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博物学视角下的进化、熵与自然秩序

文 | 郑笑冉
 
对自然奥秘的困惑是引领我走向博物学的“始作俑者”,当我第一次看到布莱克的这首诗时,我想起儿时外出游玩时,我喜欢在阳光下独自观察一片树叶、一朵花,曾经有小伙伴问我一朵花有什么好看的,确实我直到现在都不是个植物学爱好者,我只是惊叹于大自然的鬼斧神工,每一朵花拆开有对称的六片,像雪花一样规则;每一片落叶中都仿佛隐藏了一股正在消逝的力量,这在当时让我产生了太多的疑惑,什么是美?雪花、晶体结晶中的秩序与花瓣的对称有无相关,它们的秩序有无目的?什么又是生命的最基本特征?最初这些问题并不是很清晰,但是许多年后,我发现成自已已成为一名博物学爱好者,在此期间逐渐感悟到这些疑惑变得更加系统而相互关联起来了。人类社会与生物进化之间,无机界的世界与生命世界之间仿佛并没有看上去那么格格不入。
 
儿时起我对动物也有着特殊的喜爱,我喜欢养各种小动物。我那时好像不怕各种虫子,敢随时用手去抓,我在家里养过各种小动物,有鱼、龟、蛇、鸟、鸽子、兔子、猫、狗、小鸡甚至还养过一只猫头鹰,我豪不怀疑这种对动物园亲切之情将伴随我的一生,现在家里有维尼和凯撒两条可爱的哈士奇,实际上去年这个时候我还养着一条11个月大的德牧。如果说人类真正成功驯化了哪种动物,那一定是狗和马,就在上个月我被一匹不到三岁的小马摔伤骨折,我第一次做了手术,然而休病假期间我脑子里的计划还是绕不开我喜爱的动物,时刻准备着恢复后去圆儿时的一大梦想——养一群鸽子。我的生活几乎从来没有离开过动物。使用工具被认为是人类与动物的一大区别,然而科技对于人类乃至自然意味着什么?人类的活动、技术的革新是否还遵从着更高级的自然法则?这样的问题曾一直困扰着我。
 
那时我还没有意识到,自已已经成为一名不折不扣的博物学爱好者。后来我有机会了解到了进化论,及其相关的理论和事实,比起量子力学或有机化学学来这些理论太令我着迷,几乎完全改变了我对世界的看法。读本科期间我有幸在北大听了一次以博物学为主题的讲座,我后来的恩师刘华杰教授正是那场讲座的主讲之一,听完讲座后我更加清醒地认识到了自己的志趣,决定义无反顾地投身到自己热爱的博物学研究之中。读硕士期间,在导师的指导下,我着手做博物学家华莱士思想研究,这极大地调动了我的兴趣,每每阅读华莱士与达尔文等博物学家的探险经历都能令我魂牵梦绕,仿佛这就是我儿时曾憧憬过的梦想。在阅读华莱士生平相关资料时,我可以了解到了维多利亚时代包括达尔文在内的一大批博物学家的生平及其成就。同时我也能穿越不同时代了解到生物进化思想的前世今生。新达尔文主义的综合理论、进化心理学有关择人类偶偏好的最新进展这些都是我经常关注的领域。在我做博士论文期间,我曾经十分痴迷达尔文与华莱士对性选择问题的争论。两位自然选择理论的草创者对自然选择单位有着不同的侧重,由此产生的一系列不同观点的交锋揭示的正是自然界乃至人类社会发展中某种永恒的主题——个体利益与群体利益之间的冲突。
 
博物学家观察到的启示——军备竞赛
 
 前面提到博物学家达尔文与华莱士等人很早就观察到自然选择与性选择之间的某种张力,我曾经在博士论文里详细对比了达尔文与华莱士两位进化论先驱关于自然选择单位的不同侧重,达尔文更倾向于个体选择,而华莱士则更加侧重群体。后来的人们发现了基因,又发展出基因与基因的载体之间的博弈理论,这实际上不过是再现了达尔文与华莱士争论的主题。事实上任何系统都存在着某种推动力,群体与个体之间的利益冲突便具有某种动力特征。 
 
美国经济学家罗伯特·弗兰克十分注重生物学中的这一焦点,他的经济学理论部分建立在动物性选择的观察之上。如果我们仔细观察动物,会发现动物常常拥有雌雄间的二态性,即雌雄动物外形、体积上存在明显差异。如果深入了解就能明白其中的一些作用,一只拥有巨大美丽尾巴的雄性孔雀或者一头拥有巨大鹿角的雄性麋鹿在繁衍竞争中可能占有较大优势,然而从种群的角度来看,巨大的尾巴和鹿角都是生存的累赘,它们无疑只能给种群的利益带来损害。孔雀很可能在逃避追杀时飞不起来,宽大的鹿角使得麋鹿在面对食肉动物攻击时变得过为笨拙,较大的尾巴与鹿角也许是孔雀与麋鹿个体的骄傲,但如果太大却是整个物种的悲剧。事实上这样的矛盾随处可见,史前灭绝的巨型动物,人类的奢侈浪费行为,各国之间的军备竞赛都是本质相同的一类现象。事实上在人类社会中,技术的演进助推着各种形势的军备竞赛不断升级,加速了人们生活的节奏,每当人们应用一种更加便捷的技术的同时,他们事实上也在忽视着生活节奏的步调也将被调节得更快。虽然技术发明的本质就是降低沟通、运输、能量转化的成本,然而汽车、电话、电子邮件的发明并未使人类变得比史前人类悠闲,相反在不断增加的复杂性面前,单个的人脑会显得越来越不够用。这也就是为什么人们更加热衷于娱乐八卦真人秀,而很难再在节奏不断加快的都市里静下心来阅读一本哲学著作。
 
短期来看,技术的引进会壮大群体先吃螃蟹的人会受益,例如农业技术的发明造福了第一批定居者,然而当这一模式推广之后,却存在着更为深远的影响,那就是不可逆的方向发展。人们从此进入了农业社会,每一代人都沿袭了上一代人的生活方式,为了赶上其他人的成就,人们必须不断努力耕种,因为人口已经增加到狩猎采集社会无法负担的地步。人口增加了,但是群体与个体之间的军备竞赛已经升级到了不得不终日劳作才能养活自己的境地。这一困境只有通过新的更加有效率的创新技术得到解决,然而指望新技术能够让人类一劳永逸,往往会发现那不过是痴人说梦。
 
如果按现在的物质条件来看,我现在养两条宠物狗与二十几年前的童年时期相比应该更加轻松才对,然而有些在儿时能够轻松完成的生活方式在如今的大城市的年轻白领来说已经成了奇闻。每当我向别人提起我养的两只宠物的时候,别人问得最多的问题都是:你照顾得过来吗?事实上我确实根本没有时间照顾好它们。类似的问题也一度困扰着人类学家,当人类第一次发明农业技术时,他们的食物增加了,他们不用再到处奔波了,他们成了有产者,他们可以定居了。也许第一批发明农业技术的人,真的过得比较富足悠闲,但是总体来看,上万年间,人类大部分时间陷入了面朝黄土背朝天的艰难窘境,伊甸园式的生活并没有到来。农业社会中的人的工作时间比起狩猎采集社会中的人可要多很多,他们的饮食和健康却相对变差了。就像好多年轻人看到体验到的一样,在拼搏、竞争过后,还是竞争、奋斗、努力,世间各种文化都对勤奋予以鼓励,人类憧憬的勤奋努力预期的未来是否一定美好,一直是人们长期争论不休的话题。要解决个人与社会发展的问题,就得不断增加专注的力量,努力、勤奋、凝聚力在各种文化与各个历史时期都被不断标榜。有社会经验的人都知道专注与组成团体的力量,再加上一点创新,就能赢得更有利的局面。“No pain no gain”,“吃得苦中苦做得人上人”,这样的谚语在世界各地耳熟能详。然而现代社会的人都知道,等到年轻人事业起步以后,他会发现自己背负更多,要养家糊口,没准还要买车养车去度假,但是大多数人不会愿意放弃所有,去过狩猎采集社会式的生活,或者去寻找山水田园诗般的桃花源。这么说来所谓的进步就不存在了吗?当然不是,技术进步在一定程度上缓解了个体与群体之间的矛盾,人类寿命和人口数量的增长已经显示了智人这一物种所谓的成功。有学者将人类的现状与人工饲养的动物进行类比,世界上最成功的物种除了人可能是牛、鸡还有猪,他们的数量远远超过了野生的同类,但幸福指数在动物之中却是最差。这种类比虽然并不是人类的真实处境,但却很形象地反应了军备竞赛所造成的另一种窘境,群体的骄傲,个体的悲哀。
 
博物学的视角给予的启示在于,生命形势的发展、生物演化与人类文化社会的发展带有某种更深的一致性。例如,生命形式诞生以来,总体的复杂程度不断增加,竞争行为存在的同时被到与主动的合作行为也在增加,人类社会中这些趋势则更为明显。然而,这并不是公认而清晰的结论,现实情况是各门学科领域的学者为不同角度的同一问题争论不休,长期不能达成一致。例如,进化论本身就被不同人看成不同的理论加以解读。
 
博物学视角下拉大的焦距
 
 对于将生物演化与人类社会发展进行类比始终存在着争议,上过高中的人都知道,校园里讲述的进化理论是没有方向性可言的,而人类社会的发展是基于某种进步观的基础之上的。达尔文和华莱士的自然选择是建立在随机变异的基础上的。自然选择是适应性生存选择的可遗传的随机变异,既然是随机变异,进化也就没有方向的。那些最适应环境的有机体生存并繁衍后代,这一过程看上去是没有方向性可言的。除了达尔文与华莱士还有另一位博物学家的进化论思想的维度更为深邃而宽泛。历史上,进化论的主流机制大体是有两种模式,拉马克式的还有现在普遍被接受的达尔文式的(见图1)。然而,如果我有幸能继续从事博物学相关研究的话,我愿意尽力去宣传一种更为深奥进化论的模式,那就是德日进式的。
 
德日进是一位法国博物学家,他为中国人熟知的是参与了北京猿人头盖骨的发现,然而其对世界最大的贡献是提出了一种统一的宇宙进化的观点。据说后来提出地球村、全球化概念的好多学者都曾读过他的著作,至于这是不是真的,很难考证,因为经常有好多的伟大的发现确实是独立产生在不同人个头脑之中的。例如,微积分理论、自然选择理论的发现,许多独特而伟大的发明都也是几乎同时被不同人发明出来的。但是可以肯定的是这位博物学家的思想确实预见了未来。
 
德日进的主要身份是神学家,他的思想因思辨性、神秘性太强而长期未得到学术界的关注。在德日进神秘的著作中,进化是一种结构越来越复杂而意识越来越增强的过程,经过分化、扩散、融合、合一,动态平衡的过程,系统整体向着某种方向不断上升,这一过程往往三个阶段:第一是扩散,第二是收敛,第三是显现。德日进认为,宇宙的每一次进化无不经过这三个阶段。事物每经一次扩散和收敛,就出现一个更复杂、更高级纳新层次:如此不断发展,逐渐出现细胞、生命、植物、动物,最后—直到出现人类和思想。对于大多数不了解相关背景的人来说,他仿佛在论证上帝的存在。然而实际上他第一次将进化论、物理学中的相对论、宇宙大爆炸理论、热力学理论融合到了人文思想领域。我们可以看看德日进关于方向性动力的描述:物质从外表看来是静止的,其实里面却蕴含着动力。例如生物有其生命力,人有意识能力。即使在有生命之前,也不无生命,在有意识之前,也不无意识,只是不到一定程度,不为人们所发现而已。好比物体必须接近光速时,人们才觉察其质量的变化,它的温度必须高达五百摄氏度时,人们才觉察其放射性。二十世纪后来的一大批学者确实曾经受德日进著作的影响,例如,回头看麦克卢汉在其著作描述的“逆转”、“内爆”、“地球村”等概念很好地诠释了德日进的思想,另外,后现代主义思潮,全球化、信息革命乃至互联网时代的到来、奇点理论,某种程度上都没有逃出德日进的预言。
 
进化有无方向性
 
历史中的进化方向性观点经常与目的论、神创论混为一谈,然而如果看看一滴墨水滴入清水中的扩散过程,就会发现连最基本的扩散过程也会产生有序的涟漪。难道墨水本身的扩散带有某种目的性吗?当然没有,但是这一客观趋势是再明显不过了。当我们今天再来看达芬奇、德日进、华莱士的著作时,我们的感觉超越时代的伟大思想也许会被埋没,然而它们又总有一天会以另外的形势复活,这难道都是巧合吗?为什么自然界有那么多的趋同进化,人类社会有那么多的同步发明与思想呢?
 
物理学家薛定谔在1944年写了一本小书《生命是什么》。薛定谔在此书中围绕着热力学第二定律阐述生命现象的特征。事实上很久以来人们就观察到,自然界中的生命现象得益于开放系统中吸收的宇宙能量,这些生命的共同特征是违反了热力学第二定律的精神。地球这一开放系统总体上没有违反宇宙中熵增的定律,生命现象乃至人类的技术文明都制造了更多的熵增。有机体、科技文明消耗的秩序一定比创造出的秩序要多,然而这一前提是放在宇宙这一开放系统中来看的,就地球本身来说,这里的秩序总量却是增加的。
 
物理学家逐渐关注到不可逆的总体向无序发展的过程也会带来了建设性的有序,耗散结构与自组织现象相辅相成。新一代的学者将这些理论被统一到社会学与生物学之中,他们发现,生命有机乃至社会中信息维持了整个系统的完整性,信息协调整体各部分保持相对稳定同步,彼此联系共同抵抗混乱与崩溃。在这个意义上讲,技术的本质就是要降低沟通与运输的成本,科技提高了能力利用的效率实现了信息处理方面的能量消耗的降低,这样信息就成为比能量和物质更为重要的改造世界的基础。随着信息处理所需要的能量不断下降,我们就越来越接近德日进预言的宇宙终极智能。
 
当然,类似的观念不断被众多杰出头脑所观察领悟到,怀特海、博格森等大家都曾描述了同一种过程。对耗散结构产生的有序自组织现象了如指掌的普利高金教授曾总结道,我们宇宙遵循一条包含逐次分岔的路径(见图2、图3),其他宇宙可能遵循别的路径。值得庆幸的是,我们遵循的这条路径产生了生命、文化和艺术。
 
德日进式的进化是有方向的进化,这也许暗示生物进化理论与人类社会发展可以进行类比。正如前面提到的非常明显的现象,人类社会复杂性的增加,军备竞赛的不断升级,地球表面生命、科技秩序的整体提升,生命界乃至人类社会合作行为的总体增加,这些都是十分明显的事实。甚至随便到大街上问一个人,你相信人类社会是在进步吗?大多数人也会给于肯定的回答。那么为什么我们教科书的进化论没有方向呢?
 
原因部分在于我们所用的视角与焦距是固定的,就像高中物理课本中教授的牛顿经典力学一样,在一样的观察尺度范围内是近似正确的。然而牛顿经典力学系统下的时空观是可逆的,而真实世界和非平衡物理学中的时间之矢是不可逆的。在更大的视野下,进化的方向性问题同样也不是随机突变那么简单的。这就是德日进进化论不同于拉马克与达尔文的地方。凯文凯利、库兹韦尔等未来学在著作中表面上是在论述科技与进化的关系,但事实上他们的进化观点不是达尔文式的也不是拉马克式的,而是德日进式的继承者。
 
关于进化的方向性之争在历史上由来已久,现代综合进化论、新达尔文主义确立以来,进化是没有方向的已经得到了学界的公认,也是目前的主流思想。乔治﹒威廉姆斯在其经典著作《适应与自然选择》里他驳斥了进化的“进步”含义。他从五个方面一一阐述:遗传信息是否不断积累; 形态学上复杂性不断增加是否是趋势;生理学上功能分化(专门化)是否不断增加的 某些任意规定的进化方向是否有趋势;适应有效性是否在增加。 然而,这五点都是狭义上的进化方向性,微观领域的论证也许到现在看还是正确的。
 
从广义上看,方向性这个词的含义太广泛了。首先几何、物理化学法则对进化施加了约束,限制生命机会的范围,比如生命为什么起源于DNA,别的大分子不行吗?为什么是氨基酸,别的形式不行吗?为什么会有那么多的趋同进化,为什么没有三个眼睛,四个翅膀的动物出现过。为什么没有那么多种类的叶绿素的出现,显然生命不是在所有方向上无拘无束地进化,而是受到物质世界的诸多限制。
 
其次,进化过程局部来看确实是随机变异。斯蒂芬·古尔德可以被称作当代的博物学家,他也是随机进化的坚定捍卫者,例外而非趋势,反应了当前教科书式的进化理论。在古尔德的著作《布尔吉斯页岩》的结尾,他认为我们人类不过是万籁寂静宇宙中的奇葩,生命、意识都不过是偶然的个例。古尔德在著作《生命的壮阔》(Full House)中有详细的论证来反驳进化的方向性。古尔德举了一个墙与醉汉的例子(见图4)。夜晚的大街上走着一个醉汉,街的左边是一堵墙,右边是一道水沟。醉汉的走路方向完全是随机的,没有任何趋势。第二天人们一定会在水沟里找到他。他会掉进水沟,并不是因为他有喜欢水沟的趋势,而是因为墙挡住了他的路,不能再往左边走了。他认为细菌无法再向简单性进化是硬性限制条件,但细菌统治着地球,复杂生命只是随机散步中碰到墙的醉汉,偶尔会朝另一端没有墙的一侧倾斜。但事实上关于墙的比喻承认了有某种硬性条件限制了生命总体复杂程度的增加趋势。
 
第三种约束力即为不可逆的热流产生的熵导致的建序过程,这种概念向来被译为负熵或外熵,窃以为称作“逆熵”二字更为贴切。从更宏观的范围来看,逆熵现象是大于进化的趋势,进化本身也是此股潮流中的现象而已。即使在无机界,混沌之中也会产生有序现象,生命进化过程总体复杂性,总体合作行为都是一直在增加的,合作行为就是进化过程在逆熵现象的一个重要的吸引子。也就是说,即使所有物种被毁灭后,只要出现生命就会进化出合作行为,这是必然的。其他的吸引子点,或者进化中的相对稳定孤岛也是随处可见。比如,用翅膀飞行这一运动功能就在生物中独立进化出过多次,翼龙、昆虫、蝙蝠、鸟它们并不是同一个相近的祖先,飞行对它们来说完全是趋同进化的结果。
 
但是对于这种必然是逆熵现象的本质力量,是统一无机有机界的系统自发形成的自组织。正如军备竞赛的例子一样,任何系统都会产生自己的惯性,形成某种重现模式。这种由无序产生的建设性有序模式为进化限定了方向,这样的动力将进化的随机性、偶然性导向了某种必然模式。
 
科学家与艺术家眼中的世界有没有共通之处呢?不论科学、宗教或是艺术所宣称的某种更为神秘而高深的东西,往往都具有共同的属性,例如,最为神秘的宗教理论也不过是建立在信仰某种更高的秩序之上的,现代人所信赖的法律、道德、货币、大的品牌、大的社会组织往往都是建立在某种得到广泛认同的虚构秩序之上。梵高和达芬奇都不是现代严格意义上的科学家(见图5),更不懂什么混沌学、非平衡热力学理论,但是美本身就是科学与艺术共同追寻的秩序,艺术家的直觉能够让他们感受到这股强大的宇宙力量。达芬奇曾经对大洪水吞噬地球的传说十分着迷,以他的画作《湍流》为例(见图6),漩涡中有漩涡,较大的漩涡破缺成小的漩涡,小的漩涡再进一步破缺,这反应的正是普利高津所说的非平衡分岔。自组织复合体的这种逆熵这股神奇的内部动力,在最复杂的人类大脑中反复发酵后,也会导致某种相同的世界观在不同人的脑海中重复出现。
 
最近几十年,科学家们围绕逆熵现象的研究已经得出了惊人的结论,关于自然秩序的终极奥秘不是生命、有机体、物质和能量,而正是前面我们提到的某种流动着的非物质——信息。罗伯特·赖特曾经这样描述生命、意识、宇宙运转过程:在我看来,这真是一种势不可挡的趋势。它像是我苦苦寻找的一只动物。我已经发现了它的踪迹,它就在那里,但它却是一只从未被发现的动物。他所描述的是就是这种不同于物质与能量的非物质——信息转换。信息并非某种神秘的力量,类似于结构完好的物质和能量,这些信息的本质就是要在无序中产生更多的有序。例如,人类活动中拼尽全力去做的也不过是做最少的功产生更多的秩序,人类的科技有能力在更大的混乱产生之前,就为自己制造、维护保护更多的有利于自己的结构。正如我们生活中所看到的,人类科技显示出飞速发展的非实体化过程——信息化,在这层意义上讲,未来人类的世界仿佛进入了梵高的画卷,生命和科技的背后,连结世界与宇宙的正是那些看不见的能够主宰能量分配和物质形式的信息流。
 
作者为集智俱乐部粉丝,北京大学哲学系博士毕业,现任国家新闻出版广电总局编辑。主要作品有《华莱士自然选择理论与其社会政治思想的融合》(博士论文)、《中国网络剧微电影传播概论》(合著)、“华莱士与社会达尔文主义”、“华莱士和达尔文不同的’自然选择’之路”、“网络虚拟空间的后现代转向”、“后信息时代娱乐节目更需监管”、“电视联姻网络直播价值承载不可或缺”等。
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