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生物学与物理学之范式差异
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广告招租，e-mail:yesize@hotmail.com 本文论述生物学与物理学的范式差异，说明生物学与物理学的差别源于它们的研究方法和方式。 目前，人们普遍地感觉到，用现有的物理学定律无法解释生命及社会现象。这使人们确信这样的断言：无机界和生物界有着本质的差别，因而在无机界和生物界存在着各自不同的规律。这种信念也存在于人们对自然界和人类社会的认识之上。 这种较普遍的根深蒂固的认识其实是一种误解，这种误解滋生的根源就在于各个学科或领域之间的研究范式不同。只要仔细分析一下，我们就会发现，物理学和生物学或者自然科学和社会科学之间现有的鸿沟，并不是因为非生物与生物或者自然与社会的本质差别造成的，而是我们在描述无机运动现象、生命运动现象以及社会运动现象时，分别使用了不同的思维定式或理论范式。 物理学的辉煌肇始于牛顿力学，从牛顿到爱因斯坦，物理学家的世界观始终是机械的决定论的。无机物（如天体）的运动所遵循的原则，在原理上多半用以时间为变量的微分方程来表示。这种数学方程所描述的只是物体的位移，而非内在的运动或变化。牛顿——莱布尼茨的微分方程，在宏观上，把所描述的对象视为一个整体（称为质点），在微观上把研究的对象看成永无变化的刚体——不考虑研究对象内外的物理和化学变化；也就是说牛顿力学所研究的无机物，除了位移以外，其内在本质不随时间的变化而变化。所以，牛顿力学研究的只是两个或多个不同体系（或系统）之间的相互作用，而不涉及体系或系统内部的问题。而生物科学则恰恰相反，它多半是研究生物体内部的运动或变化，较少考虑生物个体与个体之间的相互作用。 物理学和生物学的范式之所以不同，是因为人类基于自身的需要，在面对不同的对象时所关注的问题不同。对于天象，人们最关注的是恒星（包括太阳）、地球及其他行星和彗星等天体为什么会像他们所观察的那样发生位移（运动）；因为天体的移动常常关乎人们的收成和日常生活。对于生物，人们最感兴趣的是它们为什么会有如此的结构、形态和功能，很少有人去详细了解动物怎么运动以及狐狸和兔子、兔子和植被等生物之间的相互关系，甚至于以研究整个生物群落或生态系统为目标的生态学也较少关注个体的运动及其相互作用；对于人类社会，我们最关心的是自己或他人的命运及社会的发展（演化），很少有人会去研究自己或他人什么时间处在什么空间位置。我们常常惊叹物理学家对天体位置的精确预言，而对猎人和渔民能够准确掌握动物和鱼群的活动方位却不怎么在意，对于警察能够准确推算逃犯的逃跑路线并如期抓获逃犯也是熟视无睹。事实上，在许多时候，动物和人的行踪如同行星的运动一样，是完全可以准确预测的。所以，只要我们在进行研究时，敢于打破传统的思维范式，我们就会发现生物学和物理学的一致性。 虽然今天人们已开始打破原有的各种范式，物理学、生物学和社会科学也因此正在逐步接近，但是由于原有思维定式和功利思想的影响，这种接近也遇到了强大的阻力。然而，即使是有限的接近或尝试，人们也能看到，当我们用研究生物的方法去研究无机物，或者用研究物理学的方法去研究生物时，我们就会看到生物界和无机界的内在统一性。 科学家在把地球和太阳当作“个体”进行解剖式地研究时，也遇到了与生物学家一样的困难。至今地球科学研究者也没有弄清地球的内部结构以及其内表的各种变化。比如，地心的温度到底有多高？板块运动的机制是什么？地球磁场是怎么起源的？大气中各种气体的成分是如何维持长久平衡的？等等，这些人们所关心的问题都很难被解释清楚。由于研究的难度以及对地球的无知，使得人们面对地震、火山、台风和雷暴等灾害束手无策。对太阳，人类也知之甚少。我们这些生物每天都沐浴着阳光，可是我们对于阳光产生的机制也不太清楚。天文学家和物理学家说，太阳的光芒来源于氢的核聚变，可是人类至今也无法模拟太阳进行可控核聚变反应。即使对像雪花和鹅卵石这样简单的无机物的形成及其形状，物理学家也不能给出确切的解释。所以，人类在研究无机“个体”或系统时，并不感到它们比生物个体简单。 &nb sp; 事实上，当我们把地球当作一个有机的整体进行研究时，我们就会发现，地球也有惊人的“活性”——它能够像生物一样调节内部的各种平衡。[6]地球的结构和生物结构一样，也有其功能，它的表面有一层厚厚的大气，为地球运输着能量，保护着生命。英国化学家詹姆斯·洛夫洛克（James Lovelock）把地球看作一个生命系统或类生物体，称之为大地之母——盖娅（Gaia）。美国生物学家刘易斯·托玛斯(Lewis Thomas)则说，地球“最像一个单个的细胞。”[7] 如果撇开个体或系统的内部变化而不论，只研究个体或系统之间的相互作用，我们发现描述无机现象的数学方程也可以用来描述有机现象。例如，描述原子死亡率（衰变）的方程（dN/dt=rN），同样可以用来描述生物个体的死亡率。实际上，把分子作为对象研究的热力学与把生物个体作为对象研究的生态学有许多相似的地方，它们所用的数学工具都是与概率有关的统计学，研究的重点都是平衡态或近平衡态。同时，研究系统变化的系统理论、自组织理论等既适用于无机系统，也适用于有机系统。 由此可见，研究无机物的物理理论与研究生命的生物理论在大的方面应该是相通的。目前我们之所以不能用物理理论完全解释生物现象，是由于我们把研究无机“个体”的位移所得到的规律，套用于生物个体时，用来考察生物个体的内部变化。这种错位引起“排异反应”是必然的。如果我们用研究无机“个体”相互作用的理论来考察生物个体的相互作用，或者用研究生物整体的系统理论来研究无机“个体”的整体变化，就有可能大大地减少这种“排异反应”，从而发现无机界、生物界和人类社会的某些内在联系。
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