“数理化天地生”是一个多世纪以来中国人约定俗成的说法。虽然很少有人追问这一说法的源头,然而细思却极“惊”:在“数理化天地生”这一说辞的背后蕴含了深刻的本体论、认识论与知识论依据。
1.本体论
数理化天地生,说的是学科的次序,在学科的背后是学科对象之间的关系,涉及到本体论。
先撇开数学不论,“理化天地生”,经典物理学的研究对象机械运动、电磁运动和热运动,被称为“基本物理运动”。现代物理学研究四大相互作用,除了电磁相互作用外,还有强相互作用、弱相互作用,以及引力相互作用。量子是否涉及宏观领域尚有争议,时空则遍及微观、宏观和宇观领域。
从演化的角度看,在宇宙大爆炸后,这些“运动”和“相互作用”在特定的时空中发生各种组合,由夸克到强子,再形成氢核、氦核,氢核复合生成氢分子,开启以原子和分子为基础的化学运动的第一步。
氢核、氦核、氢分子和宇宙弥漫物质因引力相互作用形成星云,星云收缩形成恒星。恒星在演化中生成各种核素,超新星爆发剩下的核形成白矮星、中子星,以及黑洞。太阳系在生成过程中还形成地球等行星及其卫星。这些天体及其相互作用成为天文学的研究对象。
在地球上,化学运动得以继续。各种元素生成各种化合物,直至生成核苷酸、氨基酸。核苷酸与氨基酸是生命运动的基石,在条件适宜时(离不开太阳,甚至宇宙射线)生成原始的生命,开始生物进化。生命的胚芽还有可能来自天外。化学运动和生命运动在地球上发生,反过来也改造地球的岩石圈、水圈和大气圈。化学、天文学和地质学的研究对象生成的时间较早,延续至今;生物学研究对象的生成时间较晚。
“生命科学”,实际上是“生物学+”,是传统的生物学加上了物理、化学、天文学和地质学。
基本粒子、核与电子、原子、分子、生物大分子、细胞、生物……,量子阶梯的次序,正对应于“理化天地生”。
由此可见,“理化天地生”这一次序,与时间上的演化过程相契合,与空间上的量子阶梯相对应。这是从本体论视角看。
值得注意的是,“理化天地生”的次序体现了量子阶梯上的“上向”和“下向”因果关系。上文论述的“演化过程”分析了量子阶梯上由下而上的生成关系,还有必要考察由上而下的“下向因果关系”,也就是量子阶梯上高层对低层的因果关系。高层次物质包含低层次物质,出现低层次物质所没有的功能,并对低层次物质起制约、选择作用。
“理化天地生”的本体论基础同时成为认识论和知识论的基础。
2.认识论
从认识论的角度来分析,人类褪去原始混沌的思维,科学的认识对象,必然是由易到难,由浅入深,由简到繁。可以从“量纲”这一视角切入。
(欧氏)几何学的对象最为简单:形,最少甚至没有量纲,例如只需证明全等、相等……,因而顺理成章成为科学知识乃至人类所有知识的共同基础,欧几里德几何学为人所皆知。数,既是高度的抽象,同时又成为学习“理化天地生”的工具。在古希腊的自然哲学中,数具有特别重要的意义,乃至成为万物的本原。柏拉图在学园的门口立牌:“不懂数学者不得入内”。
几何学只需加上时间、长度和质量等量纲,便成为研究机械运动的力学。阿基米德力学与欧几里德几何差不多在同时问世也非偶然。力学再加上温度等量纲便成为研究热运动的热学,加上电流强度和磁场强度等成为研究电磁运动的电磁学。力学、热学、电磁学,合起来也就是以基本物理运动为对象的经典物理学。
李约瑟曾设想,如果科学在中国发端,在中国阴阳学说的浸润下,一开始可能不是几何学和力学,而是又吸引又排斥的电磁学。从量纲的角度来看,几无可能。
本体论范畴的下向因果关系,在认识论中的影响是,高层次物质的结构和功能有助于认识低层次物质的属性及其结构。玻尔曾经指出,由核与电子无法推知元素的性质,相反,倒是元素及其性质教给我们很多关于核与电子的知识。在生态中,自然界对生物遗传时的突变进行选择。
3.知识论
目前所知的运动方式如化学运动、生命运动、意识运动,以及微观与宇观物理运动,虽然各有千秋,但无一例外都包含了基本物理运动。因而,经典物理学也就成为自然科学中各门学科的共同基础。
将经典物理学置于高速微观和巨大质量领域即为量子力学和相对论,嵌入于原子和分子的框架中即为化学。经典物理学与化学,以及天文学、天体物理学和宇宙学等共同限定于地球的框架内即为地质学(在生命起源后还要结合生命科学)。经典物理学与化学等学科嵌入于生物大分子、细胞、器官和个体之中,是为生命科学。生命科学同时又嵌入于更大的生态环境之中,受到后者的深刻影响。经典物理学、化学、生命科学嵌入于大脑的框架内就构成认知科学的基础。认知科学受到外界特别是社会更大的影响。
在这样一系列的“嵌入”之时,量纲也愈见复杂。量纲越复杂的领域,知识越深地嵌入于特定的对象之中,嵌入于特定对象所在的特定的语境之中,并与特定的主体相互作用。
在上述序列中,数学、物理学、化学、地质学、天文学、生命科学,以及认知科学,这一序列中的前者成为后者的基础。前者相对于后者,正是非嵌入编码知识,与特定的个体无关,与语境——初始条件和边界条件无关,以及与主体无关。非嵌入编码知识一旦嵌入于特定语境,即成为各门新的学科。
数理化天地生,这一人们似乎随意说出的次序,其实有着深刻的知识论依据,位于前列的学科必然会不断进入靠后的学科。放在更大的尺度,也就是科学文化向人文文化推移的知识论依据。人文文化则反过来对科学文化进行选择和引导。这是本体论中上向和下向因果关系在知识论中的反映。
想起“真善美”,同样是国人挂在嘴边的言辞。究竟源于何时何处何人,笔者没有考证,仅就内容来看,似乎应该早于“数理化天地生”,后者至少在科学及现代教育传入中国之后。
真善美,这一看来同样是人们似乎随意说出的次序,其实也有着深刻的知识论依据。题目太大,此处暂且放下。
行文至此,突然想起两个重大问题。
其一,数理化天地生,真善美,这两个说辞究竟源于何时何地何方神圣?
其二,在西方的语境中,有没有类似的说法?对此,已有朋友作答:无。原因十分另类:西方的多音节词汇,读不出如中国单音节这样,如此铿锵有力:
数理化天地生!真善美!
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