著的种种运算“结构”来说就仍然是真的。例如,人们相当了解,群的种种结构(见第5节)在物理学中,从微观物理学一直到相对论的天体力学,已非常普遍地被应用了。然而,群结构的这种应用,对于主体的种种运算结构和外部客观的算子的结构之间的关系来说,是有很大意义的。在这方面,人们可以区分出三种情况。首先,第一种情况,群对于物理学家来说可以有一个试探性的价值,但只表示在物理上不能实现的转换关系,例如pct四元群,其中p指的是宇称(一个图形转变成镜子里和它对称的图形),c指的是电荷(一个粒子转变成它的反粒子),t指的是时间的反向!其次,第二种情况,转换作用并不构成不依靠物理学家的某些物理过程,而是掌握种种因素的实验者的具体活动的结果,或者是观察人员将种种不同情况下测量仪器上可能有的读数加以协调的结果。劳伦兹群有一种实现的情况就符合这第二种类型,只要当这个群引入参照点的改变就使速度不同的两个观察者的两种观点协调起来。于是群的转换就成为主体的某些运算,但是在某些情况下在物理学上是可以实现的。当一些真实的转换是由同一个主体施加在所研究的体系上时,就是这个群的第二种实现所表明的情况。由此引出了第三种情况,群的种种转换在物理学上可以不受实验者操作的影响而实现,或者在物理学上是有意义的,但是在“潜在可能”或潜在的状态下。

这第三种情况最为有趣,它就是当几个力由自身组成力的合成(平行四边形)时的情况。可以回想一下,对于合力为r的两个力而言,只要把这个合力的方向颠倒过来,以使得这第三个力r’等于合力r而方向相反,即能同前两个力保持平衡。于是也应该提到,用与这个系统的种种联系相适合的一切“可能的功”的补偿作用来说明这些平衡状态,是值得称赞的说明。那末,加上力的合成原理,这就在群概念的基础上建立起一个巨大的说明性的“结构”了。

马克斯·普朗克(max planck)在创造量子物理学中所起的作用,人们是相当清楚的,但人们也同样相当地了解,他并不完全适应由他所掀起的思想潮流。他曾经主张,物理现象在服从作用原因的同时,还肩并肩地完全服从于最小运动的原理:然而,在他看来,这个原理属于“目的性原因的性质,目的性原因是从相反方向,也就是说是用未来,或更确切一点说是用既定目的,作为导向这个目的的展开过程的来源”。然而,除了我们已经认为光子具有算子的品质以外,在我们认为光子具有和“有理性的生物”(同书p.129)行为相同(发光光线从某个恒星出发,尽管穿过大气层时受到种种折射,还是通过最短的光的途径到达我们这里)的能力之前,我们还得要思考一下,在这种情况下,相对于所有邻近的途径而言,费马(fermat)积分式的最小值是怎样确定出来的。然而,这儿又一次象在可能的功的情况下一样。我们把现实放进全部可能的转换里去,在与真正径迹邻近的所有可能的变异之间通过逐步用补偿关系,找出说明。

最后,在用概率论来说明的情况下,这些可能的转换的作用是明显的:用概率的(就是熵的)增加来说明热力学第二定律,虽则这一次乃是和群的组成相反的一种不可逆性,亦即用组成一个可能性的整体,从而推论出实在的东西来的方法(因为概率是有效事例数与这些“可能”事例数之比),来确定出一个结构的。

总起来说,存在着一些不依赖于人的物理结构,但是这些物理结构却符合于我们的运算结构,其中包括可能看来是精神活动所特有的性质,即建立在可能性的基础上、并把现实放置在这个潜在可能的系统里的性质。这种因果关系结构与运算结构的紧密联系,在依靠部分地是人为建立起来的模型上的情况、或在过程的开展与实验者的活动不可分的微观物理学的特殊情况下,是相当可以理解的(从而产生了爱丁顿[eddington]的比较清醒的话,他认为,不断地重又找到“群”的形式是大自然了);相反,当许多不同来源的知识符合点表明我们外部的结构有客观性时,在运算结构与因果关系结构之间存在紧密关系却提出了一个问题。关于这种情况,最简单的解释就是要记得,首先我们是在动作本身里面去发现因果关系的,不是在梅恩·德·比朗(maine de biran)的那种形而上学意义上说的一种“自我”的动作之中去发现因果关系的,而是在感觉-运动性和工具性动作中,幼儿就已经发现了运动的传递性以及推力和抵抗力的作用了。然而,动作也是运算的源泉;这并不是因为动作预先包含了运算,就如同动作也并不包含全部的因果关系一样,而是因为在动作的普遍协调中包括一定量的初级结构,它们足以做反映抽象和后来的构造过程的出发点。不过这就把我们引导到生物学的结构上来了。

10·有机界的结构

活的有机体,在种种其他体系之间同时既是一个物理化学体系,又是主体活动的源泉。如果象我们已经认为的(见第1节)那样,一个结构真的是一个能自身调节的有若干转换作用的整体性体系的话,那末有机体就是各种结构的原型了;而且,如果人们能够精确地了解自身的结构,那末由于有机体的人具有既是复杂的物理客体、又是行为的原动力这双重性质,就会给我们提供一把结构主义理论的钥匙了。可是我们还没有达到这个地步;生物学经过了好几个世纪的简单化的还原主义,或者是讲得多而解释得少的唯生主义之后,真正的生物学结构主义甚至还只是刚在形成的过程中。

单就把生命现象还原为物理化学现象的尝试而言,就象种种还原问题一样,对于结构主义也已经是有教益的了。但是在这种有巨大重要性的情况下,这种尝试具有特殊的尖锐性。以往还原主义的原理,认为在无机界中认识了a、b、c等现象之后,就应该足以理解用它们组成的总和或乘积:从而产生了一长系列叫做“机械论”的学说。这些学说中最糟糕的例子是笛卡尔的“动物-机器”论,和那种没有明确承认失败、在许多地方还受人尊重、主张由

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