| 文理交融的“历史物理学” |
| 送交者: 林磊 2005年10月06日21:13:33 于 [教育学术] 发送悄悄话 |
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从蔡元培先生最早提出“文理交融”开始，成为许多学者近百年来的追求，特别是用自然科学的办法来研究社会科学的某些学科，更是一些人的梦想。本文作者系美国哥伦比亚大学博士，加州圣荷塞州立大学物理教授，中国科学院与中国科协客座教授，近两年尝试将物理的研究方法运用到人类的历史学中，提出了一门新的学科，叫做“历史物理学”（Ｈｉｓｔｏｐｈｙｓｉｃｓ） 为什么说人类历史的研究也可以从物理学的角度来考察？因为，从历史学的研究对象来看，历史学研究的对象是一个多体系统，在这个系统中，单体是人，本文中我们称为“粒子”。每一个粒子是经典的（非量子力学的）、可分辨的。历史学家所关注的是过去已经发生的与这个系统有关的所有事情。被历史学家所研究的这个系统正是由物体组成，那么就可以用科学的方法来研究。 我们为什么要用物理的方法研究历史？ 人类系统是宇宙中最复杂的系统。所谓复杂系统是由很多单体组成的系统，一般是不能用还原论ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ方法来研究，比如经济体系，蚂蚁群，人的大脑，交通，人类等。对复杂系统感兴趣的人应该会对人类系统有兴趣。 用物理学的方法来研究历史时机已经成熟。最近，在复杂系统与人类生物体的研究方面取得了很大进展，例如计算机运算能力增强，可以做海量数据的模拟；人们正在逐渐了解混沌现象；人类基因组破译；对人的大脑可以进行实时的扫描研究等等。所以，现在从物理与生物的观点来研究历史正是时候，正如著名哈佛大学生物学家Ｅｄｗａｒｄ Ｗｉｌｓｏｎ所说的：“人类境况的研究是目前自然科学最重要的前沿。” 物理学家与历史学家合作能够把历史学变成一门真正的科学。物理学家知道如何去解决多体问题，事实上，１００年前物理学家就已经发明了统计力学来研究多体问题，而且得到了相当成功的应用；物理学家不仅仅是研究材料、动量等物质对象，事实上，物理学家用物理的方法去研究任何对象都属于物理学的范畴；事实表明，在交叉学科方面，物理学家已经有很多成功的经验，如天体物理，生物物理等，物理学家与历史学家合作将提高历史学的科学性。 历史学中的研究方法与通常的科学方法有哪些不同？ 在任何学科中，科学方法都包括以下几个步骤：（１）从原始数据或根据现有的理论提出新的假设；（２）将由假设产生的推论用数据或事实来检验；（３）如果事实和假设相符，则假设就成为新的定律，如果相悖，则又回到步骤（１）；（４）新的定律在有同行评议的科技期刊上发表以供交流；（５）有的时候，科学家本人或其他人会将新的发现写成科普书籍出版。 在目前的历史学领域中，上面提到的步骤并不是连续的。例如，他们如果提出新的假设，如步骤（１），这种方法被称为“建构主义”；新的定律发现，如步骤（３），被称为“重构主义”。有很多历史学的研究成果是用叙述的形式来表达的，并跳过步骤（４）直接写成书籍，即步骤（５）。从这些方面来看，历史学的研究有些时候并未有用上整套的科学方法。 当历史学家描述历史时经常用这样的语句：“在历史上留下了痕迹”、“跟着先人的足迹前进”等等，这些语句如果用科学的方法来模拟则需要用到一个可变形的地貌，另一方面也需要有行走者。正如人们常说的，通过人的行为，坏事有时候可以变为好事，反之亦然。行走者应该是活性的行走者，能够改变地貌，所以活性行走的模型就很自然地可以用于历史学的研究。活性行走是作者在１９９２年提出来的处理复杂系统的一个方法与典范，在活性行走中一个粒子每走一步，都改变它附近的地貌，这个改变了的地貌就影响这个粒子的下一步的选择。 把历史看作一个复杂的动力学系统 进行任何科学研究，首先是搜集资料，物理学和历史学都是这样；第二步是分析数据与资料，总结出一些经验性的定律。在历史学研究方面，这些经验性的定律是有的，但比较少。有一些历史学家甚至怀疑这些定律是否存在。 在超越经验性的层次上，历史和物理的研究很不一样，比如， 物理学家对水的研究有三个层次：（１）唯象层次。根据几个简单的对称性原理，物理学家得出一个唯象方程——Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，这一方程现在广为应用；（２）真实性层次。当人们知道水是由分子组成，并在有强大的计算机后，人们就可以计算模拟来研究水分子群体行为。在物理学的研究中，许多真实的细节是可以避免的，不需要考虑，正因为如此才得以不断的发展。（３）人工化层次。用“晶格气体自动机”方法来研究水时，对水分子大大的简化，已经成为人工化的分子。从这一方法研究得出的结果和（１）、（２）的结果是一样的。 在历史学的研究中是没有这三个层次的，可能的原因是历史学家相信要充分了解历史需要了解人与人之间的相互作用，历史事件的细节越细越好。换言之，他们是想马上进入第（２）个层次，所以是很困难的。我们从物理学研究中得到两个经验：（１）不需要知道全部细节；（２）通过简化但同时保留主要关键因素就可以把研究往前推进。 历史的过程是一个随机过程，我们举三个用物理来研究历史的例子： ①战争规模的统计分布：几十年前，英国学者Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ把世界上发生的战争，死伤人数做了一个统计，发现总体来说，大的战争出现的数目比较少，小规模的最多，这个结果可以用幂函数曲线（即变数ｙ正比于自变数ｘ的某次方）表现。令人惊异的是，在自然界有许多复杂系统，如地震、城市人口的多少分布，也莫不如此。虽然人类战争的爆发和规模从偶然性来说与某些历史人物的个人行为有关，但它并不能改变符合幂函数的特性。因此，人类历史的发展与很多复杂系统有着共性。 ②模拟经济学中的历史：为什么一个开始处于劣势的产品能够最后占有市场。 在意大利佛罗伦萨有座教堂的钟建于１４４３年，钟的时针是逆时针方向转动的，可以猜想当时是有两种钟同时存在的。在北半球，时钟发明以前，用日晷计时，而北半球日晷的影子是顺时针方向移动的。从这个意义上讲，当时的逆时针方向转动的钟是一个处于劣势的产品，因而逐渐被淘汰了。这个例子说明的是劣势产品消失的例子，这似乎是很自然的，但奇怪的是劣势产品最终也会有可能赢得市场，比如“ＱＷＥＲＴＹ”键盘的存在。 要了解这些现象，描述经济学的历史，我们可以用活性行走的模型。在这一模型中，粒子只在两点位置上跳跃，每个位置代表一种产品，每个位置有一定的高度。当粒子选择某一位置时，位置的高度增加一个定量，高度越大粒子选择这个位置的概率越大。 我们的解析解和数字计算结果表明：某种情况，这两个产品可以在市场上共存；在其他的情况则首先售出去的产品将把另一个产品挤出市场；另一情况，开始处于优势的产品有更大机会赢得市场，但另一产品也有一定概率追上并赢得市场。同时，追上的概率在某一时间可以达到最大值，也就是说初始劣势的产品不应该过早退出市场。 ③模拟进化论中的历史：如果生命的历史可以重新来一次，偶然性对于生命的存在有多重要呢？ １９８９年，著名古生物学家和科普作家Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｇｏｕｌｄ出版了Ｗｏｎｄｅｒｆｕｌ Ｌｉｆｅ一书，谈到在加拿大温哥华附近发现一些化石，从化石上发现有一些“高级”的生物体，但它们并没有生存下来。从这单一数据，Ｇｏｕｌｄ认为，机遇在生物的进化历史中极为重要，与达尔文的理论不同，并不一定是适者生存。他提出问题：如果生命就像放映录像一样，可以从头重放，历史的进化再来一遍，人类还会存在吗？答案是：不。这一观点引发了很多争论，但并没有进一步的科学论证。更可惜的是迄今为止还没有发现第二个数据。我们的活性行走模型对这一争论提出了有价值的看法，我们发现偶然性相对于必然性的重要性依赖于所考察的系统在参数空间所处的位置，如果事件处于“敏感区”，那么偶然性很重要。其结果是如果生命可以重来，历史就可能很不一样，否则历史是可以重复的，问题在于事件处于什么区域。 历史实在太重要，不能单靠历史学家来研究，物理学家应该可以更多地参与历史的研究。历史过程的复杂性和随机性不能作为躲避研究的借口。我们从研究复杂系统中获得一些经验和工具可以用来研究历史。去要求现在的历史学家学习数学和计算机程序是有困难的，但历史学家与物理学家合作这一形式将是可行的，也是富有成效的。 历史学的研究除了以叙述的形式表达外应该还有更多的东西，单是描述随历史发生的过程是不足够的。活性行走在模拟历史中相当有用，也是很自然的应用。在中国，如果要打破文理割裂的坚冰，使它们真正你中有我，我中有你，就要有具体可行的措施。起码要让文理科的研究者知道彼此的研究内容，简单的做法比如在北京中关村知识密集地区建立相应的网站，有一个畅通的信息通道。另外，有关的基金会，要鼓励和支持由文理科研究者共同完成的新的项目并给予必要的经费支持。 （林磊先生欢迎读者通过邮件与他探讨，他的Ｅ－ｍａｉｌ地址：Ｌｕｉ２００２Ｌａｍ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ） |
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