I

    从历史上说，决定论与“还原主义”的论题息息相关。在本书所描述的意义上，“科学”决定论者一定是还原主义者；尽管还原主义者未必是决定论者。在这篇附录中，我想简短地讨论一下还原主义。

    悬而未决的还原问题我认为有三个：

    （1）我们能否把生物学还原为或者希望把它还原为物理学，或者还原为物理学和化学？

    （2）我们能否把我们会归于动物的那些主观意识经历还原为或者希望把它们还原为生物学，如果问题（1）得到肯定回答，我们能否把它们进一步还原为物理学和化学？

    （3）我们能否把自我意识和人类心灵的创造性还原为或者希望把它们还原为动物的经验，因而，如果问题（1）和（2）得到肯定回答，还原为物理学和化学？

    显而易见，对这个问题的回答（我在后面将要谈到这个问题）将部分地依赖于“还原”一词的意义。但是由于我在别处已提出的原因，我反对意义分析的方法和根据定义解决严肃问题的尝试。我打算做的事情是这样的。

    我首先将讨论一下在各种不同的学科中成功的和不成功的还原的一些例子，尤其是把化学还原为物理学；也讨论一下这些还原主义研究纲领所留下的残余问题。

    在这番讨论的过程中，我将为三个论点辩护。首先，我将提出，在科学中最大的成功莫过于成功的还原（例如牛顿理论被还原为他关于开普勒和伽利略的定律的理论－－更确切地说被这种理论所解释——和他对它们所做的纠正），在这种意义上，科学家必须是还原主义者。成功的还原也许是一切科学解释的可想到的最成功的形式，因为它做到了迈耶松「Meyerson」所强调的事情：未知与已知的同一。然而，与还原相反，借助于一种新理论的解释是用未知事物，用一种新的猜想，解释已知——已知的问题。

    其次，我将提出，科学家们必须作为一种方法欢迎还原主义他们必须或者是朴素的或者是或多或少批判的还原主义者；的确，我们认为是有一些孤注一掷的批判的还原主义者，因为在科学中几乎没有任何较重要的还原曾是完全成功的；甚至最成功的还原主义研究纲领也几乎总是留下未解决的残余问题。

    第三，我要坚决主张，似乎没有任何赞成哲学还原主义的良好论据，而相反，却有着反对本质主义的良好论据，哲学还原主义似乎与它有着密切联系。然而，我们由于方法论的原因仍然应当继续尝试还原。因为我们甚至从不成功的或者不完全的对还原进行的尝试那里也可以学到许多东西，这样留下的未解决的问题属于我们最宝贵的智力财产；更加重视常常被看作我们科学上的失败的事物（或者换言之，科学的大的未决问题）可以对我们大有裨益。

    II

    除去牛顿的还原外，我所了解的几乎完全成功的不多的还原之一是把有理分数还原为自然数的有序偶（即还原为它们之间的关系或者比）。尽管它是希腊人得出的，人们却可以说甚至这个还原也留下了一个残余问题，只是在20世纪才得到处理（由维纳「Wiener］于1914年和库拉托夫斯基「Kuratowski］于1920年成功地把有序偶「the

    ordered pair］还原为无序偶的无序偶「an un- ordered pair ot unordered

    pairs］；而且，人们应当意识到这种还原是还原为等值偶的集合，而非偶的本身。）它激励了毕达哥拉斯的算术化宇宙论研究纲领，然而，它随着对于诸如2，3或者5的平方根之类无理数的存在的证明而告失败。柏拉图用几何化宇宙论研究纲领取代算术化研究纲领，从欧几里得到爱因斯坦都成功地执行了这个纲领。然而，牛顿和莱布尼兹「Leibniz」对于微积分的发明（和排除他们自己的直觉方法未能排除的一些自相矛盾的结果的问题）产生了对于一种新的算术化的需要——向自然数的新的还原。尽管在19世纪和20世纪初取得了非常惊人的成功，这种还原却不是完全成功的。

    只提一个未解决的残余问题，还原为一个自然数序列或者还原为一个在现代集合论意义上的集合并不同于甚至相似于还原为自然数的等值有序偶的集合。只要朴素地、纯直觉地使用集合的观念（如康托尔［Cantor」那样），这一点也许就不是显而易见的。但是（博尔扎诺「Bolzano」、康托尔和罗素「Russell］所讨论的）无穷集的俘论和把集合论公理化的需要表明，至少可以这样说，得出的还原不是明确的算术化－－还原为自然数－－而是还原为公理集合论；这原来是一项高度复杂的、有些冒险的事业。

    概括一下这个例子，算术化的纲领——即把几何学和无理数还原为自然数的纲领——部分地失败了。但是出人意料的问题的数目和这一失败所带来的知识的数量是极其庞大的。可以把这一点加以推广：甚至我们作为还原主义者没有取得成功的地方，我们在走向失败的路上可能得到的有趣的、出人意料的结果的数目有时具有最伟大的价值。

    III

    我提到了把无理数还原为自然数的尝试的部分的失败，我也指出了还原的纳领是科学的和数学的解释、简化和理解的活动的一部分。

    现在我要稍微更详细地讨论一下还原纲领在物理学中的一些成功，尤其是把宏观物理学还原为微观物理学和把化学既还原为微观物理学又还原为宏观物理学所取得的部分成功。

    我使用“最终解释”这个名称来表示求助于既不需要又不能够做进一步解释的事物，尤其是“本质”或者“实质”（ousia「本质］），来解释事物或者把它们还原的尝试。

    一个显著的例子是笛卡儿把整个无生物的物理学还原为广延的实体；只有一种本质特性的实体（物质）；即空间的广延。

    这种把整个物理学还原为物质的貌似本质的特性的尝试，就其产生物质宇宙的可理解的图像而言是非常成功的。笛卡儿的物质宇宙是旋涡的运动的时钟机构，在这个机构中，每一个“物体”或者“物质的部分”都推动其相邻的部分，并被另一侧的相邻部分推动。在物质世界中发现的只有物质，一切空间都被它填充。实际上，空间也被还原为物质，因为没有虚空的空间，而只有物质的本质的空间广延。只有一种纯物质的因果关系模式：一切因果关系都是推动，或者接触作用。

    甚至牛顿也觉得这种看待世界的方式是令人满意的，尽管他不得不通过他的引力理论引入一种新的因果关系:引力，或者超距作用。

    牛顿理论在解释和预测上几乎难以置信的成功击毁了笛卡儿的还原纲领。牛顿本人试图通过用宇宙粒子爆炸的“推进力”（辐射压力与伞效应相结合）解释万有引力来执行笛卡儿的还原纲领（人们通常把这个尝试与勒萨热［LeSage］的名字相联系）。但是我相信牛顿开始意识到这个理论的致命缺点。无可否认，它会把引力和超距作用还原为推动和接触作用；但是它也会意味着一切运动物体都会在一种阻抗的介质中运动，这种介质会对它们的运动起阻碍作用（考虑一下雨对汽车挡风玻璃的推力超出对后窗的推力），因而它会使牛顿对于惯性定律的使用无效。

    因此，尽管它对人们具有直觉的吸引力，尽管牛顿本人认为它“荒谬”而摈弃了关于超距引力可能是物质的本质特性的观点，把引力最终还原为推动的尝试却失败了。

    这里有一个很有希望的科学的还原及其失败以及人们从尝试一种还原并发现它失败或许甚至为何失败中可以学到多少东西的简单的例子。

    （我猜想这个失败是牛顿把空间描述为上帝的感觉中枢的直接原因。空间可以说“知道”一切物体的分布：它在某种意义上是无所不知的。它也是无所不在的，因为在每一瞬间它都以无限快的速度把这种知识传播到一切场所。因而由于空间也具有神圣本质的至少两种特性，它本身就是神圣本质的一部分。我认为，这是牛顿进行本质主义的最终解释的又一个尝试。）

    笛卡儿的还原说明为着方法论的原因我们为什么必须尝试还原。但是它也表明为什么我们对于我们所尝试的还原的完全成功不可抱有希望而只能有些绝望。

    IV

    笛卡儿把物质世界中的一切事物都还原为广延与推动的尝试与牛顿本人的引力理论的成功相比是失败的。那是个巨大的成功，以致牛顿学说的信奉者们，从罗杰·科茨「Roger

    Cotes］起，开始把牛顿理论本身看作最终解释，因而把万有引力看作物质的本质特性，尽管牛顿本人的观点与之相反。但是牛顿看不出为什么（他的原子的）广延和惯性不应是质量的本质特性。因而牛顿清楚地意识到后来爱因斯坦所强调的惯性质量和引力质量的区别，意识到它们的均衡性（或者相等）所展开的问题；由于本质主义方法的蒙昧主义，在牛顿和厄击［Eotvos］甚至爱因斯坦之间这个问题几乎被人们所忽略。

    爱因斯坦的狭义相对论击毁了惯性质量与引力质量的本质主义的同一，他试图用他的等效原理有些特别地解释它，原因就在于此。但是当人们发现（首先由科内利乌斯·兰佐斯「CorneliusLanczos］发现）爱因斯坦的引力方程单独地导致先前被分别地假定的原理，即受引力作用的物体在时空短程线上移动，实际上就把惯性原理还原为引力方程，因而把惯性质量还原为引力质量。（我相信，尽管这一结果的重要性给爱因斯坦留下强烈印象，他却没有完全承认它以比著名的但决非明确的马赫原理－－每个物体的惯性都是由于宇宙中所有其他物体的联合作用的原理——更令人满意的方式解决了马赫「Mach］的中心问题－－对惯性的解释。令爱因斯坦感到失望的是，这个原理至少在它的一些解释中与广义相对论不相容，广义相对论对于没有一切物体的空间来说产生了狭义相对论，在狭义相对论中，惯性定律与马赫所认为的相反，仍然是有效的。）

    这里有成功的还原的一个非常令人满意的例子；把一般化的惯性原理还原为一般化的引力原理。但是人们很少从这方面考虑它；甚至爱因斯坦也不这样考虑，尽管他强烈地感到一种从纯数学观点看可以认为是十分优美的但不特别重要的结果的意义。因为一个公理在公理系统中的相依性与独立性一般仅仅具有形式意义。因此，短程线上的运动定律必须被假定为单独的公理还是能由引力理论的其余部分导出为什么应该是重要的呢？回答是，通过它的导出，惯性质量与引力质量的同一性得到了解释，前者被还原为后者。

    这样，人们可以说，牛顿的（用本质主义术语表达的）超距作用的大问题与其说被爱因斯坦引力作用的有限速度不如说被把惯性质量还原为引力质量所解决。

    V

    牛顿和牛顿学说的信奉者们当然知道磁力和电力的存在；直到至少20世纪初，人们做出了种种尝试，要把电磁理论还原为牛顿力学，或者还原为它的修改了的形式。

    这一发展中的未解决的问题是把初看上去的非转力（奥斯忒力「Oersted

    forces」）还原为辏力，只有辏力才似乎适合甚至修改了的牛顿理论。这一发展中的杰出人物是安培「Ampere」和韦伯「Weber」。

    麦克斯韦最初也试图把法拉第［Faraday］的电磁力线场还原为牛顿的发光以太的机制或模型。但是他放弃了这一尝试（尽管没有放弃作为电磁场载体的发光以太）。亥姆霍兹「Helmholtz」也被一种牛顿的和部分地是笛卡儿的还原纲领所吸引，当他向他的学生海因里希·赫兹提议让他致力于这个问题时，亥姆霍兹似乎是怀着拯救力学研究纲领的希望这样做的。但是他承认赫兹对麦克斯韦方程组的证实是决定性的。在赫兹和J．J．汤姆孙「J．JThomson」之后，正相反的研究纲领——把力学还原为电磁理论的纲领变得更加吸引人了。

    物质的电磁理论－－把力学和化学都还原为原子论的电磁理论，至少从1912年起取得了惊人的成功，在那一年提出了卢瑟福［Rutherford］的行星的或者核的原子模型，直至大约1932年。

    实际上，直到至少1935年，量子力学（或者如人们曾称呼的那样，“新量子论”）不过是当时被看作把力学还原为新的物质的电磁理论的最终形式的事物的别称。

    为了认识到甚至在量子力学出现前不久在最主要的物理学家们看来这种还原有多重要，我可以援引爱因斯坦的话，他写道：

    ……按照我们目前的观念，基本粒子［即电子和质子］……只不过是电磁场的浓缩……我们的……宇宙观提出两现实……即，引力以太和电磁场，或者——如人们也会称呼的那样－－空间与物质。

    我改变字体的“只不过”是庄重风格的还原的特点。的确，直至他生命的终结，爱因斯坦试图把引力场和电磁场统一于一种统一场论，甚至在他1920年的观点被取代——更确切地说，失败（尤其是由于核力的发现）之后。

    当时（1932年）实质上相当于同样的还原主义观点的事物几乎被所有主要的物理学家所接受；英国的爱丁顿〔Eddington〕和狄拉克「Dirac」，除爱因斯坦外，欧洲大陆的还有玻尔「Bohr」、德布罗意「de

    Broglie」、薛定谔「Schrodinger」、海森堡、玻恩［Born］和泡利「Pauli」。这个观点由当时在加利福尼亚理工学院「Calitfornia

    Institute of Technology」的罗伯特· A．密立根「RobertA.Millikan」做了非常令人难忘的表述：

    确实，在科学史上从未出现过比在约1914年达到**的整整一系列发现更优美地简化的事物了，那一系列发现最终使人们实际上普遍接受了这样一种理论，物质世界只包含两种基本实体，即正负电子，它们所带电荷完全相同，但是质量迥异，正电子——现在通常称作质子——的重量是负电子的1850倍，负电子现在通常只称作电子。

    这段还原主义的文字写得正是时候；正是在这同一年（1932年）里，查德威克［Chadwick」公布了他对中子的发现，安德森［Anderson］也首次发现了正电子。然而，一些最伟大的物理学家，例如爱丁顿（1936年），甚至在汤川秀澍［Yukawa」提出将被称作介子的事物的存在后（1935年）也继续相信，随着量子力学的出现，物质的电磁理论已进入终态，一切物质都由电子和质子构成。

    的确，把力学和把化学还原为物质的电磁理论似乎差不多是完美的。在笛卡儿和牛顿看来是充满空间的物质的本质和笛卡儿的推动的事物已（如莱布尼兹很久前所要求的那样）被还原为推斥力——负电子对正电子施加的力。物质的电中性由正质子数和负电子数相同得到解释；物质起电（电离）由原子的行星电子壳层失去电子（或者电子过量）得到解释。

    化学已被玻尔的元素周期系的量子论还原为物理学（或者似乎如此），这种量子论通过使用泡利不相容原理而被巧妙地完善化合物的和共价化学键的本质的理论被海特勒「Heitler］和伦敦「Lonton」（1927年）还原为同极化合价的理论，这种理论又利用了泡利原理。

    尽管人们揭示出物质是复合结构而非不能还原的实体，以前在物理宇宙中却从未有过这样的统一或者这种还原的程度。

    自那以来也不曾再次达到过。

    诚然，我们仍然相信可把笛卡儿的推动还原为电磁力；玻尔的元素周期系的理论尽管由于同位素的引入而产生了相当大的改变，却在很大程度上继续存在下来。但是，在把宇宙向由两种粒子充当其稳定的建筑石料的电磁宇宙的优美的还原中，其他的一切现在已经土崩瓦解。重要的是，我们在这个瓦解的过程中了解了非常多的新的事实；这是我的主要论点之一。但是简单性和还原纲领已不复存在。

    这个以中子和正电子的发现而开始的过程自那以来随着新的基本粒子的发现而继续下来。但是粒子理论甚至尚不是主要的困难。真正的混乱是由几种新的力的发现而造成的，尤其是短程核力，它们显然不能还原为电磁力和引力。

    在那时，引力还没有给物理学家们带来多大烦恼，因为它们刚刚被用广义相对论解释清楚，人们希望引力和电磁力的二元论会被一种统一场论所取代。但是现在在物理中我们至少有四种迥异的仍然不能还原的力：引力，弱衰变相互作用，电磁力和核力。

    VI

    因而笛卡儿的力学——曾经被笛卡儿和牛顿视为基础，其他的一切都应还原为这个基础－－过去被现在仍然被成功地还原为电磁学。但是无可否认地给人最深刻印象的把化学还原为量子物理学的情况又如何呢？

    让我们为论证起见假定我们有完全令人满意的把化学键向量子论的还原（既有共价键或者电子对键的又有非共价键，例如塞与孔键的量子论），尽管《化学键的本质》［The

    Nature of theChemical

    Bond」的作者泡令「Pauling」（1959年）说过一句很说明问题的话，即他不能够“界定”（或者精确地陈述）化学键的本质是什么。让我们为了论证起见进一步假定我们具有完全令人满意的核力的、元素及其同位素的周期系的、尤其是较重的核的稳定性和不稳定性的理论。难道这就构成了完全令人满意的把化学向量子力学的还原吗？

    我认为没有。必须引进一种全新的观念，这种观念与物理学理论多少有些不相干：进化的、我们宇宙的历史的、天体演化学的、更是宇宙发生学的观念。

    所以如此，是因为元素周期表和（重新系统阐述的）玻尔的周期系理论把较重的核解释为由较轻的核所组成；最终解释为由氢核（质子）和中子（它又可以被看作质子和电子的一种混合体）所组成。这种理论假定较重的元素拥有一部历史——它们的核的特性实际上起因于一个罕见过程，在宇宙中只是非常稀少地遭遇到的条件下这一过程使几个氢核聚变为较重的核。

    我们有许多证据支持这个观点，即这真的发生过并仍在发生；较重元素有一部进化史，重氢转化为氦的聚变过程是我们自己的太阳的主要能源，也是氢弹的主要能源。因而氦和所有较重元素是宇宙论的进化的结果。按照目前的宇宙论观点，它们的历史，尤其是较重元素的历史，是一部奇异的历史。目前把较重元素看作超新星爆发的产物。由于根据一些最近的估计，按质量计，在所有物质中，氦占百分之二十五，氢占三分之二或者四分之三，因此所有较重的核似乎极其稀少（按质量计也许一共占百分之一或二）。因而地球可能还有我们太阳系的其他行星主要是由非常稀少的（我应当说非常珍贵的）物质组成。

    目前被最广泛接受的宇宙起源理论－－热大爆炸理论——声称大部分氨是大爆炸本身的产物它是在膨胀着的宇宙存在的最初时刻之内产生的。这种思索（最初由伽莫夫「Gamow］提出）的科学状况的不确定无需强调。既然我们在把化学还原为量子力学的尝试中不得不求助于这种理论，就几乎不能宣称这个还原没有留下任何残余问题。

    实际情况是我们至少部分地把化学还原为了宇宙论而非还原为物理学理论。无可否认，现代经典相对论宇宙论最初是一种应用物理学理论；但是，如赫尔曼·邦迪「Hermann

    Bondi」所说，这些时期现在似乎已经过去，我们必须面对这个事实，我们的一些观念（例如以狄拉克和约尔旦开始的那些观念）几乎可被描述为把物理学理论还原为天体演化学的尝试。宇宙论和天体演化学尽管是物理学的非常引人入胜的部分，尽管越来越可试验，却仍然几乎都是物理学的两可情况，几乎尚未成熟到足以充当把化学还原为物理学的基础。我认为所谓把化学还原为物理学是不完全的，是有些疑问的，这就是一个原因；尽管我当然非常欢迎所有这些新的问题。

    VII

    但是还有把化学还原为物理学的第二个残余问题。我们目前的观点是，只有氢，更确切地说是它的核，是所有其他核的建筑材料。我们相信，直到很短的距离，带正电的核彼此之间有很强的电斥力，但是对于更短的距离来说（只有斥力被巨大的压力或者速度所克服时才能达到），它们由于核力而相吸。

    但是这意味着我们把氢核在我们的宇宙中存在的绝大多数情况下不起作用的关系特性归给了氢核。也就是说，这些核力是在极其稀少的条件下－－在极高的温度和压力下——只是新近才变得活跃的潜能。但是这意味着周期表的进化的理论看上去非常像关于那些具有预定的或者先定和谐的性质的本质特性的理论。无论如何，按照目前的理论，像我们这样的太阳系依赖于这些特性的先在，更确切地说，这些潜能的先在。

    而且，较重元素起源于超新星爆发的理论引入了第二种类型的预定或者先定和谐。因为它相当于这样的断言，引力（显然是所有力中最弱的，到目前为止还未与核力或者电磁力相联系）在氢的大量积聚中变得十分强大，以致克服了核之间的巨大的电斥力，使它们由于核力的作用而发生聚变。此处和谐是在核力的和引力的内在潜能之间的和谐。我并不想说先定和谐的哲学一定是谬误的。但是我认为不能把求助于先定和谐看作是令人满意的还原；我认为这种求助就是承认把一事物还原为另一事物的方法的失败。

    因而把化学还原为物理学决非是完全的，即使我们承认一些有点不现实的有利于这种还原的假定。相反，这种还原假定了一种宇宙进化或者宇宙发生学的理论，而且还有两种先定和谐，以便使隐伏的潜能，或者氢原子所固有的低概率的相对倾向得到激发。我认为，似乎我们应该认识到，我们在使用突现的和突现的特性的观念。这样我们看到，这种非常有趣的还原为我们留下了一幅奇异的宇宙图像－－无论如何对于还原主义者来说是奇异的；这就是我在本节想要说明的一点。

    VIII

    把到目前为止所谈论的问题概括一下；我试图借助于例子说明还原的问题，我试图表明在物理学的历史中一些给人深刻印象的还原决非完全成功，留下了残余问题。人们会声称（不过请参见上面的脚注5），牛顿的理论是对开普勒理论和伽利略理论的完全成功的还原。但是即使我们假定我们对于物理学的了解比实际上要多得多，我们拥有了可以作为特例非常近似地产生广义相对论、量子论和四种力的统一场论，甚至在那时我们也能说化学没有毫无残余问题地被还原为物理学。实际上，所谓对化学的还原是还原为一种假定了进化、宇宙论和宇宙发生学以及突现特性存在的物理学。

    从另一方面说，在我们的还原尤其是把化学还原为物理学的不完全成功的尝试中，我们学到的东西之多难以置信。新的问题导致了新的猜想的理论，其中的一些，例如核聚变，不仅导致了证实性实验，而且导致一种新的技术。因而从方法的观点看，我们的还原纲领导致了巨大成功，即便可以说被尝试的还原本身通常却失败了。

    IX

    这里所讲述的情况和从它汲取的教训几乎不会使生物学家感到意外。在生物学中，还原主义（以物理主义或者唯物主义的形式）也是极其成功的，尽管不是完全成功的。但是甚至在它不成功之处，它也导致了新的问题，导致了新的解决办法。

    我也许可以把我的观点表达如下。作为一种哲学，还原主义是失败的。从方法的观点看，对于详细的还原的尝试导致了一个又一个令人惊讶的成功，它的失败也对于科学起很大作用。

    在那些取得了这些科学的成功的人们中，一些人没有想到这种哲学的失败，这也许是可以理解的。也许我对于把化学完全还原为量子物理学的尝试的成功与失败的分析会使他们踌躇不前，会使他们再次考虑这个问题。

    X

    可把到目前为止所进行的讨论看作对雅克·莫诺「Jacques

    Monod」在他的《偶然性与必然性》［Chance and  Necessity］序言中所说的一段简短的话的详尽阐述，他说道：

    也不是化学中的一切都能用量子论预测或者解决［或者还原为量子论］，而量子论，毫无疑问，构成一切化学的基础。

    在同一本书中，莫诺也提出了关于生命起源的见解（固然，不是断言），它非常引人注目，我们可以从在此得出的观点考虑它。莫诺的见解是，生命由于一些偶然情况的极其不大可能的结合从无生命物质中突现，这可能不仅是低概率事件，而且是零概率事件——实际上，是独特事件。

    这个见解可由实验检验（如莫诺在和埃克尔斯［Eccles」的讨论中所指出的那样）。假如我们在某些明确规定的实验条件下成功地创造出生命，那么关于生命起源的独特性的假说就会遭到驳斥。因而这个见解是可试验的科学假说，即使它也许初看上去并不像这样的假说。

    而且，是什么使得莫诺的见解似乎有理呢？存在着遗