PAGE2PAGE3混沌——一種新的科學(xué)思想與文化隱喻韓雪濤世界是有序的還是無序的？世界是可預(yù)測(cè)的嗎？世界包括人類是受決定論支配的嗎？……一代又一代的人們?cè)趯で笾@些問題的答案。1686年4月28日，牛頓發(fā)表了偉大的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書。自此，人們似乎窺到了宇宙的整個(gè)奧秘。在牛頓理論的引導(dǎo)下，人們?nèi)〉靡豁?xiàng)又一項(xiàng)的成功。許多預(yù)言獲得了驗(yàn)證。這一切都似乎表明了宇宙的規(guī)律已經(jīng)被洞察，蒙在自然頭頂上的神秘面紗已揭開。人類已經(jīng)洞悉了上帝的旨意。一切誠如詩人蒲柏為偉大的牛頓寫下的墓志銘所言：自然和自然的法則在黑夜中隱藏，上帝說，讓牛頓去吧于是一切都已照亮。在科學(xué)取得的巨大的成功下，幾乎沒有學(xué)者再懷疑世界萬物發(fā)展的可預(yù)測(cè)性。偉大的天文學(xué)家拉普拉斯發(fā)表的宣言是這一樂觀態(tài)度的最好表述。在1812年出版的《概率的解析理論》一書中拉普拉斯寫道：“假如有一位智者在任一給定時(shí)刻都能洞見所有支配自然界的力和組成自然界的存在物之間的相互位置，假如這一智者的智慧巨大到足以對(duì)自然界的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，他就能將宇宙最大的天體和最小的原子的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)統(tǒng)納入單一的公式之中。對(duì)這樣的智者來說，沒有什么是不能確定的，未來同過去一樣都?xì)v歷在目。”運(yùn)動(dòng)在宇宙創(chuàng)生那一瞬間發(fā)動(dòng)，從此以后，宇宙像一臺(tái)加足了油的機(jī)器按指定的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)。這是一幅完全決定性的世界圖景――未給各種偶然性留有任何余地，宇宙的未來完全由它的過去決定。在當(dāng)時(shí)智者眼中，世界成了一個(gè)巨大的鐘表機(jī)構(gòu)。它按照已被揭示的固定規(guī)律擺動(dòng)著。生存在宇宙中的人類本身也沒有自由貫徹自己意志的余地，因?yàn)槲覀冏约鹤罱K也只不過是由遵循自然法則的各組成部分構(gòu)成的。雖然，我們覺得這樣的科學(xué)觀念并不能反映我們的實(shí)際生活。但科學(xué)實(shí)踐中的成功，帶給科學(xué)家們?cè)絹碓酱蟮淖孕?。最終凝聚成一種信念：世界是可被預(yù)知的。只要我們明白了支配宇宙的規(guī)律，那么我們就能推察過去，預(yù)言未來。宇宙的統(tǒng)一規(guī)律已找到了，宇宙的圖景已被描繪出來了：宇宙不過是一臺(tái)機(jī)械的鐘表。在牛頓之后的兩個(gè)多世紀(jì)里，鐘表宇宙不但是科學(xué)家們的信仰，而且作為一種隱喻它還滲透進(jìn)西方文化之中，支配著人們認(rèn)知世界的模式。然而，關(guān)于宇宙的這種圖景難道是真的嗎？對(duì)鐘表宇宙的第一次挑戰(zhàn)來自熱力學(xué)。一方面，在處理熱力學(xué)問題時(shí)，牛頓力學(xué)顯得無能為力，經(jīng)典決定論在此失效了，人們不得不借助于統(tǒng)計(jì)力學(xué)。不過，這種尷尬似乎并沒有給決定論者的狂熱帶來太多的尷尬，因?yàn)樗麄兛梢詫?duì)決定論向統(tǒng)計(jì)力學(xué)的妥協(xié)視而不見。當(dāng)回顧科學(xué)史時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，雖然統(tǒng)計(jì)力學(xué)對(duì)決定論而言是一個(gè)無法自圓其說的難題。但它并沒有對(duì)經(jīng)典決定論帶來太大的沖擊。另一方面，熱力學(xué)第二定律，現(xiàn)在又稱為熵定律指出：世界的熵在不斷增加?；蛘哒f，世界將變得越來越無序，最終宇宙的前景是進(jìn)入熱寂狀態(tài)。這是一種新的關(guān)于世界的圖景。當(dāng)這種圖景作為隱喻進(jìn)入到文化領(lǐng)域時(shí)，也創(chuàng)造出一種新的世界觀。這里對(duì)此不想多加討論。感興趣的可閱讀《熵：一種新的世界觀》一書。下面要談的是對(duì)經(jīng)典決定論更具打擊性的一個(gè)方面。這就是近幾十年來科學(xué)研究的熱點(diǎn)：混沌。何謂混沌？這不是一個(gè)容易回答的問題?；蛟S我們可以通過混沌的發(fā)現(xiàn)史獲得對(duì)它的初步認(rèn)識(shí)。下面講述的是一個(gè)來自氣象學(xué)領(lǐng)域的關(guān)于混沌的故事。1963年的一天，氣象學(xué)家洛倫茲踱進(jìn)麻省理工學(xué)院的咖啡館。而在他進(jìn)來之前，他剛把一個(gè)數(shù)據(jù)輸入他那臺(tái)現(xiàn)在看來工作速度其慢無比的計(jì)算機(jī)，以驗(yàn)證上一次的結(jié)果。他知道結(jié)果還需要等一個(gè)來小時(shí)，他大可一邊躲開噪音，一邊來悠閑地享受點(diǎn)咖啡。當(dāng)他回到自己的工作室時(shí)，令他驚訝的事發(fā)生了：這次的結(jié)果與上次的結(jié)果在開始時(shí)相同，但到后來卻出現(xiàn)了很大的差異。他的結(jié)果是通過曲線表示的，這就是說兩條曲線只是在開始時(shí)相吻合，而到后來兩者卻分道揚(yáng)鑣了。問題出在計(jì)算機(jī)上嗎？要知道，那時(shí)的計(jì)算機(jī)是經(jīng)常出錯(cuò)的。但洛倫茲通過再次驗(yàn)證排除了這種可能。那么原因何在？不久他就找到了緣由。在初次計(jì)算中，他輸入的值是0.506127，而在后來的計(jì)算中，他輸入的值是0.506。兩者相差甚微，用后來替換前者按常理說應(yīng)無不可。然而，問題就出在這里。由于誤差會(huì)以指數(shù)形式增長，在這種情況下，一個(gè)微小的誤差隨著不斷推移造成了巨大的后果。將此應(yīng)用到天氣上，可以做一個(gè)生動(dòng)的比喻：“中國上空的一只蝴蝶振動(dòng)雙翅，美國某處便下起了雨?！边@就是著名的蝴蝶效應(yīng)。換句話說，即系統(tǒng)對(duì)初始條件具有敏感性。這正是混沌系統(tǒng)的最重要標(biāo)志。由于這種敏感性，微小的因會(huì)引發(fā)導(dǎo)致巨大影響的果。這樣的結(jié)論奇怪嗎？一點(diǎn)都不奇怪。生活中的這類例子，簡(jiǎn)直可說太多了。我們的前人不早就用“差之毫厘，謬以千里”這一俗語表達(dá)過同樣的意思嗎？或許真正令人奇怪的是科學(xué)在很長的時(shí)間中并未受到這種常識(shí)的影響。在回顧混沌史時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)深有意味的一件事：在一段時(shí)間中，許多不同領(lǐng)域的研究者研究著相似的主題，但他們之間沒有聯(lián)系。只是隨著時(shí)間的推移，慢慢地人們才忽然發(fā)現(xiàn)這些不同的領(lǐng)域可以歸結(jié)在一個(gè)主題之下。或者說，不同的研究者開辟著不同的道路，然而這些不同的道路最終通向了相同的終點(diǎn)：混沌。這些領(lǐng)域包括：數(shù)學(xué)、天體力學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)……與天氣一樣，這些迥異的領(lǐng)域都存在著對(duì)初始條件具有敏感依賴性的混沌系統(tǒng)。到70年代末，混沌學(xué)作為研究領(lǐng)域正式確立。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)與其說自己生活的世界是一個(gè)鐘表世界，不如說更象是一個(gè)混沌的世界?，F(xiàn)在一些評(píng)論家已把混沌理論看作是20世紀(jì)的第三次偉大的科學(xué)革命。另一方面，這一科學(xué)領(lǐng)域中的革命又很快滲透入文化領(lǐng)域，成為一種文化隱喻，成為人們認(rèn)識(shí)世界的新框架，并大大地改變了人們看待這個(gè)世界的方式。關(guān)于世界的圖景也因此發(fā)生了轉(zhuǎn)變。作為一種新的隱喻與關(guān)于世界的圖景，混沌帶給我們多方面鑒識(shí)。其一，鐘表宇宙所代表的經(jīng)典決定論在混沌觀下宣布破產(chǎn)。由于在復(fù)雜的系統(tǒng)中，事物的變化會(huì)受到微小干擾的巨大影響，而這種微小干擾所造成的誤差無論從理論上還是在實(shí)踐中都無法避開，這就意味著人們對(duì)這些復(fù)雜系統(tǒng)的預(yù)測(cè)是極其有限的。因此，混沌理論向人們展示了想全面控制宇宙的理想只能是一種幻想?；煦缦到y(tǒng)是我們無論如何也無法預(yù)測(cè)、操縱并控制的?；煦缫馕吨?，我們或許到了改變控制、征服自然觀的時(shí)候了。其二，混沌的研究，使人們對(duì)有序與無序的認(rèn)識(shí)上升到一個(gè)新的高度。通過簡(jiǎn)單的規(guī)律可以產(chǎn)生出無序的混沌，而混沌中亦存在著規(guī)律與有序的東西。如著名的費(fèi)根鮑姆常數(shù)、奇異吸引子等?；蛘哒f，復(fù)雜、混沌的過程能產(chǎn)生清晰、規(guī)則的結(jié)構(gòu)。有序與混沌還往往會(huì)糾纏在一起。在某種尺度內(nèi)看似有序的東西，放在更小些的尺度上看，又變成無序的東西。另外，我們還可看到，通過“自組織”（一個(gè)很令人回味的概念）過程，可以從無序和混沌中“自發(fā)地”產(chǎn)生出有序和組織。而有序在進(jìn)一步發(fā)展中，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)突變點(diǎn)，或分岔點(diǎn)，在這個(gè)分岔點(diǎn)上，系統(tǒng)既可能進(jìn)入一個(gè)新的更加有序的階段，也可能陷入到無序的混沌之中。因此，混沌到有序，有序到混沌形成了一個(gè)類似螺旋式的上升過程。這種觀點(diǎn)與熵觀念下的世界圖景有著鮮明的對(duì)比。其三，通過對(duì)混沌的研究，人們對(duì)必然性與偶然性之關(guān)系獲得了新的洞察。在牛頓式的宇宙圖景中，只有必然性高踞于王位之上，偶然性并排除在外。而在混沌論的圖景中，偶然性找到了自己應(yīng)有的地位。由此我們明白，一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展中既依靠必然，同時(shí)又深受偶然性之影響。兩者共同決定了一個(gè)系統(tǒng)的命運(yùn)。其四，從混沌理論的角度來看，注意系統(tǒng)間如何彼此競(jìng)爭(zhēng)，不如關(guān)注系統(tǒng)間如何彼此依賴、相互關(guān)聯(lián)更為重要?；煦缈茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)自然歷史中充滿了所謂的“協(xié)同進(jìn)化”的例子。熱帶雨林是協(xié)同進(jìn)化和合作的一個(gè)精巧復(fù)雜的例子。從朽木上的真菌到長羽鳥和南美切葉蟻，所有生物都在相互依存中演化，以數(shù)不清的精微方式彼此協(xié)作，從而保證了彼此的共同生存。混沌理論告訴我們，競(jìng)爭(zhēng)與合作不是非此即彼的對(duì)立概念，它們復(fù)雜地交織在一起。其五，混沌使人們用嶄新的形式重新看待古代智慧。舉一絕妙的例子。在混沌研究中，有一個(gè)重要名詞：自相似性。而這種思想簡(jiǎn)直可說是佛教“一沙一世界，一葉一如來”觀念的混沌版。如果作進(jìn)一步考察，可發(fā)現(xiàn)混沌理論以其對(duì)簡(jiǎn)單與復(fù)雜、有序與混沌、一與多、自我與他人的包容，與古老智慧相當(dāng)接近。其六，混沌理