博物學視角下的進化、熵與自然秩序

◎鄭笑冉

博物學視角下的進化、熵與自然秩序

◎鄭笑冉

對自然奧秘的困惑是引領我走向博物學的始作俑者，當我第一次看到布萊克的這首詩時，我想起兒時外出游玩時，我喜歡在陽光下獨自觀察一片樹葉、一朵花，曾經有小伙伴問我一朵花有什么好看的，確實我直到現在都不是個植物學愛好者，我只是驚嘆大自然的鬼斧神工，每一朵花拆開有對稱的六片，像雪花一樣規則；每一片落葉中都仿佛隱藏了一股正在消逝的力量，這在當時讓我產生了太多的疑惑，什么是美？雪花、晶體結晶中的秩序與花瓣的對稱有無相關，它們的秩序有無目的？什么又是生命的最基本特征？最初這些問題并不是很清晰，但是許多年后，我發現成自已已成為一名博物學愛好者，在此期間逐漸感悟到這些疑惑變得更加系統而相互關聯起來了。人類社會與生物進化之間，無機界的世界與生命世界之間仿佛并沒有看上去那么格格不入。

兒時起我對動物也有著特殊的喜愛，我喜歡養各種小動物。我那時好像不怕各種蟲子，敢隨時用手去抓，我在家里養過各種小動物，有魚、龜、蛇、鳥、鴿子、兔子、貓、狗、小雞甚至還養過一只貓頭鷹，我豪不懷疑這種對動物園親切之情將伴隨我的一生，現在家里有維尼和凱撒兩條可愛的哈士奇，實際上去年這個時候我還養著一條11個月大的德牧。如果說人類真正成功馴化了哪種動物，那一定是狗和馬，就在上個月我被一匹不到三歲的小馬摔傷骨折，我第一次做了手術，然而休病假期間我腦子里的計劃還是繞不開我喜愛的動物，時刻準備著恢復后去圓兒時的一大夢想——養一群鴿子。我的生活幾乎從來沒有離開過動物。使用工具被認為是人類與動物的一大區別，然而科技對于人類乃至自然意味著什么？人類的活動、技術的革新是否還遵從著更高級的自然法則？這樣的問題曾一直困擾著我。

那時我還沒有意識到，自已已經成為一名不折不扣的博物學愛好者。后來我有機會了解到了進化論，及其相關的理論和事實，比起量子力學或有機化學學來這些理論太令我著迷，幾乎完全改變了我對世界的看法。讀本科期間我有幸在北大聽了一次以博物學為主題的講座，我后來的恩師劉華杰教授正是那場講座的主講之一，聽完講座后我更加清醒地認識到了自己的志趣，決定義無反顧地投身到自己熱愛的博物學研究之中。讀碩士期間，在導師的指導下，我著手做博物學家華萊士思想研究，這極大地調動了我的興趣，每每閱讀華萊士與達爾文等博物學家的探險經歷都能令我魂牽夢繞，仿佛這就是我兒時曾憧憬過的夢想。在閱讀華萊士生平相關資料時，我可以了解到了維多利亞時代包括達爾文在內的一大批博物學家的生平及其成就。同時我也能穿越不同時代了解到生物進化思想的前世今生。新達爾文主義的綜合理論、進化心理學有關擇人類偶偏好的最新進展這些都是我經常關注的領域。在我做博士論文期間，我曾經十分癡迷達爾文與華萊士對性選擇問題的爭論。兩位自然選擇理論的草創者對自然選擇單位有著不同的側重，由此產生的一系列不同觀點的交鋒揭示的正是自然界乃至人類社會發展中某種永恒的主題——個體利益與群體利益之間的沖突。

博物學家觀察到的啟示——軍備競賽

前面提到博物學家達爾文與華萊士等人很早就觀察到自然選擇與性選擇之間的某種張力，我曾經在博士論文里詳細對比了達爾文與華萊士兩位進化論先驅關于自然選擇單位的不同側重，達爾文更傾向于個體選擇，而華萊士則更加側重群體。后來的人們發現了基因，又發展出基因與基因的載體之間的博弈理論，這實際上不過是再現了達爾文與華萊士爭論的主題。事實上任何系統都存在著某種推動力，群體與個體之間的利益沖突便具有某種動力特征。

美國經濟學家羅伯特·弗蘭克十分注重生物學中的這一焦點，他的經濟學理論部分建立在動物性選擇的觀察之上。如果我們仔細觀察動物，會發現動物常常擁有雌雄間的二態性，即雌雄動物外形、體積上存在明顯差異。如果深入了解就能明白其中的一些作用，一只擁有巨大美麗尾巴的雄性孔雀或者一頭擁有巨大鹿角的雄性麋鹿在繁衍競爭中可能占有較大優勢，然而從種群的角度來看，巨大的尾巴和鹿角都是生存的累贅，它們無疑只能給種群的利益帶來損害。孔雀很可能在逃避追殺時飛不起來，寬大的鹿角使得麋鹿在面對食肉動物攻擊時變得過為笨拙，較大的尾巴與鹿角也許是孔雀與麋鹿個體的驕傲，但如果太大卻是整個物種的悲劇。事實上這樣的矛盾隨處可見，史前滅絕的巨型動物，人類的奢侈浪費行為，各國之間的軍備競賽都是本質相同的一類現象。事實上在人類社會中，技術的演進助推著各種形勢的軍備競賽不斷升級，加速了人們生活的節奏，每當人們應用一種更加便捷的技術的同時，他們事實上也在忽視著生活節奏的步調也將被調節得更快。雖然技術發明的本質就是降低溝通、運輸、能量轉化的成本，然而汽車、電話、電子郵件的發明并未使人類變得比史前人類悠閑，相反在不斷增加的復雜性面前，單個的人腦會顯得越來越不夠用。這也就是為什么人們更加熱衷于娛樂八卦真人秀，而很難再在節奏不斷加快的都市里靜下心來閱讀一本哲學著作。

短期來看，技術的引進會壯大群體先吃螃蟹的人會受益，例如農業技術的發明造福了第一批定居者，然而當這一模式推廣之后，卻存在著更為深遠的影響，那就是不可逆的方向發展。人們從此進入了農業社會，每一代人都沿襲了上一代人的生活方式，為了趕上其他人的成就，人們必須不斷努力耕種，因為人口已經增加到狩獵采集社會無法負擔的地步。人口增加了，但是群體與個體之間的軍備競賽已經升級到了不得不終日勞作才能養活自己的境地。這一困境只有通過新的更加有效率的創新技術得到解決，然而指望新技術能夠讓人類一勞永逸，往往會發現那不過是癡人說夢。

如果按現在的物質條件來看，我現在養兩條寵物狗與二十幾年前的童年時期相比應該更加輕松才對，然而有些在兒時能夠輕松完成的生活方式在如今的大城市的年輕白領來說已經成了奇聞。每當我向別人提起我養的兩只寵物的時候，別人問得最多的問題都是：你照顧得過來嗎？事實上我確實根本沒有時間照顧好它們。類似的問題也一度困擾著人類學家，當人類第一次發明農業技術時，他們的食物增加了，他們不用再到處奔波了，他們成了有產者，他們可以定居了。也許第一批發明農業技術的人，真的過得比較富足悠閑，但是總體來看，上萬年間，人類大部分時間陷入了面朝黃土背朝天的艱難窘境，伊甸園式的生活并沒有到來。農業社會中的人的工作時間比起狩獵采集社會中的人可要多很多，他們的飲食和健康卻相對變差了。就像好多年輕人看到體驗到的一樣，在拼搏、競爭過后，還是競爭、奮斗、努力，世間各種文化都對勤奮予以鼓勵，人類憧憬的勤奮努力預期的未來是否一定美好，一直是人們長期爭論不休的話題。要解決個人與社會發展的問題，就得不斷增加專注的力量，努力、勤奮、凝聚力在各種文化與各個歷史時期都被不斷標榜。有社會經驗的人都知道專注與組成團體的力量，再加上一點創新，就能贏得更有利的局面。“No pain no gain”,“吃得苦中苦做得人上人”，這樣的諺語在世界各地耳熟能詳。然而現代社會的人都知道，等到年輕人事業起步以后，他會發現自己背負更多，要養家糊口，沒準還要買車養車去度假，但是大多數人不會愿意放棄所有，去過狩獵采集社會式的生活，或者去尋找山水田園詩般的桃花源。這么說來所謂的進步就不存在了嗎？當然不是，技術進步在一定程度上緩解了個體與群體之間的矛盾，人類壽命和人口數量的增長已經顯示了智人這一物種所謂的成功。有學者將人類的現狀與人工飼養的動物進行類比，世界上最成功的物種除了人可能是牛、雞還有豬，他們的數量遠遠超過了野生的同類,但幸福指數在動物之中卻是最差。這種類比雖然并不是人類的真實處境，但卻很形象地反應了軍備競賽所造成的另一種窘境，群體的驕傲，個體的悲哀。

博物學的視角給予的啟示在于，生命形勢的發展、生物演化與人類文化社會的發展帶有某種更深的一致性。例如，生命形式誕生以來，總體的復雜程度不斷增加，競爭行為存在的同時被到與主動的合作行為也在增加，人類社會中這些趨勢則更為明顯。然而，這并不是公認而清晰的結論，現實情況是各門學科領域的學者為不同角度的同一問題爭論不休，長期不能達成一致。例如，進化論本身就被不同人看成不同的理論加以解讀。

博物學視角下拉大的焦距

對于將生物演化與人類社會發展進行類比始終存在著爭議，上過高中的人都知道，校園里講述的進化理論是沒有方向性可言的，而人類社會的發展是基于某種進步觀的基礎之上的。達爾文和華萊士的自然選擇是建立在隨機變異的基礎上的。自然選擇是適應性生存選擇的可遺傳的隨機變異，既然是隨機變異，進化也就沒有方向的。那些最適應環境的有機體生存并繁衍后代，這一過程看上去是沒有方向性可言的。除了達爾文與華萊士還有另一位博物學家的進化論思想的維度更為深邃而寬泛。歷史上，進化論的主流機制大體是有兩種模式，拉馬克式的還有現在普遍被接受的達爾文式的。然而，如果我有幸能繼續從事博物學相關研究的話，我愿意盡力去宣傳一種更為深奧進化論的模式，那就是德日進式的。

德日進是一位法國博物學家，他為中國人熟知的是參與了北京猿人頭蓋骨的發現，然而其對世界最大的貢獻是提出了一種統一的宇宙進化的觀點。據說后來提出地球村、全球化概念的好多學者都曾讀過他的著作，至于這是不是真的，很難考證，因為經常有好多的偉大的發現確實是獨立產生在不同人個頭腦之中的。例如，微積分理論、自然選擇理論的發現，許多獨特而偉大的發明都也是幾乎同時被不同人發明出來的。但是可以肯定的是這位博物學家的思想確實預見了未來。

德日進的主要身份是神學家，他的思想因思辨性、神秘性太強而長期未得到學術界的關注。在德日進神秘的著作中，進化是一種結構越來越復雜而意識越來越增強的過程，經過分化、擴散、融合、合一，動態平衡的過程，系統整體向著某種方向不斷上升，這一過程往往三個階段：第一是擴散，第二是收斂，第三是顯現。德日進認為，宇宙的每一次進化無不經過這三個階段。事物每經一次擴散和收斂，就出現一個更復雜、更高級納新層次：如此不斷發展，逐漸出現細胞、生命、植物、動物，最后—直到出現人類和思想。對于大多數不了解相關背景的人來說，他仿佛在論證上帝的存在。然而實際上他第一次將進化論、物理學中的相對論、宇宙大爆炸理論、熱力學理論融合到了人文思想領域。我們可以看看德日進關于方向性動力的描述：物質從外表看來是靜止的，其實里面卻蘊含著動力。例如生物有其生命力，人有意識能力。即使在有生命之前，也不無生命，在有意識之前，也不無意識，只是不到一定程度，不為人們所發現而已。好比物體必須接近光速時，人們才覺察其質量的變化，它的溫度必須高達五百攝氏度時，人們才覺察其放射性。二十世紀后來的一大批學者確實曾經受德日進著作的影響，例如，回頭看麥克盧漢在其著作描述的“逆轉”、“內爆”、“地球村”等概念很好地詮釋了德日進的思想，另外，后現代主義思潮，全球化、信息革命乃至互聯網時代的到來、奇點理論，某種程度上都沒有逃出德日進的預言。

進化有無方向性

歷史中的進化方向性觀點經常與目的論、神創論混為一談，然而如果看看一滴墨水滴入清水中的擴散過程，就會發現連最基本的擴散過程也會產生有序的漣漪。難道墨水本身的擴散帶有某種目的性嗎？當然沒有，但是這一客觀趨勢是再明顯不過了。當我們今天再來看達芬奇、德日進、華萊士的著作時，我們的感覺超越時代的偉大思想也許會被埋沒，然而它們又總有一天會以另外的形勢復活，這難道都是巧合嗎？為什么自然界有那么多的趨同進化，人類社會有那么多的同步發明與思想呢？

物理學家薛定額在1944年寫了一本小書《生命是什么》。薛定額在此書中圍繞著熱力學第二定律闡述生命現象的特征。事實上很久以來人們就觀察到，自然界中的生命現象得益于開放系統中吸收的宇宙能量，這些生命的共同特征是違反了熱力學第二定律的精神。地球這一開放系統總體上沒有違反宇宙中熵增的定律，生命現象乃至人類的技術文明都制造了更多的熵增。有機體、科技文明消耗的秩序一定比創造出的秩序要多，然而這一前提是放在宇宙這一開放系統中來看的，就地球本身來說，這里的秩序總量卻是增加的。

物理學家逐漸關注到不可逆的總體向無序發展的過程也會帶來了建設性的有序，耗散結構與自組織現象相輔相成。新一代的學者將這些理論被統一到社會學與生物學之中，他們發現，生命有機乃至社會中信息維持了整個系統的完整性，信息協調整體各部分保持相對穩定同步，彼此聯系共同抵抗混亂與崩潰。在這個意義上講，技術的本質就是要降低溝通與運輸的成本，科技提高了能力利用的效率實現了信息處理方面的能量消耗的降低，這樣信息就成為比能量和物質更為重要的改造世界的基礎。隨著信息處理所需要的能量不斷下降，我們就越來越接近德日進預言的宇宙終極智能。

當然，類似的觀念不斷被眾多杰出頭腦所觀察領悟到，懷特海、博格森等大家都曾描述了同一種過程。對耗散結構產生的有序自組織現象了如指掌的普利高金教授曾總結道，我們宇宙遵循一條包含逐次分岔的路徑，其它宇宙可能遵循別的路徑。值得慶幸的是，我們遵循的這條路徑產生了生命、文化和藝術。

德日進式的進化是有方向的進化，這也許暗示生物進化理論與人類社會發展可以進行類比。正如前面提到的非常明顯的現象，人類社會復雜性的增加，軍備競賽的不斷升級，地球表面生命、科技秩序的整體提升，生命界乃至人類社會合作行為的總體增加，這些都是十分明顯的事實。甚至隨便到大街上問一個人，你相信人類社會是在進步嗎？大多數人也會給于肯定的回答。那么為什么我們教科書的進化論沒有方向呢？

原因部分在于我們所用的視角與焦距是固定的，就像高中物理課本中教授的牛頓經典力學一樣，在一樣的觀察尺度范圍內是近似正確的。然而牛頓經典力學系統下的時空觀是可逆的，而真實世界和非平衡物理學中的時間之矢是不可逆的。在更大的視野下，進化的方向性問題同樣也不是隨機突變那么簡單的。這就是德日進進化論不同于拉馬克與達爾文的地方。凱文凱利、庫茲韋爾等未來學在著作中表面上是在論述科技與進化的關系，但事實上他們的進化觀點不是達爾文式的也不是拉馬克式的，而是德日進式的繼承者。

關于進化的方向性之爭在歷史上由來已久，現代綜合進化論、新達爾文主義確立以來，進化是沒有方向的已經得到了學界的公認，也是目前的主流思想。喬治．威廉姆斯在其經典著作《適應與自然選擇》里他駁斥了進化的“進步”含義。他從五個方面一一闡述：遺傳信息是否不斷積累；形態學上復雜性不斷增加是否是趨勢；生理學上功能分化（專門化）是否不斷增加的 某些任意規定的進化方向是否有趨勢；適應有效性是否在增加。 然而，這五點都是狹義上的進化方向性，微觀領域的論證也許到現在看還是正確的。

從廣義上看，方向性這個詞的含義太廣泛了。首先幾何、物理化學法則對進化施加了約束，限制生命機會的范圍，比如生命為什么起源于DNA，別的大分子不行嗎？為什么是氨基酸，別的形式不行嗎？為什么會有那么多的趨同進化，為什么沒有三個眼睛，四個翅膀的動物出現過。為什么沒有那么多種類的葉綠素的出現，顯然生命不是在所有方向上無拘無束地進化，而是受到物質世界的諸多限制。

其次，進化過程局部來看確實是隨機變異。斯蒂芬·古爾德可以被稱作當代的博物學家，他也是隨機進化的堅定捍衛者，例外而非趨勢，反應了當前教科書式的進化理論。在古爾德的著作《布爾吉斯頁巖》的結尾，他認為我們人類不過是萬籟寂靜宇宙中的奇葩，生命、意識都不過是偶然的個例。古爾德在著作《生命的壯闊》（Full House)中有詳細的論證來反駁進化的方向性。古爾德舉了一個墻與醉漢的例子。夜晚的大街上走著一個醉漢，街的左邊是一堵墻，右邊是一道水溝。醉漢的走路方向完全是隨機的，沒有任何趨勢。第二天人們一定會在水溝里找到他。他會掉進水溝，并不是因為他有喜歡水溝的趨勢，而是因為墻擋住了他的路，不能再往左邊走了。他認為細菌無法再向簡單性進化是硬性限制條件，但細菌統治著地球，復雜生命只是隨機散步中碰到墻的醉漢，偶爾會朝另一端沒有墻的一側傾斜。但事實上關于墻的比喻承認了有某種硬性條件限制了生命總體復雜程度的增加趨勢。

第三種約束力即為不可逆的熱流產生的熵導致的建序過程，這種概念向來被譯為負熵或外熵，竊以為稱作“逆熵”二字更為貼切。從更宏觀的范圍來看，逆熵現象是大于進化的趨勢，進化本身也是此股潮流中的現象而已。即使在無機界，混沌之中也會產生有序現象，生命進化過程總體復雜性，總體合作行為都是一直在增加的，合作行為就是進化過程在逆熵現象的一個重要的吸引子。也就是說，即使所有物種被毀滅后，只要出現生命就會進化出合作行為，這是必然的。其他的吸引子點，或者進化中的相對穩定孤島也是隨處可見。比如，用翅膀飛行這一運動功能就在生物中獨立進化出過多次，翼龍、昆蟲、蝙蝠、鳥它們并不是同一個相近的祖先，飛行對它們來說完全是趨同進化的結果。

但是對于這種必然是逆熵現象的本質力量，是統一無機有機界的系統自發形成的自組織。正如軍備競賽的例子一樣，任何系統都會產生自己的慣性，形成某種重現模式。這種由無序產生的建設性有序模式為進化限定了方向，這樣的動力將進化的隨機性、偶然性導向了某種必然模式。

科學家與藝術家眼中的世界有沒有共通之處呢？不論科學、宗教或是藝術所宣稱的某種更為神秘而高深的東西，往往都具有共同的屬性，例如，最為神秘的宗教理論也不過是建立在信仰某種更高的秩序之上的，現代人所信賴的法律、道德、貨幣、大的品牌、大的社會組織往往都是建立在某種得到廣泛認同的虛構秩序之上。梵高和達芬奇都不是現代嚴格意義上的科學家，更不懂什么混沌學、非平衡熱力學理論，但是美本身就是科學與藝術共同追尋的秩序，藝術家的直覺能夠讓他們感受到這股強大的宇宙力量。達芬奇曾經對大洪水吞噬地球的傳說十分著迷，以他的畫作《湍流》為例，漩渦中有漩渦，較大的漩渦破缺成小的漩渦，小的漩渦再進一步破缺，這反應的正是普利高津所說的非平衡分岔。自組織復合體的這種逆熵這股神奇的內部動力，在最復雜的人類大腦中反復發酵后，也會導致某種相同的世界觀在不同人的腦海中重復出現。

最近幾十年，科學家們圍繞逆熵現象的研究已經得出了驚人的結論，關于自然秩序的終極奧秘不是生命、有機體、物質和能量，而正是前面我們提到的某種流動著的非物質——信息。羅伯特·賴特曾經這樣描述生命、意識、宇宙運轉過程：在我看來，這真是一種勢不可擋的趨勢。它像是我苦苦尋找的一只動物。我已經發現了它的蹤跡，它就在那里，但它卻是一只從未被發現的動物。他所描述的是就是這種不同于物質與能量的非物質——信息轉換。信息并非某種神秘的力量，類似于結構完好的物質和能量，這些信息的本質就是要在無序中產生更多的有序。例如，人類活動中拼盡全力去做的也不過是做最少的功產生更多的秩序，人類的科技有能力在更大的混亂產生之前，就為自己制造、維護保護更多的有利于自己的結構。正如我們生活中所看到的，人類科技顯示出飛速發展的非實體化過程——信息化，在這層意義上將，未來人類的世界仿佛進入了梵高的畫卷，生命和科技的背后，連結世界與宇宙的正是那些看不見的能夠主宰能量分配和物質形式的信息流。

（作者單位：國家新聞出版廣電總局監管中心）