一位奶農(nóng)為了提高產(chǎn)奶量雇用了兩個(gè)顧問，一位是生物學(xué)家，另一位是物理學(xué)家。生物學(xué)家在考察了一周后，提交了一份詳細(xì)的長達(dá) 300 多頁的報(bào)告，而物理學(xué)家只考察了 3 個(gè)小時(shí)就回來了……
17世紀(jì)中葉，一位名叫納撒內(nèi)爾·費(fèi)爾法克斯（Nathanael Fairfax）的英國醫(yī)生在科學(xué)雜志《哲學(xué)學(xué)報(bào)》（Philosophical Transactions）上連續(xù)發(fā)表了幾篇論文。費(fèi)爾法克斯觀察到一些很有趣的現(xiàn)象，并決定通過這些論文把他的發(fā)現(xiàn)告訴同時(shí)代的科學(xué)家們。其中一篇論文的標(biāo)題是《人類自然特性潛移默化的實(shí)例：無論是在人身上還是在野蠻人身上》（Divers Instances of Peculiarities of Nature, Both in Men and Brutes）。在這篇論文中，費(fèi)爾法克斯講述了一個(gè) 40 歲左右、習(xí)慣喝熱啤酒的男人的故事。有一天，這個(gè)男人在喝了一杯冰鎮(zhèn)啤酒后病倒了，并在幾天內(nèi)死去。費(fèi)爾法克斯就此推測：人的胃很可能只能適應(yīng)一定范圍內(nèi)的溫度。費(fèi)爾法克斯還寫了一個(gè)女人的故事：每次聽到雷聲，她都會(huì)覺得惡心。不過，費(fèi)爾法克斯沒有去推測為什么雷聲會(huì)對(duì)這個(gè)女人產(chǎn)生這樣的影響，只是指出：“這位女士從孩提時(shí)代起就一直如此?！?/section>我們現(xiàn)在知道，盡管費(fèi)爾法克斯沒能實(shí)現(xiàn)他的目標(biāo)——從記錄下來的這些觀察結(jié)果和事實(shí)中總結(jié)出某種理論，但是他的觀察本身就極具價(jià)值，至少這是“理解”的第一步。在同一時(shí)期，年輕的牛頓正在思考物體如何移動(dòng)，以及光線如何傳播。牛頓于劍橋大學(xué)三一學(xué)院求學(xué)期間，一場瘟疫席卷了整個(gè)英國。為了預(yù)防疫情，劍橋大學(xué)臨時(shí)閉校。于是，牛頓回到了家鄉(xiāng)，在伍爾斯索普（Woolsthorpe）的農(nóng)村生活了幾年。也就是在那個(gè)時(shí)期，他對(duì)微積分、光學(xué)和行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律等方面的研究取得了根本性的進(jìn)展。他研究了數(shù)學(xué)推理和演算，還做了一些實(shí)驗(yàn)，比如為了分析顏色的性質(zhì)而在自己的眼窩上插入一枚長針，以及觀察蘋果如何從樹上掉下來，等等。與費(fèi)爾法克斯一樣，牛頓對(duì)觀察所得的材料進(jìn)行了分類和編目；不同的是，牛頓還總結(jié)出了一套支配物理世界的定律，并用數(shù)學(xué)公式將它們描述了出來。在某種意義上，我們可以說，費(fèi)爾法克斯和牛頓在同一時(shí)期、同一個(gè)國度所進(jìn)行的不同研究，代表了兩種理解宇宙復(fù)雜性的方法，而這兩種方法還存在著競爭關(guān)系。生物學(xué)思維和物理學(xué)思維
牛頓試圖將觀察到的所有不同事物都統(tǒng)一起來，也就是通過一組優(yōu)雅的解釋來簡化世界的多變性和多樣性。通常，他所利用的只是幾個(gè)公式或定律而已。關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以在牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律中看得非常清楚。這個(gè)極簡公式反映了從物體墜落、潮漲汐落到行星運(yùn)行等諸多現(xiàn)象的普遍規(guī)律。
而在今天，物理學(xué)家之所以會(huì)孜孜不倦地探尋能夠一統(tǒng)天下的萬用理論（Theory of Everything），也是出于與牛頓相同的愿景，希望能夠發(fā)現(xiàn)可以作為人類已知的、宇宙各方面基礎(chǔ)的秩序；并讓宇宙的每個(gè)組成部分都各歸其位，將它們放在適當(dāng)?shù)奈恢蒙??？茖W(xué)家托馬斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）有一句名言，“科學(xué)的巨大悲劇”是“一個(gè)丑陋的事實(shí)往往會(huì)殺死一個(gè)美麗的假說”。他的意思是，優(yōu)雅的理論是科學(xué)的目標(biāo)，當(dāng)某個(gè)事物與優(yōu)雅的理論相悖，或令理論復(fù)雜化時(shí)，科學(xué)便會(huì)遭遇最大的悲劇。費(fèi)爾法克斯則放棄了對(duì)理論優(yōu)雅性的追求，轉(zhuǎn)而擁抱了多樣性和復(fù)雜性。即使世界在一定程度上是混亂的，他也愿意接受，并為“又了解到新的細(xì)節(jié)”而歡欣鼓舞，哪怕這些細(xì)節(jié)很難立即被融入某個(gè)單一的理論框架中。有些人把他的方法戲稱為“蝴蝶收藏家”式的方法，即收集多種多樣的“蝴蝶”并加以描述。在這里，我們還能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代醫(yī)生的影子，他們是費(fèi)爾法克斯的智識(shí)后裔，為人體各個(gè)層級(jí)上的完美功能而嘖嘖驚嘆，例如血液凝固過程中的復(fù)雜步驟、酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)（enzyme cascades）的復(fù)雜性質(zhì)，等等；還有那些天文學(xué)家們，會(huì)為強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡所揭示的諸多星系類型而深深傾倒。博物學(xué)家不可能贊同赫胥黎的抱怨，因?yàn)樵谒麄兛磥?，根本不存在所謂的“丑陋的事實(shí)”。所有的事實(shí)和知識(shí)都為我們提供了與這個(gè)奇妙世界有關(guān)的新信息，向我們展示著世界的復(fù)雜性和多樣性。當(dāng)事實(shí)不符合我們的心智模式時(shí)，完全不必為此而感到沮喪；相反，還應(yīng)該為這種“意外” 而感到由衷的高興，然后去尋找能夠解釋這些“意外”的新方法。物理學(xué)家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）將牛頓的方法描述為古雅典時(shí)期的科學(xué)思維方式，并認(rèn)為這種思維方式“強(qiáng)調(diào)思想和理論……試圖找到可以將宇宙萬物聯(lián)系在一起的統(tǒng)一理論”。至于關(guān)注多樣性的方法，戴森則認(rèn)為，可以將它描述為工業(yè)革命時(shí)代的科學(xué)思維方式，“強(qiáng)調(diào)事實(shí)和事物，試圖探索和拓展人類對(duì)自然多樣性的認(rèn)知”。例如，起源于曼徹斯特的英國工業(yè)革命。戴森還進(jìn)一步指出：這兩種方法還有另一個(gè)不同之處，即生物學(xué)是多樣性理論者的“領(lǐng)地”，而物理學(xué)則是統(tǒng)一理論者的“主場”。我在這里把這兩種方法分別稱為生物學(xué)思維和物理學(xué)思維。在物理學(xué)中，人們通過統(tǒng)一和簡化去觀察各種現(xiàn)象的明顯趨勢(shì)，無論是在愛因斯坦、牛頓，還是麥克斯韋身上，都能看到這一點(diǎn)。眾所周知，麥克斯韋給出了能解釋電磁原理的公式。簡化，甚至極簡化，是物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)廣受尊崇的方法之一。生物學(xué)家通常更愿意接受多樣性，并傾向于陳列大量事實(shí)，而不在意這些事實(shí)是否能用某個(gè)統(tǒng)一理論來解釋。事實(shí)上，他們只需要有一個(gè)合適的小模型就可以了。當(dāng)然，生物學(xué)理論也并非總是如此。例如達(dá)爾文的進(jìn)化論，顯然就是生物學(xué)中的一股統(tǒng)一力量；許多分子生物學(xué)家、以數(shù)理生物學(xué)為專業(yè)方向的應(yīng)用數(shù)學(xué)家，以及許多研究其他領(lǐng)域的生物學(xué)家都傾心于此。說到底，上述兩種方法都是在探求具有普遍性的、有預(yù)測能力的理論。但是，這兩種思維方式的推進(jìn)方向是不同的，這種不同主要反映在它們對(duì)抽象化的相對(duì)容忍度上，而相對(duì)容忍度又取決于所研究系統(tǒng)的特性和復(fù)雜性。例如，利用數(shù)學(xué)公式抽象掉宏觀層面上的細(xì)節(jié)，這種做法在物理學(xué)中幾乎無處不在，但在生物學(xué)中卻難覓蹤影。從下面這個(gè)古老的科學(xué)笑話中，我們可以清楚地看出這種區(qū)別。一位奶農(nóng)為了提高產(chǎn)奶量雇用了兩個(gè)顧問，一位是生物學(xué)家，另一位是物理學(xué)家。生物學(xué)家在考察了一周后，提交了一份詳細(xì)的長達(dá) 300 多頁的報(bào)告，寫明了每頭奶牛的產(chǎn)奶量具體取決于什么，例如天氣情況、奶牛的大小和品種等。而且這位生物學(xué)家還向奶農(nóng)保證，只要嚴(yán)格按照建議執(zhí)行，奶牛的平均產(chǎn)奶量可增加 3％至 5％。而物理學(xué)家只考察了 3 個(gè)小時(shí)就回來了，然后宣稱自己已經(jīng)找到了一個(gè)能夠適用所有奶牛的高效解決方案，并且可以將產(chǎn)奶量提高50%以上。奶農(nóng)問：“那么，你說應(yīng)該怎么做呢？“好吧，”那個(gè)物理學(xué)家回答道，“首先，假設(shè)你有一頭身體為球形的奶?！?/section>
（圖源：cs.cmu.edu）
抽象化方法當(dāng)然是有用的，但我們不能做出存在“球形奶?！边@種假設(shè)。當(dāng)你把生物學(xué)層面上的細(xì)節(jié)都抽象掉之后，你不僅會(huì)丟失大量信息，而且最終還會(huì)對(duì)某些重要組成部分，比如邊界情況，感到束手無策。生物學(xué)思維和物理學(xué)思維是解釋世界的兩種不同方法，適用于不同的系統(tǒng)，而且通常是互補(bǔ)的。復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)更接近生物學(xué)系統(tǒng)，因此，用生物學(xué)思維思考復(fù)雜技術(shù)是個(gè)不錯(cuò)的選擇。為了從整體上理解系統(tǒng)，我們也會(huì)忽略掉一些細(xì)節(jié)，這時(shí)，物理學(xué)思維才是首選。我們真正需要的是經(jīng)過物理學(xué)思維錘煉的生物學(xué)思維。
本文經(jīng)授權(quán)摘編自《為什么需要生物學(xué)思維》
文章頭圖及封面
文章頭圖及封面圖片來源：bridgingandcommercial.co.uk
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