历史

物理科学和生命问题(1/2)

    (脱稿于1957年,根据1949年2月在哥本哈根丹麦医学会召开的一次纪念斯提诺的集会上的演讲改写而成。)

    我欣然接受哥本哈根医学会的邀请来作一次斯提诺演讲;这个学会要用这种演讲来纪念这一著名的丹麦科学家;他的成就越来越受到赞扬,不但在本国,而且在整个的科学界。作为讲题,我选了这样一个问题,它在多少年来吸引了人们的注意,而且斯提诺本人也曾经对它深切关心;那就是:物理经验可以在多大程度上帮助我们解释体现得繁复而多样的有机生命。我将试图说明,最近几十年中的物理学发展,特别是通过对一向我们未经进入的原子世界的探索而在我们作为自己是其一部分的那个自然界的观察者的地位方面得到的教益,曾经为看待这一问题的态度创造了一种新背景。

    甚至在古希腊的哲学流派中,在说明生命机体和其他物质客体之间的显著差别所用的思维手段方面也可以发现很不相同的一些意见。如所周知,原子论者们认为,一切物质的有限可分性,不但对于简单物理现象的解释是必要的,而且对于机体的机能及其有关心理经验的解释也是必要的。另一方面,亚里斯多德却反驳了原子概念,而且,有鉴于一切生命机体所显示的整体性,他主张在自然的描述中必须引用完美性和目的性之类的概念。

    差不多在2000年的时间内情况都基本上没有改变,而直到文艺复兴时代才在物理学中和生物学中得到了伟大的发现;这些发现后来带来了新的刺激因素。物理学的进步,首要地在于放弃了将推动力看成运动原因的亚里斯多德概念。伽利略认识到匀速运动是惯性的表现,他强调了力作为运动变化的原因;他的认识和强调,后来成了力学发展的基础;牛顿以受到后世赞叹的方式赋予了这种力学以巩固而完备的形式。在这种所谓的经典力学中,一切有关目的性的说法都被消除掉了,因为事件的历程被描述成了所给初始条件的自动后果。

    力学的进步不可避免地在当时的一切科学中造成了强烈的印象。特别说来,维萨留斯的解剖学研究和哈维关于血液循环的发现,就启示了生命机体和按力学定律而工作的机器之间的对比。在哲学方面,特别是笛卡尔,强调了动物和自动装置之间的类似性,但他认为人类有一个在脑部某一腺体中和**相互作用着的灵魂。但是,当时关于这种问题的知识的不足性,在斯提诺的关于脑的解剖学的著名巴黎演讲中受到了强调;这种演讲证实了斯提诺的一切科学工作的巨大观察能力和胸怀开阔的特征。

    后来的生物学发展,尤其是在发明了显微镜以后,揭示了器官结构和调节过程的出人意料的精致性。在机械论概念就这样得到了越来越广泛的应用的同时,在机体中奇妙的再生能力和适应能力的启迪下,人们也一再地表示过所谓的活力论观点或目的论观点。这种观点并没有回返到关于在机体中起着作用的一种生命力的原始概念,而是强调了物理学处理方式在说明生命特征中的不足性。作为本世纪初期这方面的情况的一种清醒表示,我愿引用我的父亲、生理学家克里斯蒂安·玻尔在他的论文“论病理肺扩张”的绪言中的下列叙述;该论文发表于1910年的哥本哈根大学年报。

    只要生理学可以被描述为自然科学的一个特殊分支,它的特定任务就在于作为一种给定的经验对象来研究机体所特有的现象,以便能够理解自动调节中的各种部分,并理解这些部分如何随着外在影响及内在过程的变化而相互平衡、相互谐调。于是,用目的一词来描述机体的维持并认为达成这种维持的调节机构是有目的的,也就是合乎这种任务的本性的。

    正是在这种意义上,我们在以下将应用关于有机机能的“目的性”这一概念。然而,为了使这一概念在每一单独事例中的应用不致于显得空洞甚或引起误解,必须要求在这种应用之前应对所考虑的有机现象进行足够彻底的考查,以便一步一步地阐明该现象在机体的维持中有所贡献的那种特殊方式。这只不过是要求在科学上证实目的性这一概念是符合着它的定义而在所给事例中被应用的;虽然这种要求可能显得是不言而喻的,但是,强调这种要求却是不无必要的。事实上,生理学研究曾揭露了为数够多的极为精致的调节作用;这种情况就引诱人们将每一种被观察到的生命表现都认为是有目的的,而不去设法对它的详细作用过程进行实验上的探讨。利用在各种有机机能之间很容易出现的类似性,根据关于目的性在所给事例中的特点的主观判断来解释这种作用过程,这不过是其次的一步而已。

    但是,正如许多例子所证实的,在我们关于机体的如此有限的知识下,这样的个人判断多么容易发生错误也是很明显的。在这种情况下,研究程序得到错误结果的原因,就在于缺乏对过程细节的实验演示。但是,作为一种启发性的原理,关于有机过程之目的性的先验假设,本身却是十分自然的;而且,由于机体中的条件的极端复杂和难以理解,为了表述所要研究的特殊问题并寻求解决该问题的途径,这种假设不但可能被证实为有用的,而且可能被证实为不可缺少的。但是,可以适当地用于预备性考查的是一件事物,可以合理地看成实际达成的结果却是另一件事物。至于一种给定机能在整个机体的维持方面的目的性问题,正如以上所强调的,这种结果只能通过详细示明达到目的所取的途径来取得。

    这些说法表示了一些人的态度;我就是在这些人的圈子中长大的,在我的年青时代,我曾经倾听过他们的讨论;我所以引述这些说法,是因为它们为研究生命机体在自然描述中的地位问题提供了一个适当的出发点,正如我所要说明的,原子物理学的近代发展,在扩大了我们关于原子及其更加基本的组成的知识的同时,曾经揭示了所谓机械自然观的原则上的局限性,并从而为和我们的讲题最有关系的一个问题开创了一个新背景;这问题就是,对于一种科学解释,我们可以如何理解和要求什么?

    为了尽可能清楚地表明物理学中的形势,我将从提请大家想到一种极端态度开始;这种态度,在经典力学伟大成功的冲动下,在拉普拉斯(LaPlace)的著名的世界机器观念中表现了出来。这一机器的各个组成部分之间的一切相互作用都服从力学定律,从而,一个知道这些部分在一给定时刻的相对位置及速度的智者,就能预言世界上以后发生的一切事件,包括动物和人的行为在内。如所周知,这一观念曾经在哲学讨论中起过很重要的作用;在这整个的观念中,没有适当注意应用交流经验所不可缺少的概念时的先决条件。

    在这方面,后来的物理学发展曾经给了我们一种有力的教训。将热现象看成气体、液体及固体中的分子的不断运动,这样一种影响深远的解释,已经唤起人们注意到说明经验时的观察条件的重要性。当然,这儿不可能存在详细描述不可胜数的粒子彼此之间的运动问题,而只能存在利用普遍的力学原理来推导热运动的统计规律问题。在简单力学过程的可逆性和作为很多热力学现象之特征的不可逆性之间,有一种独特的对立;这种对立用这样一件事实来说明:温度和熵之类的概念的对于实验条件的应用,是和单个分子的运动的完全控制不相容的。

    在生命机体的维持和生长中,人们常常看到和热力学定律所蕴涵的、在孤立物理体系中趋于温度平衡及能量平衡的那种趋势相矛盾的现象。然而,我们必需记得,一些机体是通过营养和呼吸不断地补充着自由能的,而且,最彻底的生理学研究也并不曾揭示对热力学定律的任何违背。但是,认识到生命机体和普通的动力机器之间的这些相似之点,当然还绝不足以回答机体在自然描述中的地位问题;这一问题显然要求我们对观察问题进行更深入的分析。

    通过普适作用量子的发现,观察问题以一种出人预料的方式被提到了重要的地位;作用量子表示着原子过程中的一种整