理性之夢：科學與哲學的思辨

序　分享優秀心靈的夢境　黃榮村

導讀　科學搖籃孕育哲學新夢　苑舉正

前言　新世界觀

第1章　美麗的碧蘇爾、塞尚的蘋果　

第一部
複雜科學　

第2章　科學的新綜合體
第3章　秩序、複雜性與混沌
第4章　生命可以如此非線性
第5章　模擬真實世界
第6章　連結論與神經網路
第7章　錢賺得愈來愈快

第二部
哲學與反哲學　

第8章　造物主的造物密碼
第9章　等待救世主
第10章　錯以腦為心的人
第11章　軀體從不說謊
第12章　向無限挑戰
第13章　創造的工具

第三部
結論　

第14章　理性之夢

序

分享優秀心靈的夢境

　　在荒野仰望星空，心中一幕一幕湧來的是自然與人文的互動。假如一個人曾有過這種充滿智慧與愉悅的經驗，我想推薦他來看看這本《理性之夢》，說不定能重拾過去的蛛絲馬跡，同時分享一個優秀心靈的夢境。沒有過這種經驗的人，就拿這本書當作嶄新經驗的開始吧！

　　我無法預測心靈交會的結果是什麼，因為這本書很複雜，相信看這本書的人也不簡單，但只要堅信理性而且實行它，則在未來應該會發展出一種可以安身立命的穩定狀態，那裡實實在在閃耀著生命的光彩。這就是本書想要遊說讀者的重點之一。

　　介於科學與哲學之間

　　《理性之夢》是一本在樂觀情緒驅使下，對尖端科學的奧秘與展望有著無限憧憬，用一種非常白話方式寫出來的書。這類書往往表現出具有強烈智慧品味（而非單純的知識），一推出新書市場立即風靡暢銷。這些書的作者泰半是研究做得相當不錯，並且關心其他人類事務的大學教授（所以他們才能在市場上擁有一定的聲望，間接促成新書的暢銷），如本書作者裴傑斯（Heinz R. Pagels）就是一位英年早逝的洛克斐勒大學物理學副教授。

　　這種介於科學與哲學之間的智慧書籍，在歐美知識份子界相當受歡迎，在日本則透過翻譯亦有很好的市場。類似的書，如印第安納大學電腦學教授霍夫史達特（D. R. Hofstadter）的《哥德爾、艾雪與巴哈──一條永恆的金帶》（Godel, Escher, bach: An Eternal Golden Braid），以及哈佛大學心理學教授葛登能（H. Gardner）的《心靈的新科學》（The Mind’s New Science），與本書同樣是市場的暢銷書，而且在寫作風格與內容上頗多相似之處。

　　《理性之夢》主要分兩部分。第一部分討論複雜科學（Science of complexity）的大要、非線性系統的特色，與電腦（尤其是超級電腦）無遠弗屆的影響，作者旁徵博引而且花了相當的精神在各層次上予以詳細說明，一般非科學背景的讀者，應該不會有困難了解這些科學的主要精神。第二部分則提高層次，談論科學與哲學之間的關聯與日後的會合，作者不只對科學的哲學（包括數理哲學）有一套看法。且以自己過去的求學經驗穿插其中，相當引人入勝。在這部分廣涉跨學科的認知科學、現代語言學、視覺計算理論、心物問題、演化論、分子生物學、集合論、邏輯、數學、歸納與演繹方法，包括物質與認知兩類儀器的有趣談論，這些尖端學科中興味盎然的內容，在作者娓娓道來的氣氛中，讓讀者毫不費力沉浸在知性與溫暖的感覺中，令人覺得科學其實也是日常生活與思考中的一部分。

　　知性與人文的會合

　　在本書中，作者選擇了很有趣（然後解釋得淺顯易懂）的科學根據，來說明介於單純秩序與完全混沌之間，具有廣大範圍的複雜性如何度量。接著說明系統的基本組成分子可能很簡單、運作規則可能很單純，但由於各成分間相互作用的變化，使系統行為趨於複雜。作者因此描述哪一類複雜系統是可以用比較簡單的模型來模擬，哪一些複雜系統（如天氣、國際經濟、人心或大腦功能）是不可模擬、無法預測的。若在初始狀態的輸入端無法給予完整資訊，而只有部分或模糊的資訊時，則該系統又會碰上資訊基礎複雜性的尖端問題。

　　在介紹各類自然界（物理、化學與生物現象）與人腦的模擬時。作者對當代知識的根源及內容，顯然有第一手的觀察（有的屬自己的專長，有的則是與原始創見者有直接的接觸），因此在熱情中沒有忘記這些知識的極限。像在描述以記號運作為主體的人工智慧，如何演變到需要考慮外界新事物介入、脈絡效應，與相互作用的神經網路理論時，作者不會忘記神經網路理論與神經科學實質進展之間的差距，也不避談現在神經科學在某些題材上的有限進展。所以，這不是一本會誤導入門者的「熱心過度」的書，這項特質顯示了一個關切世界事務的科學家的批判理性。

　　綜合而言，《理性之夢》具體而微表現出下列三點特色：

　　一、本書容納了當代智慧人物在他們一生中最重要的學術發現，及其引伸出來的重要應用。作者見聞廣博（是一位有創造力的物理學家，在過去曾認真修習人文學科，又任職於紐約科學院，接觸各學術領域的一流人物），在撰寫時自然流露出一種知性與人文會合產生的品味。

　　二、本書最好的一部分，是當作者以一種素樸的實在論或「科學基本教義人士」觀點（作者自嘲自己這些哲學觀點，是「哲學家中較差的一類」，單是這點自嘲，就值得你去翻翻這本書），來對各學科的重要發展提出自己的看法。譬如當他說：「有很多假設是不能直接驗證的，但從假設推演出的結果，則是可驗證的；假如結果符合經驗，則假設正確的可能性會增強。」時，你參照著看，就不會覺得他對科學哲學家的嘲諷與期許，是無的放矢了。

　　安身立命的樂園

　　另外他認為：「複雜的行為可能源自可以了解的簡單元素」，若你參照著看，你也會了解為什麼作者對複雜科學的發展，那麼熱切而有信心，你也會了解為什麼他對人心或大腦那麼有興趣，因為他認為這麼複雜的系統，未來終將找到可以描述它們的實質基礎。

　　作者在做著他的理性之夢，我們要與他共享這個遠景。

　　三、作者在面對科學的尖端發展後，辛苦發展出來一些觀點與期待，他相信有一個最後的存在，那就是洞識（尤其是在倫理價值上）、選擇與理性，這個存在的新綜合體與使用的智慧，將能使影響當前與未來世界的尖端知識，面臨「新綜合」的開始，前面的亮光將愈來愈開闊、愈來愈實在，導引我們走向一個安身立命的樂園。

　　最後我想說的是，雖然台灣的科學界人士還沒有人寫出這類智慧書籍，但願意著手翻譯已經是很感人了。譯者之一牟中原教授是我的好友，更是台灣極出色的物理化學家，平時對人文與哲學思潮亦極為關切，這本譯作因此很忠實的保留了原書的內容與精神。我願意鄭重向大家推介這本書。
導讀

科學搖籃孕育哲學新夢

　　對於哲學家而言，《理性之夢》的「夢」是一個「夢魘」。為什麼我會這麼說呢？答案就在這本書原文的副標題：「電腦與複雜科學的興起」。電腦是我們生活周遭再熟悉不過的應用工具，而複雜科學卻是一個感覺頗為新鮮的名詞。為什麼這兩個既熟悉又新鮮的名詞放在一起，會成為哲學的夢靨呢？答案就在於電腦的計算能力讓科學的發展變得非常複雜；有的時候這個複雜性讓傳統哲學問題顯得無足輕重。

　　例如說，宗教哲學討論的「上帝是否存在？」，在本書作者一貫之科學立場下，變成探究宇宙本質的問題，卻與道德判斷沒有任何關係。「人是否有自由意志？」，這個長年困擾哲學家的問題，也因為人的認知與決策能力已經透過電腦模擬，進行高速計算的結果，可以將意志化約為因果相循的決定論。至於哲學中那琅琅上口的「靈魂不滅」，原先一直是道德的基礎，在本書中則隻字未提。

　　身為科學家的作者，以非常堅定的口吻，宣稱自己是素樸實在論者，甚至是科學基本教義派。這種表白的方式，對於所有哲學家而言，無異於是一個來自科學家的宣戰。作者不但要以科學家的立場，質疑哲學的傳統，還要針對科學哲學的發展，提出正本清源的策略。

　　用科學開展哲學

　　最重要的是，作者在本書的第二部分，提出「哲學與反哲學」作為本書的次要標題（首要標題就是複雜科學）。這個標題說明作者對於哲學的興趣在於立與破。他想要在電腦與複雜科學的基礎上，建立新的哲學，同時也要在這個基礎上，破除舊的哲學。

　　在這個企圖中，我們可以感受到到作者的用心，就是面對電腦與複雜科學的新局面，哲學家必須好好面對時代的轉換，也就是科學徹底顛覆舊哲學的「成就」。當然，對於不熟悉科學發展的人而言，認知這麼具有顛覆性的複雜科學並不容易。因此，想要透過一本書的內容讓社會大眾理解這個劇變，本書必須滿足下面四項要求：第一，翻譯要好讀；第二，系統要明確；第三，內容要清楚；第四，預測要準確。坦白說，這四點都不容易達到。

　　本書由台大化學系牟中原教授與行政院原能會梁仲賢博士翻譯。對於我這麼一位從事哲學研究的人而言，如果沒有專業人士進行翻譯的話，我根本無能，也不會有興趣閱讀本書。

　　本書所牽涉的，還不單是懂不懂，或是能不能理解複雜科學的發展。更重要的是，當本書的內容以二十世紀數學與物理學各種計算模型與實驗儀器的發明為基底。在說明它們問世的過程中，有非常多的專業名詞必須要能夠清楚的呈現，才能讓讀者了解它們的意義。理解它們很重要，因為這些計算法與儀器，與後來發明電腦，以及透過電腦進一步發展成為複雜科學之間息息相關。

　　然後，我們應用科學理論與模型來模擬世界的時候，需要創造非常多的假設性概念，用來說明超越三度空間的現象，例如「決定性混沌」、「奇異吸子」、「吸引盆」、「極限環」等等。面對這些奇怪的名詞時，我不禁啞然失笑，若不是這兩位專業人士的辛苦付出，我根本就沒有信心去閱讀這些專業術語，遑論把它們放在一個批判傳統哲學的脈絡當中。

　　其次，本書表面上看來零零散散的說了一些科學的突破，尤其是二十世紀以來的發明，但其實它是非常有系統的介紹百年來的科學成果。作者是1950年代末期，就讀於普林斯頓大學的物理系的學生，專攻高能物理與量子場論。在經歷了1960年代的嬉皮歲月，作者以非常寬容的態度學習各種知識，讓他注意到新型態的科學正在朝向複雜化前進。其中最重要的特點是，許多原先不甚相關的學科，例如神經科學、人類學、族群生物學、學習理論、認知科學、非線性動力學、物理學和宇宙學等，在新時代的發展中，不斷的重疊與整合，揉合出複雜科學。

　　電腦開啟無限想像

　　複雜科學的誕生，最主要的實驗工具就是電腦的廣泛應用。電腦的計算功能，採用了一連串的新式計算法，為原先普遍以為純機械式的計算工作，轉換成為模擬有機體發展的功能。這是一件非常重要的事情，因為大多數人，雖然日日都與電腦為伍，卻不能從整體角度，審思這個工具為人類帶來什麼樣的改變。

　　作者從數學家的發現開始，告訴我們一般用混沌否定機械終將取代心靈的假設，其實是可以透過高速運算而突破的。這種突破的成果很快就被應用在物理世界，探測極大的天文，以及極小的粒子。當人類在物理世界中有所斬獲時，對於極小粒子的探索，更挺進至模擬生命。

　　作者認為，生命的發展，來自演化，而演化的改變主要是靠一個狀似混沌的規則。微觀世界科技的應用，讓科學出現了「決定性混沌」的觀念。伴隨著電腦的快速發展，科學家居然可以模擬真實世界，並連帶發明人工智慧。無論這裡所談的「智慧」是否值得渴望，但機器確實會思考，而且可以應用在我們的日常生活中。我們的世界已經面臨完全不一樣的問題：模型與真實之間會完全吻合嗎？

　　我認為本書最成功的地方，就在這裡。作者用很有系統的方式，把數學、物理學、生物學以及神經網路連結在一起，讓我們赫然發現，電腦的革命已經深化了我們的生活；不知不覺中，我們已經活在虛擬的世界裡。如果哲學的目的在於求真的話，那麼一個讓我們感覺與真實世界完全一樣的虛擬世界，又是個什麼樣的世界呢？宣稱是素樸實在論的作者，對於這個問題採取樂觀其成的態度，因為他認為重點是活在經驗感知之中，而不是去問為什麼我們會有經驗感知，這種永遠不會有答案的問題；所有的哲學問題都必須交由科學來回答。

　　第三，縱使本書包含了嚴肅科學內容，但作者總是能夠把這些科學發展的過程介紹得生動有趣。比如說，當我們訝異於二十世紀這一段不算長的時間裡，有這麼多位數學家與物理學家，對於知識的擴張，提出各種突破的時候，發覺這一些傑出科學家居然有很多人來自匈牙利這個小國。作者甚至在形容發現造物主的密碼時，認為匈牙利人的表現，不成比例的多。他玩笑式的引用核物理學家費米的話：「外星人早就在這裡了，稱為匈牙利人。」

　　全書當中，包含了各式各樣原創科學家的描述，都被作者有意無意的遵奉為「發現秘密的天才」。在閱讀本書的過程中，我特別喜歡這種近似接觸超自然的人物描述。因為他們的出現，讓我感覺得到科學的工作，是一項發現造物主秘密的工作。自然中，一切都那麼有秩序的安排著，等待科學家們去發現，組織，整理，呈現在我們的眼前。我感覺到，這是讓人比較能接受又符合科學原則的上帝論述。

　　這種不完全屬於科學的內容，對於閱讀本書有很大的幫助。在科學實驗中有很多不可想像的地方，科學家因為要解決問題，發明各式各樣的理論與機器。經常發生的情況是，當各種科學整合出現的複雜性需要合理解釋時，往往出現了許多不可理解之處。在這些地方，需要科學家設計實驗，或是透過某種演算法的發明，讓模型更真實模仿我們的世界。有關演化的模擬，是這種情況中最重要的突破，因為演化結合了大量的運算，以及計算法針對突變所做的隨機轉換。

　　當我們閱讀這些案例的時候，作者告訴我們，二十世紀重要科學突破的地點，絕大多數案例發生在美國，理由就是國家、大學與企業的結合。國家為提升競爭力，挹注大量資金，成立大型實驗室，企業則在銷售的考量下，專注於技術應用的發展。兩者的結合，巧妙的打開大學原來堅持做一般研究的象牙塔思想。這個新穎的結合，帶來的結果，意想不到的改變了全體人類命運的發展。

　　跨越知識間的邊界

　　最後，我必須針對這些變化，提出我對作者最欽佩的一點，也就是他對於未來的預測。預測的內容有四個部分：一、思想的橫向整合；二，電腦的模擬連結；三，智慧的向外搜尋；四，科學的選汰系統。

　　傳統的學術思想，強調縱向的發展，透過歷史脈絡的過程，掌握學科的精要。在複雜的發展中，學科的分類成為過時的觀念，取而代之的是，以解決問題為主軸的思想整合。這種深富實用精神的發展，不但打破了學術的壁壘，也讓科學的發展進入一個新的層次。

　　在新的層次中，電腦的廣泛應用，不但加深了我們對於實驗儀器的依賴，也讓許多原先我們認為無法理解的神祕層次獲得一一解碼的機會。電腦所帶動的演算能力，不但能夠提升計算的數量，也提高了模擬自然的品質。原先一度懷疑是否能夠解決的問題，在高速運算中，成了完全可以掌控的發展。甚至連生命與演化這種與人類相關的問題，都在電腦的應用中，成了解釋的對象。

　　對生命的探索，讓我們能夠有機會，不但想要追尋人的極限，更想跨越限制，探求生命以外的智慧。這是一種很奇特的好奇心，因為若不是在複雜科學與高速運算的輔助下，我們根本就無能超越人的極限。一旦掌握到所有人能夠理解的範圍之後，向外探求更高智慧的好奇心，就永無止盡成為新的哲學課題。重點是，這個課題來自於科學的引導。

　　在複雜科學的指揮下，科學成為了一個創造與發展的有機系統。正如同作者所說的，所有的科學家，從各自不同的觀點與角度，發展不同理論的同時，他們所在意的並不是理論的正確性，而是理論的存活性。沒有人能夠提出永遠正確的理論，就像是沒有哪一種物種會永遠活在這個世界中一樣。科學本身就像是一場會發生突變的演化，而在這個過程中，只有最能夠禁得起挑戰的理論，才是公認最具有生存能力的理論。

　　新哲學問世

　　的確，在我們今天的世界中，所有的讀者都能夠感覺到，在大多數人均茫然於複雜科學時代來臨時，這一本二十多年前出版的書，以科技整合的思維，電腦的廣泛應用，追求宇宙的智慧以及強調科學理論競爭的新情勢，昭示大家新時代即將到來。我們驚訝於作者預測的準確性之餘，必須記住，這並不是本書的重點。本書的重點是，它為我們指出方向：一種新的哲學誕生了！

　　讓我們姑且用「反哲學」這種名詞來稱呼這種新哲學。當然，這也是一個跨時代的區分。當舊有的哲學不能迎合新器具與新理論的訴求時，就等同於一個沒有辦法在新環境中生存的物種。選汰理論的比喻很好，讓我們深切體會傳統哲學，一樣只是個過去適應很好的理論，而現在必須面對延續生存的壓力。

　　對於我這位哲學工作者而言，哲學的主要工作就是求「新」若渴。我不擔心改變，也不害怕否定，更不在乎任何對哲學的批判。我在意的只是，這個否定的論證、說明以及證據是否充足。閱讀本書後的感覺，除了學習新知的喜悅之外，也讓我不斷的反省，驚覺科學的發展，已經迅速到讓哲學家必須面對新的時代、新的挑戰以及新的哲學。我基於以上所述，鄭重向大家推薦本書。


作者序

　　西方思想將世界理解成二元，即心和物的世界。這種二元論（dualism）是對真實世界的割裂，也始終讓我們頭疼。我們能調和嗎？

　　大多數自然科學家認為，整個宇宙的運行都是根據人所能了解的自然律。從它的開始到結束，從最小的粒子到最大的星系，都按一定規則，沒有例外。地球上的生命可看成是複雜的化學反應：演化、分支之後，最後產生具有法律、宗教、文化的文明。我相信這種對自然世界的化約—唯物主義（reductionist-materialist）觀點，基本上是正確的。

　　另外一些人，則認為自然只是存在於心中的理念，所有我們對物質實體（material reality）的思考，都是超驗於這個實體的。按這種看法，藝術、宗教、哲學和科學形成一個不可見的意義世界，而它源於心的秩序。這些人的信念和前述「物世界」的信念一樣強，我也相信這種強調以心認物的「超驗觀」是正確的。

　　這兩種世界觀（自然的和超驗的）顯然有深層的衝突。似乎「心」是超驗於「自然」的。但是，按照自然科學，那個超驗的實驗本身必須要有物質基礎，那麼它必須遵守自然律。如何解決這個衝突，將是人類文明在未來數世紀的課題。

　　一個很誘人的化解方法，是將這二元歸於其中一元，而號稱解決。

　　拈花微笑的佛陀

　　傳說中，當佛陀面臨類似的問題時拈花微笑。這顯示二元或非二元都無法解答。但是這種洞識（insight），為我們提供了探尋的出發點，而不是終點。

　　最新發展的「複雜科學」便是踏出的第一步。

　　「複雜科學」是什麼呢？科學早已探索了小宇宙和大宇宙，我們也大致清楚整個景觀。而尚未探討的處女地是「複雜性」。身體器官、腦、經濟、人口和演化系統、動物行為、大分子，這些都是複雜系統。這些系統之中，有些可以由電腦模擬計算，有些則除了自己本身之外，沒有任何東西能模擬它。科學家正以跨領域的方式來迎接「複雜性」的挑戰。令人驚訝的是，他們發現可以從簡單的規則產生複雜系統。

　　例如有一種在電腦螢幕上的遊戲叫「格狀自動機」（cellular automata），螢幕上的點只是按簡單規則去演化排列，卻能產生很複雜的行為。換個角度看，宇宙中由原子排列成的三維空間格狀自動機，也已經演化出生命和文化。這所有的一切，都可看成簡單元件所演化出來的複雜系統。

　　本書第一部分描述的是複雜科學的一些主題，包括：生物組織原理的重要性、以計算法來看數學及物理過程、平行計算網路以及非線性動力學的重要性、對混沌的了解、實驗數學、神經網路（neural network）和平行分配處理（parallel distributive processing）。

　　沒有人能預測複雜科學終將朝哪一個方向發展，但它預示科學的新綜合體，很可能改變我們的物質世界觀。

　　新的世界觀

　　近三世紀以來興起的現代科學研究工具，像顯微鏡、望遠鏡都是解析性的，它促進了化約式的科學觀。按此觀點，處理最小物質的物理學，是最基礎的學科。由物理原理可以導出化學定律，然後是生物學，依此建立階梯。這種自然觀並沒有錯，但它的確深受當時的工業和技術影響。

　　具有處理大量數據、資料能力以及模擬真實世界的電腦，提供了另一個觀察自然的窗口。正由於電腦所產生的知識與傳統工具不同，我們可能開始看到不同的東西，它提供了對真實不同的視角。我將描述一些電腦上的應用情形：模擬智慧、模擬分子的行為、建構真實生命與人工生命的模型、決定性混沌（deterministic chaos）的發現、非線性系統、模擬演化、神經網路、波茲曼機器（Boltzmann machine）、實驗數學等等。這些應用所發展出來的技術將在商業界、財經界、法律界和軍事上有巨大影響，世界將隨之改變。

　　作為一種新的生產方式，電腦不但創造出努力追求知識，並且融入社會的新人類，也讓人對知識有了新的想法。電腦轉變了科學，也帶來了新的世界觀。本書第二部分討論「複雜科學」對科學哲學的影響。科學哲學前途堪虞，許多哲學家都認為它日薄西山，因而棄之不顧。過去，哲學是神學的婢女，在本世紀則為科學的娼妓，最後它差不多成為棄婦。像我這樣的科學家通常是反哲學的，拒斥讓哲學家解釋科學。但是過去並非如此。

　　幾十年以前，很多科學家，尤其是物理學家，經常討論科學哲學；時下的趨勢則由思想轉向行動。科學家從事本行之外的活動，較傾向道德問題而少涉及哲學。他們參與的活動包括環境、戰爭與和平以及人權。所以現在由我這麼一個「反哲學者」撰寫有關科學哲學的文章，是需要一番解釋的。

　　讓科學哲學與科學再度整合

　　對科學活動的思考已經壁壘分明，一種是哲學的，另一種是經驗實證的。科學哲學和科學的分裂，始於兩百年前的康德（Immanuel Kant），並且延續至今。我相信由於新的複雜科學，這個分野在未來會比較不明顯。我欣然迎接這項發展。尤其是在認知科學方面，哲學家和科學家也許要重新攜手合作。也許，科學哲學並非日暮途窮，而是要再度與科學整合，恢復到康德之前與科學的情況。

　　我不是哲學家，本書所提及的也算不上是哲學，因為其中的論證並不嚴密，我只是試著呈現「複雜性研究」帶給科學的新展望。我利用傳統哲學上的主題，來討論物質實在的性質、認知的問題、心物問題、科學研究的特性、數學的性質、儀器在研究中所扮演的角色等。

　　由於我身為物理學家，諸般觀點頗受訓練所左右。但是複雜科學一些最令人興奮的發展，是在社會、經濟及心理行為方面。有趣的是，這個新科學的跨學門性質，將超越傳統自然科學和社會科學的鴻溝。有些人對此樂見其成，有些人則嗤之以鼻。

　　在我科學思考中重複出現的主題是「選汰性系統」（selective system）的想法。它是將達爾文—華萊士（Darwin–Wallace）的天擇想法，用到廣義的模式認知系統上。經驗科學是一種選汰性系統，它選的不是物種，而是有關自然的理論。經驗科學可視為找尋宇宙不變律的選汰性系統。這樣的概念在生物學上已經普遍應用；但它對社會科學和心理學的衝擊才剛開始—孕育的時間很久，但是產生的改變既深且巨，很多較傳統的科學家仍將抗拒它的來臨。