樂高積木的拆與拼

美國圣母大學的Barabasi曾經在生物網絡研究方面獨領風騷。他在頂級科學雜志發表了若干篇研究論文之后，寫過一本介紹其網絡科學思想的書Linked。我是經龍漫遠教授推薦而讀到這本書的。 Barabasi在書中對人類研究自然的過程做了個比喻： 人類研究自然很像孩子出于好奇心去拆玩具。他的這個比喻很有道理。從前面我們對“自然”一詞含義的討論可以清楚地看出，人類和其他動物一樣，不得不從周圍實體存在中獲取食物才能維生。要從周圍復雜的、“與生俱來”的實體存在中分辨出食物、配偶與威脅，最終其實就是做好兩件事： 對實體的辨識和對實體之間關系的想象。上面一節我們分析過，人類和其他生物不同之處，無非是能夠對實體的辨識和實體之間的關系想象給出抽象的符號，然后以語言為載體，將對周圍實體存在的認知在居群中交流分享。對天體的辨識和天體運行關系的想象的成功，非常重要的一個點是，由于人類距離天體的遙遠和辨識能力的低下而將它們都想象為“點”，從而形成了對觀察對象首先加以簡化的辨識模式，而簡化到極致，就是質點。我記得在上中學時，物理老師特別強調在對事物的觀察中，一定要學會找到物體的重心。找到了物體的重心，就可以用它作為質點來計算其運動規律。估計所有上過中學的人都會有類似的記憶。我猜，物理學思維就這樣被植入了現代社會成員的認知模式。

可是，“找重心”的“質點化”思維和Barabasi 所說的拆玩具的比喻是一樣的嗎？樂高(Lego)是一種改革開放之后才在中國傳播開來的積木。和很多傳統的立體積木或者平面的拼圖( puzzle)游戲玩具類似，對小朋友而言，擺在他們面前的其實是兩樣東西： 一是玩具盒子上的圖，一是盒子中的零配件。一般而言，小朋友都會被要求先用零配件搭出圖上顯示的物品或圖案。在通過這個過程了解拼裝的原理后，小朋友會被鼓勵發揮想象力，用零配件去搭出圖上所沒有顯示的物品。從小朋友對這類玩具的玩法上看，這種玩法和Barabasi所說的拆玩具比喻是完全不同的！Barabasi用來比喻人類對未知自然的探索的“拆玩具”，所指的是研究者所面對的是完整的實體存在，而不是一堆被拆散的零配件。研究者需要做的，是先把這些實體存在拆開，看看它們由哪些部分構成，然后把它們裝回去。如果能裝回去并看到它們按照沒有被拆開前的方式存在或者運行，研究者會認為自己了解了研究對象的構成方式和運行規律。著名的物理學家理查德·費曼( Richard Feynman)曾說過一句話： What I cannot create, I do not understand。可是，如果把Barabasi的拆玩具和樂高的拼裝玩法結合起來，我們可以發現一個有趣的現象： 我們假設樂高積木的零配件不是散裝在盒子里的，而是從一個被拼好的物體上拆下來的( Barabasi的拆玩具)，這些零配件是只能用于拼裝回原來被拆的那個物體，還是也可以被拼裝成任意其他的物體？如果被拼裝成其他的物體，我們會認為拼裝者拼“對”了，還是拼“錯”了(圖1-5)？ 如果套用Feynman的名言，這個拼裝者是理解了還是沒有理解樂高積木的玩法呢？

圖1-5 樂高的拆與拼示意圖

可能有人會說樂高的例子是詭辯，因為所謂的“理解”應該是以最初的研究對象為參照系的。可是，人類是這個地球的后來者。我們來到這個世界之時，與我們生存相關的各種實體存在早已經在那里了。在探索之初，當然是就事論事地對不同的實體進行辨識和解析。可是當信息量達到一定程度之后，人們發現同樣的組分/單元/零部件可以構成看起來完全不同的實體。從這個意義上看，從城市街景上拆下來的零部件搭成憤怒的小鳥，好像也并不能說是搭錯了呀？

顯然，看似簡單的兒童玩具的玩法，其實反映了我們了解周圍實體存在及其相互關系時的兩種不同類型的問題： 一類，是現有的實體是怎么構成、怎么運轉的。對這類問題，當然是以所探索的實體為參照系，設法拆開并且裝回去。此時，問題的重點在所探索的對象上，這個對象是確定的。對這類問題，拆解和拼裝這兩個過程是可逆的，Feynman的名言是成立的。可是還有一類，是同樣的組分/單元/零配件如何組裝成不同的實體，而且這些實體都是可以運行的。在這類問題中，側重點在組分上，組分的組裝規則是通用的，可是組裝成的實體是不確定的。通過拆解特定探索對象所了解到的這種對象的構成和運轉規律，未必能自動推理出用同樣的組分所構成的不同的對象。從這個意義上看，要尋找第二類問題的答案，拆解和拼裝這兩個過程是不可逆的。

我還在植物所工作時，有一次，在參加一個學術討論的活動中，一位德高望重的植物分類學家和我們這些當時的年輕人說，在物理學上行之有效的還原論思維，或者說分析方法用在生命現象研究上，好像有時很難給出合理的解釋，是不是中國傳統的“綜合”思維，比如“天人合一”可以更好地用來解釋生命系統的復雜性？在那個階段，我對什么是還原論、什么是整體論或者系統論知之甚少，只是直覺地感到對于生命現象的復雜性，恐怕并不是“分析”得太多、“綜合”得太少，而是“分析”得還不夠。現在看來，在對自然現象的探索和理解中，分辨力越高，才越可能有效地整合。從這個意義上，“還原論”沒有任何錯。問題恐怕在于研究者對問題的界定。最近有一位學識淵博的物理學背景的朋友在和我的電子郵件交流中提到，只有傻瓜才會用原子的運動規律去解釋飛機的飛行功能。我非常同意這個說法。傳統的物理學思維應用于生命現象所遇到的困難，恐怕并不是其“拆解”的傳統——化學不也是靠“拆解”而理解物體/物質的屬性的嗎——而是其“質點化”的簡化策略；不是拆解之后要求拼裝回去以檢驗對研究對象構成及其運行機制解釋的客觀合理性的標準太嚴苛，而是在于，對生命系統的構成和運行機制而言，不同實體存在之間具有組分的通用性和拼裝路徑的多樣性，使得成功回答上面提到的第一類問題的策略恐怕還不足以有效地回答第二類問題。如何找到一個合適的策略來回答第二類問題，恐怕是擺在不同學科的學者面前的共同問題。

至此，我們對后面章節具體介紹生命的邏輯時所無法避免的一些基本概念的內涵做了一些澄清。希望這些澄清，可以幫助大家把對生命的探索與思考放到整個大爆炸宇宙，即10的0次方到10的10次方的時空量的尺度上來考慮。我在1998年來北大工作后曾經應約寫過一篇介紹植物發育單位概念的文章。題目中提出了“現象”和“對現象的解釋”這兩個概念，試圖提醒讀者注意，人們在生活中經常會出現把別人對現象的解釋作為現象本身來接受的情況。后來，我發現，容易出現混淆的還不止于此。人們在對生存所不可或缺的實體存在的辨識和關系想象中所遇到的各種困難，除了實體的物化工具層面的不足之外，很多時候是認知能力在虛擬的觀念工具層面上的不足。這種不足除了邏輯推理能力不足之外，最常見的，就是把現象與對現象的描述、基于描述的解釋和基于解釋的演繹混為一談。希望本章的內容為大家后續閱讀提供一個有益的參照系。