40亿年生命史诗：解析理解的真谛

在前面的章节中，我指出了我们仍然缺乏一个关于生命的理论，一个能让我们理解生命是什么以及生命是如何出现的理论。尽管现在我们对生命机制的细节越来越了解，但我们依然欠缺对生命现象核心问题的理解。“理解”这个词到底意味着什么？当我们讨论日常生活中的问题时，我们不需要解释这个词语，其含义不言而喻。但是当我们讨论生命的问题时，情况就变得复杂了。“理解”这个词的含义直接关乎我们将采用的科学方法和其他的问题，所以我们必须简单地回顾一下这个困扰了人类2000多年的哲学问题。

在科学的世界里，我们采取科学的方法来认识周围的世界。这方法已经广为人知，所以我们将仅讨论与我们的分析相关的部分。科学方法的核心是归纳法，其论证方法可以追溯到古希腊的哲学思想。不过，这一方法在经过了科学革命的奠基人之一弗朗西斯·培根的描述后，才被提升到了科学界的重要位置。这段描述听起来十分严肃，可能会让人感觉这种方法很艰深。但是这种方法的本质其实非常简单，简单到年幼的小孩都能够靠直觉来理解，并且时而（下意识地）应用它。实际上，我认为一旦我们剥离了科学研究中的修饰和术语，就会看到其本质都是对归纳法的成功应用，也正是这一方法构成了我们所谓“理解”的基础。

通过归纳推理，从实践所得的事实中总结出具有普遍适用性的结论，这一过程我们可以简单地称为“模式识别”（pattern recognition）。让我们来看一个简单的例子，比如一颗坠落的苹果。没错，所有苹果都会从树上落下来，所以我们可以合理地总结出一个自然的普遍规律：“苹果都会从树上坠落。”但是，即便是观察力不强的人都能发现，可以从高处坠落的不仅仅是苹果，所有物体坠落的特征都是一样的。也就是说，“苹果都会从树上坠落”这个具有局限性的规则可以被扩展为“所有物体都能从高处坠落”，不过为了让这个规律可以描述一些例外的物质行为模式，比如热气球等等，我们还需要对它进行进一步的修改。

无须多言，物体坠落是一个十分明显的现象，即便是小孩也能快速地理解这个现象，而这一理解的过程就是对归纳推理在基础层面的应用。当一个小孩扔下某个物体，然后这个物体落到了地上，用不了多久这个孩子就能“理解”物体坠落这个单一的事件是“物体能从高处坠落”这个普遍规律的体现。所以，即便是对归纳推理和科学方法一无所知的年幼孩童，都能下意识地应用归纳推理来理解并适应他们周围的世界。英国诗人、历史学家托马斯·麦考利（Thomas Macaulay）在19世纪中叶就已经指出了这一点：

从开天辟地的时候起，人类就已经开始应用归纳推理的方法了。哪怕是最无知的农夫，最漫不经心的学生，还有嗷嗷待哺的婴孩，都在不断地应用归纳推理。这方法让农夫知道当他播种大麦时，不会收获小麦，让学生知道乌云密布的天气最适合去捕捉鳟鱼，让婴儿明白应该找他们的母亲或者保姆哺乳，而不是他们的父亲。20

实际上，所有具有认知能力的个体都时常应用归纳推理的方法，无论他们是不是人类，也无论这一行为是有意的还是无意的，因为这个推理过程已经深深地根植在了我们的进化过程中。实际上，尽管你的宠物狗并不熟悉培根的论文，对基本的认识论也缺乏了解，但是它依然能运用归纳推理的方法。只要观察一下当你拿出它喜爱的狗粮时它的反应即可。基于它长期以来学会的行为模式，它完全明白自己即将获得投喂。这种收集实践经验并从收集的信息中识别行为模式的能力是生命体从进化的过程中习得的，这种能力让具有认知能力的个体可以对外界做出有益于其自身的反应。无论是你的宠物狗、两岁的小孩，还是实验室里的科学家们，都在应用同样的归纳推理方法，差异仅在于识别出的行为模式的复杂程度而已。

如前所述，年幼的孩童也能够发现“物体能从高处坠落”这个规则，但是只有像牛顿一样的天才才能够发现一个更普遍的规则。万有引力定律能将坠落的苹果与天体的运行（比如地球和月球）联系起来，这一定律将物体之间的相互作用通过准确的数学形式描述出来。我们之所以能够理解苹果为什么会坠落，以及月亮为什么会绕着地球运行，是因为这些个别的事件都是一个普遍规则的体现，这个规则掌控着所有物体的行为。但是这也意味着世界上并不存在对苹果为什么会坠落这个问题完全而深刻的理解。重力只是用来描述苹果坠落这个事件的普遍规律的一个词语而已。

从根本上来说，所有的科学解释都是归纳性的，它们不过是发现了普遍存在的规律，并且将特殊的事件与普遍现象联系了起来。也就是说，一个规律适用的情况越广泛，比如有越多的实践观察被包括到这个规律之中，那么这个规律的预见性和重要性就越强。简而言之，这也是现代物理的本质，即发掘宇宙运行背后更具有普适性的规则，并不断拓展其适用范围。爱因斯坦的广义和狭义相对论就是一个很好的体现，相对论拓展了具有局限性的牛顿定律。爱因斯坦凭借相对论将牛顿提出的万有引力定律置于一个更广阔的背景中，在这个意义上，他在牛顿的基础上更进了一步。(www.xing528.com)

根据爱因斯坦的描述，引力不过是物体在四维时空中的自然运动，所以相对论为我们理解包括坠落的苹果在内的广泛物理现象提供了一个基础。当然，物理学家们还在这方面继续努力，试图通过复杂的公式，比如弦理论和M理论来进一步拓展这些法则的适用性，他们不断地试图发现所谓的终极理论，即一个适用于宇宙万物的理论。至于这个发现终极理论的目标是否能实现，那就是另外一个问题了，这不仅仅是一个科学问题，还是哲学问题。这个问题本身虽然非常有趣，但已经超出了我们所要讨论的范围。

数学在发现特定规律的过程中扮演着重要的角色。如果一个规律能够通过数学语言以量化的方式表达出来，那么它的预测能力将得到极大提升，它的效用自然也就增强了。诺贝尔奖得主、物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）曾经用这样一个比喻来描述量子理论的精确度，他说量子理论的精确度相当于用一根头发的精度来测量北美洲的宽度。我们就是需要注意这样的规律！这种规律的预测能力保证了数学在规律推导过程中的核心地位。当然这并不意味着定性方法没有效用和价值。我们不要忘记了，达尔文自然选择和共同后裔的革命性观点就完全是通过定性方法得出的，这些观点在人类对于自身的看法上至今具有重要的影响力。爱因斯坦有句名言：“不是所有算数的东西都能被数清，也不是所有能被数清的东西都算数。”（Not everything that counts can be counted，and not everything that can be counted，counts.）

我们始终在用“规律”一词来描述归纳推理所探寻的结果，不过科学家们通常使用一些不同的词，比如“假说”“原理”“定律”等等，这些词之间的差异仅在于它们的适用范围而已。所以，牛顿的万有引力定律可以被毫无疑问地称为“定律”，因为苹果和其他物体已经坠落过无数次了，而且太阳也每天照常升起。不过，“规律”一词本身所具有的模糊性其实自有其优势所在。不同于“原理”“定律”这些词语所暗示的某种绝对真理的意味，“规律”一词更微妙，它没有那么理直气壮，也没有那么确凿无疑，因此也更具有修正的空间。哪怕是牛顿定律中关于引力和运动的部分，也因为爱因斯坦的洞见而不得不进行修正。所以，如果我们牢记，每一个假说、原理或是定律从根本上来说都是一个规律，那么当这些原理或定律被修改或者驳回时，我们也就不会感到那么吃惊，那么不安了。

至于这些“规律”“规则”“定律”“概论”，或无论什么名称，它们为何存在，科学不能也并不假装能够回答这个问题。尽管一直以来人们都认为自然的法则是对自然现象的解释，但是早在一个世纪以前，20世纪伟大的哲学家路德维希·维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）就在他的著作《逻辑哲学论》（Tractatus，即“论述”的拉丁文）中指出：“现代对世界的理解完全基于一个幻想，即所谓的自然法则是对自然现象的解释。”任何现象都不存在根本的解释，我们最多可以说那规律本身就是解释了。规律就是连接起现实和我们对现实的理解之间的桥梁。这些规律的基础是什么，其背后的自然法则是什么，都是值得我们探索的问题。不过，它们都属于哲学问题，不在严格的科学范畴之内，所以也超出了我们的讨论范围。这里再引用一句维特根斯坦的话：“对于不可说的东西，必须保持沉默。”

通过上面的陈述，我们明白“理解”具有不同的程度。理解在很大程度是主观的，因为发现“规律”的过程并不总是确凿无疑的。有时候规律的发现取决于观察者的视角。就像诺贝尔物理学奖得主史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）指出的那样，判断一个规律是否具有洞见的好办法就是看看它能否引发同事的赞叹。话虽如此，“理解”的内涵在作为基础科学的物理领域和生物领域中是不同的，因为生物的研究领域从本质上来说是高度复杂的系统。在物理中，所有概括性的结论都无一例外地通过数学的语言来量化表达，所以它不能容忍规则之外的特例，这样的例外一旦出现，相关规则就需要被重新制定；在生物学中，结论很多时候都是定性的描述，例外的情况不但被容忍，而且作为一种常态被接受。不过，无论在哪个领域中，我们都需要强调，有时同样一组观察结果在经过不同方式的解读后，可以导向不同的规律。

当我们观察的规律是统计性的而不是绝对性的（这在社会科学中比较常见），或者当我们观察的规律从本质上而言是定性的而不是定量的，上述现象尤为明显。基于这一点，同一系列的历史事件可以被组织为不同的规律，所以历史学家们在解读这些历史事件时可以总结出完全不同的规律。大量对第一次世界大战起因的研究文献证明，一系列明确的历史事件可以通过不同的方式来理解和分析。并且在这种情况下，不同的规律之间并不一定是互相排斥的。比如一个两岁的孩童和一个理论物理学家都对坠落的苹果这一事件有各自的理解，不过他们的理解明显不同。他们都发现坠落的苹果是某个更普遍的规律的体现，但是物理学家发现的规律是量化的，而且更具有普适性。不过，那个孩子所发现的“所有物体都能从高处坠落”的规律已经足够让他应付日常的生活了。鉴于那个孩子最近没有发射卫星或者开展太空旅行的计划，那么对他来说，牛顿的万有引力定律和爱因斯坦的相对论对“物体能从高处坠落”这一规律的补充并没有多少实际的用处。事实上，我们仔细想一想，哪怕是一位物理学家，他在爬山时应用的都会是“物体坠落”的规律，而不是用弦理论以及狭义或广义相对论来引导自己的旅途。

总的来说，当从一个系统中可以总结出多条规律时，哪条规律更有效取决于实际的应用。伍迪·艾伦（Woody Allen）2009年的电影片名《怎样都行》（Whatever Works）就很好地概括了这一点。没错，只要有用就“怎样都行”。最终，无论我们将其称作“原理”“定律”“模型”“假说”，还是称其为“规律”，我们所有试图发现宇宙规则的努力其实都无法完全把握自然的真相。我们发现的规律不过是自然真相的投影，只不过有的更准确，有的偏差较大而已。这些发现为我们理解我们身处其中的复杂世界提供了帮助。在之前讨论的基础上，我们现在可以来看看如今依然亟待生物学解答的核心问题，即还原论（reduction）和整体论（holism）的问题。