乐高积木的拆与拼

美国圣母大学的Barabasi曾经在生物网络研究方面独领风骚。他在顶级科学杂志发表了若干篇研究论文之后，写过一本介绍其网络科学思想的书Linked。我是经龙漫远教授推荐而读到这本书的。 Barabasi在书中对人类研究自然的过程做了个比喻： 人类研究自然很像孩子出于好奇心去拆玩具。他的这个比喻很有道理。从前面我们对“自然”一词含义的讨论可以清楚地看出，人类和其他动物一样，不得不从周围实体存在中获取食物才能维生。要从周围复杂的、“与生俱来”的实体存在中分辨出食物、配偶与威胁，最终其实就是做好两件事： 对实体的辨识和对实体之间关系的想象。上面一节我们分析过，人类和其他生物不同之处，无非是能够对实体的辨识和实体之间的关系想象给出抽象的符号，然后以语言为载体，将对周围实体存在的认知在居群中交流分享。对天体的辨识和天体运行关系的想象的成功，非常重要的一个点是，由于人类距离天体的遥远和辨识能力的低下而将它们都想象为“点”，从而形成了对观察对象首先加以简化的辨识模式，而简化到极致，就是质点。我记得在上中学时，物理老师特别强调在对事物的观察中，一定要学会找到物体的重心。找到了物体的重心，就可以用它作为质点来计算其运动规律。估计所有上过中学的人都会有类似的记忆。我猜，物理学思维就这样被植入了现代社会成员的认知模式。

可是，“找重心”的“质点化”思维和Barabasi 所说的拆玩具的比喻是一样的吗？乐高(Lego)是一种改革开放之后才在中国传播开来的积木。和很多传统的立体积木或者平面的拼图( puzzle)游戏玩具类似，对小朋友而言，摆在他们面前的其实是两样东西： 一是玩具盒子上的图，一是盒子中的零配件。一般而言，小朋友都会被要求先用零配件搭出图上显示的物品或图案。在通过这个过程了解拼装的原理后，小朋友会被鼓励发挥想象力，用零配件去搭出图上所没有显示的物品。从小朋友对这类玩具的玩法上看，这种玩法和Barabasi所说的拆玩具比喻是完全不同的！Barabasi用来比喻人类对未知自然的探索的“拆玩具”，所指的是研究者所面对的是完整的实体存在，而不是一堆被拆散的零配件。研究者需要做的，是先把这些实体存在拆开，看看它们由哪些部分构成，然后把它们装回去。如果能装回去并看到它们按照没有被拆开前的方式存在或者运行，研究者会认为自己了解了研究对象的构成方式和运行规律。著名的物理学家理查德·费曼( Richard Feynman)曾说过一句话： What I cannot create, I do not understand。可是，如果把Barabasi的拆玩具和乐高的拼装玩法结合起来，我们可以发现一个有趣的现象： 我们假设乐高积木的零配件不是散装在盒子里的，而是从一个被拼好的物体上拆下来的( Barabasi的拆玩具)，这些零配件是只能用于拼装回原来被拆的那个物体，还是也可以被拼装成任意其他的物体？如果被拼装成其他的物体，我们会认为拼装者拼“对”了，还是拼“错”了(图1-5)？ 如果套用Feynman的名言，这个拼装者是理解了还是没有理解乐高积木的玩法呢？

可能有人会说乐高的例子是诡辩，因为所谓的“理解”应该是以最初的研究对象为参照系的。可是，人类是这个地球的后来者。我们来到这个世界之时，与我们生存相关的各种实体存在早已经在那里了。在探索之初，当然是就事论事地对不同的实体进行辨识和解析。可是当信息量达到一定程度之后，人们发现同样的组分/单元/零部件可以构成看起来完全不同的实体。从这个意义上看，从城市街景上拆下来的零部件搭成愤怒的小鸟，好像也并不能说是搭错了呀？

显然，看似简单的儿童玩具的玩法，其实反映了我们了解周围实体存在及其相互关系时的两种不同类型的问题： 一类，是现有的实体是怎么构成、怎么运转的。对这类问题，当然是以所探索的实体为参照系，设法拆开并且装回去。此时，问题的重点在所探索的对象上，这个对象是确定的。对这类问题，拆解和拼装这两个过程是可逆的，Feynman的名言是成立的。可是还有一类，是同样的组分/单元/零配件如何组装成不同的实体，而且这些实体都是可以运行的。在这类问题中，侧重点在组分上，组分的组装规则是通用的，可是组装成的实体是不确定的。通过拆解特定探索对象所了解到的这种对象的构成和运转规律，未必能自动推理出用同样的组分所构成的不同的对象。从这个意义上看，要寻找第二类问题的答案，拆解和拼装这两个过程是不可逆的。

我还在植物所工作时，有一次，在参加一个学术讨论的活动中，一位德高望重的植物分类学家和我们这些当时的年轻人说，在物理学上行之有效的还原论思维，或者说分析方法用在生命现象研究上，好像有时很难给出合理的解释，是不是中国传统的“综合”思维，比如“天人合一”可以更好地用来解释生命系统的复杂性？在那个阶段，我对什么是还原论、什么是整体论或者系统论知之甚少，只是直觉地感到对于生命现象的复杂性，恐怕并不是“分析”得太多、“综合”得太少，而是“分析”得还不够。现在看来，在对自然现象的探索和理解中，分辨力越高，才越可能有效地整合。从这个意义上，“还原论”没有任何错。问题恐怕在于研究者对问题的界定。最近有一位学识渊博的物理学背景的朋友在和我的电子邮件交流中提到，只有傻瓜才会用原子的运动规律去解释飞机的飞行功能。我非常同意这个说法。传统的物理学思维应用于生命现象所遇到的困难，恐怕并不是其“拆解”的传统——化学不也是靠“拆解”而理解物体/物质的属性的吗——而是其“质点化”的简化策略；不是拆解之后要求拼装回去以检验对研究对象构成及其运行机制解释的客观合理性的标准太严苛，而是在于，对生命系统的构成和运行机制而言，不同实体存在之间具有组分的通用性和拼装路径的多样性，使得成功回答上面提到的第一类问题的策略恐怕还不足以有效地回答第二类问题。如何找到一个合适的策略来回答第二类问题，恐怕是摆在不同学科的学者面前的共同问题。

至此，我们对后面章节具体介绍生命的逻辑时所无法避免的一些基本概念的内涵做了一些澄清。希望这些澄清，可以帮助大家把对生命的探索与思考放到整个大爆炸宇宙，即10的0次方到10的10次方的时空量的尺度上来考虑。我在1998年来北大工作后曾经应约写过一篇介绍植物发育单位概念的文章。题目中提出了“现象”和“对现象的解释”这两个概念，试图提醒读者注意，人们在生活中经常会出现把别人对现象的解释作为现象本身来接受的情况。后来，我发现，容易出现混淆的还不止于此。人们在对生存所不可或缺的实体存在的辨识和关系想象中所遇到的各种困难，除了实体的物化工具层面的不足之外，很多时候是认知能力在虚拟的观念工具层面上的不足。这种不足除了逻辑推理能力不足之外，最常见的，就是把现象与对现象的描述、基于描述的解释和基于解释的演绎混为一谈。希望本章的内容为大家后续阅读提供一个有益的参照系。