跨学科课程

近几十年来，科学园地里绽开了—朵又—朵鲜艳的新花。其中最引人注目的，是那些在原先荒无人烟的处女地上蓬勃生长的科学奇葩：横向学科、边缘学科或交叉学科。

控制论是这些奇葩的代表。它的创立者——美国数学家维纳兴趣广泛，才华出众，在当时是个名副其实的“神童”。维纳11岁便上了大学，主修数学，兼攻物理、生物以及希腊语、德语等课程。14岁大学毕业，18岁获哈佛大学哲学博士学位。接着，又去英国剑桥大学师从罗素和哈代(G. Hardy,1877—1947)，到德国哥廷根大学师从希尔伯特(D．Hilbert,1862—1943)等著名学者。他是一位杰出的数学家，但又从不满足于研究“纯粹”的数学问题。他把探究的触角伸向通讯、自动控制、神经生理等广阔的领域。他和通讯工程师、计算机科学家、物理学家、生理学家、心理学家等有着广泛的联系和密切的协作。还在求学期间，他就结识了各门学科的众多明友，热心参加各种讨论科学和哲学问题的小组会、讨论会、聚餐会等活动，自称是科学领域的“世界公民”。大约在1932年，他认识了哈佛大学的生理学教授坎农的助手、墨西哥人罗森勃吕特(A．Rosenblueth, 1900— )，结为至交。他说，“我们共同的—点是对科学方法论抱有强烈的兴趣；还有—个共同点是，我们认为，各门科学之间的划分是便于分配资金和人力的行政措施，而一个实际从事工作的科学家只要研究工作需要就应当甘愿打破之。我们两人都感到，搞科学应当协同努力。”罗森勃吕特在哈佛大学医学院举办了一个每月—次的关于科学方法的讨论会。维纳是积极参加者和重要组织者。在讨论会上，各门学科的专家就共同关心的问题无拘无束地相互切磋和诘难。据维纳说，向会议报告的论文，都要经受猛烈批评的“夹击”。这种坦率的、友好的多学科讨论，既是催化剂：加速了新观念的诞生和成熟；又犹如一帖“泻药”：排除了妄自尊大、半懂不通之类的非科学的东西。虽然有的人也许经受不了如此尖锐的批评而退缩，但多数人获益匪浅。讨论会还吸引了一批勤奋有为的青年，在科学界树立了声誉。正是通过这些讨论和交流，维纳和罗森勃吕特确定了把通讯理论应用到生理学中去的协作方向。在第二次世界大战的炮火声中，维纳仍设法邀集一批神经生理学家、通讯工程师、计算机科学家，以及心理学家、人类学家、社会学家讨论共同关心的问题。维纳说得好：“他们结合在一起，并不像一群下属围绕着—个司令官，而是由于那种要想理解这整个区域和互相取长补短的愿望，更正确地说，由于这样一种精神上的需要。”

维纳最早的数学研究涉及到布朗运动，这是一种随机的分子碰撞和分布。它使维纳承继了美国科学家吉布斯(J．Gibbs，1839—1903)开创的统计理论。按照牛顿力学，世界完全是必然的、机械决定的，像一座坚固地焊接起来的完全刚性的桥梁。从统计学的观点来看，这样的桥梁必定在某个地方断裂并将崩塌。统计思想对维纳产生了重大影响，真可谓终生受用不尽。他用统计观点研究通讯理论和计算机设计，获得了极大的成功。第二次世界大战期间，他研究预测理论，用来提高大炮瞄准飞机的效率。1944年，他去墨西哥，继续与罗森勃吕特等人进行神经生理学的合作研究，探索神经系统的调节机制。这种合作，—直持续到1964年维纳逝世。

通过这些接触、交流和研究，维纳惊喜地发现：在机器和动物的交接处有一片被忽视的无人区，一大块待开垦的处女地。长期以来，科学界普遍认为，机器和动物一个是死物，一个是活物，属于不同的世界，遵循不同的规律。然而，维纳却几乎处处都发现了它们之间的相同和类似。在天空中飞翔的老鹰，当它捕捉地面上的小鸡时，决不会飞落在发现小鸡的地方，而有一个估计的提前量。同样，大炮打飞机也不像打地面上的碉堡那样，把目标瞄准发现飞机的方位，而必须迅速而准确地估算出提前量，才能提高命中率。怎样估算提前量呢?实质上，这是一个信息反馈的控制过程。老鹰根据小鸡前进的速度、方向等及时校正自己的捕捉地点。要提高大炮打飞机的命中率，也要根据飞机的飞行方向、速度、高度等来确定瞄准目标。老鹰抓小鸡和大炮打飞机，一个是有机过程，—个是无机过程，似乎风马牛不相及，但都遵循共同的规律，这给维纳以深刻的印象。他说：“我一开始就给神经系统和数字计算机之间的类似之处迷住了”。神经系统和计算机有许多共性。例如，它们都按全或无的开关方式传递信息，都遵循反馈调节的机制。计算机的输入、输出、贮存、计算和控制五大部件，便是受神经系统机制的启发，仿效神经系统的控制方式而设计的。维纳等人在这片科学的无人区中辛勤耕耘，终于培育出了控制论的硕果。控制论被概括地称之为关于机器和活机体的通讯和控制的理论，颇具深意。通过信息、反馈、控制等概念，把自动机、动物、人乃至社会都联系了起来，纳入了控制系统的框架。这个框架不同于完全刚性的必然性大桥，而是统计性的相互依赖的组织。人们公认，维纳等人辛勤耕耘培育的硕果引起了一场新的科学技术革命。如今，这片处女地早已繁花似锦，嫣红姹紫，—派兴旺景象。出神入化的电脑，遨游太空的飞船，都凝聚着控制论的智慧。谁能料到，当年的科学无人区，竟成了现代科学技术革命的重要基地!

科学是对未知的探索。在某种意义上，可以说科学就是不断发现和开垦无人区。多数人在业已开辟的科学园地工作。但总有人把目光投向未知的茫茫原野，乐于在荒原上策马驰骋。应该承认，在已有的科学园地里耕耘也很重要，这毕竟是向未知领域进发的基地。事情就是这样“奇怪”：现有知识体系尚未发展得相当成熟，便不可能发现它的问题，也不知该向何处开拓，用什么方法去垦殖。只有在物理学和化学得到相当程度的发展之后，才会生长出物理化学和化学物理等边缘学科。没有数学、统计物理学以及生理学、通讯技术等相对成熟的发展，维纳又何以创立控制论呢?那些开拓科学无人区的学者，往往牢固地掌握着传统的科学知识和工具，像猴子吃东西那样，咬—口丢—块，永远谈不上去开拓科学的无人区。但科学家又不能满足于仅在已经开辟的园地里工作。有些科学家往往认为相邻学科的问题与己无关，如果涉足这些领域，便是“侵犯他人地盘”，是不能容忍的行为。也有的学者把自己的研究领域喻为“打猎场”，警戒森严，只许自已狩猎，不许他人染指。维纳却相信，在各门学科之间被忽视的无人区可以得到最大的丰收，主张到“科学地图”的空白区去探索。比较而言，我们更赞赏，也更需要像维纳那样勇于向无人区进发的拓荒者。不开拓无人区，停留在狭小的天地里，科学怎么向前飞跃呢?鲁迅说过，“不满足是向上的车轮”。开拓科学上的无人区，首先要有这种永不满足的探索精神。

科学上的无人区往往荆棘丛生。唯其如此，才对勇敢的拓荒者有巨大的魅力。德尔布吕克是很有造诣的原子物理学家，却偏偏在原子物理学的黄金时期——本世纪30年代转而涉足遗传学。无独有偶，美国遗传学家斯内尔(G. Snell，1903— )则在遗传学十分热门的40年代，去研究移植免疫这样冷门的课题。为什么?因为科学的无人区在向他们招手、向他们呼唤。1932年，玻尔应邀在丹麦哥本哈根国际光疗会议上发表了题为《光和生命》的讲演。他认为，在原子物理学和生物学之间，在物理规律和生命规律之间，同样存在着互补关系。他高瞻远瞩地问道：“在较狭窄的物理学领域中得到的结果，可以在多大程度上影响我们对于生物在自然科学大厦中所占地位的看法?”他同时指出，“科学解释的本义，就在于将比较复杂的现象分析为比较简单的现象”。玻尔演讲的那—天，恰遇德尔布吕克从德国休假回到哥本哈根继续进修。他直接从火车站赶到会议大厅，聆听玻尔的讲演。像往常—样，玻尔讲演的声调是缓慢而轻微的，但对德尔布吕克却有振聋发聩之效。在玻尔的启发下，他敏锐地预见到，运用现代物理学的知识和手段，有可能在遗传学领域打开一个新局面。于是，他毅然选择遗传学为主攻方向，满腔热忱地宣传、组织、领导物理学家和生物学家之间的合作。当噬菌体逐渐代替果蝇成为遗传学研究的主要对像时，他以物理学家特有的目光洞察到，用简单的材料揭示事物的规律，正是物理学研究的特点和长处。他从物理学的观点出发，紧紧抓住基因自我复制的机制不放。40年代初，他同意大利细菌学家卢里亚(S.Luria，1912— )，以及美国遗传学家赫尔希(A．Hershey，1908— )在美国协作建立“噬菌体研究小组”。每年暑假，他们在纽约长岛的冷泉港举办讲习班和研讨会，培养了一代用新的观点(遗传信息传递观点)和方法(分子生物学方法)武装起来的年轻学者。提出DNA双螺旋结构的沃森，便是他们的学生。现在，分子生物学已成为生物学的主要潮流或主要园地，许多物理学家、化学家都涌向这个园地。试想，当30年代这块园地还处于漆黑一片的状况，德尔布吕克却要放弃灿烂光明的原于物理学专业而投身于这片前景未卜的处女地，需要多大的勇气和智慧啊!德尔布吕克被誉为“分子生物学之父”，并荣获1969年的诺贝尔奖是受之无愧的。

斯内尔也慧眼过人。他有很好的专业：热门的遗传学；很好的岗位：著名的哈佛大学。可是他却偏偏选中老鼠的组织移植免疫这样冷僻的课题，来到缅因州这样并非学术中心的地方，在知名度较低的杰克逊实验所就职。朋友们劝阻他、挽留他，他却“顽固不化”，坚持己见。他深信，移植免疫这块处女地尽管当时无人间津、冷冷清清，但终将有一天会备受青眯，成为热点。对于目光远大的开拓者来说，此其时也。因此，他自甘寂寞，几乎是默默无闻地在这块处女地上艰难地开拓了三四十年。他发现，移植之所以会出现排异反应，是由于动物体内有—个能够识别自身组织、排斥异己组织的组织相容性抗原系统。这个系统相似，就不会发生排异反应或反应轻微。这样，他就为今天已蓬勃发展的器官移植奠定了重要的理论基础，移植免疫这块冷清之地真的热闹起来了。作为丰收的最好像征，斯内尔于1980年在瑞典首部斯德哥尔摩登上了诺贝尔奖的领奖台。

以德尔布吕克和斯内尔的才学，并不难在各自原先的专业领域取得—定成就。但这种成就同他们作为新领域的开拓者、新学说的创立者的成就比较起来，简直如小巫见大巫。那些目光远大不怕失败，不避艰险的开拓者，终将得到最好的报偿。

开拓科学的无人区，方法尤为重要。控制论、分子生物学、移植免疫学有—个明显的共同特点：充分利用杂交优势，走综合之路。维纳在《控制论》—书的导言中指出，控制论是数学家、生理学家、物理学家、通讯工程师、心理学家、人类学家、社会学家等“共同研究的成果”。这并非过谦之辞。维纳固然是少见的“神童”，对控制论的创立作出了主要贡献，但倘若他不去探索众多的相关领域，不和众多学科的科学家真诚地交往、协作，能创立控制论吗？维纳的聪明，不仅表现在他早熟，记忆力特别好等方面，更重要的还表现在他善于取人之长、同人协作上。德尔布吕克和斯内尔也是这样。德尔布吕克从一开始目标就很明确：用现代物理学的方法来揭示生物遗传的奥秘。他始终坚持走这条综合之路。噬菌体小组、冷泉港讲习班和研讨会便是科学综合的生动写照。斯内尔虽然闯入了移植免疫的领域，但并未放弃遗传学，而是把遗传学和免疫学结合起来，使之相互交叉和相互渗透。

科学在其发展过程中，曾走过一段很长的以分析为主要方法和特征的路。到本世纪中期，综合逐步成为科学的主要方法和特征。这是—个必然的趋势。综合是以分析为基础的；分析的结果必定要求综合。分析得越深入、越细致，就会越感到分析之不足，就会发现被分析对像之间更多的联系。19世纪的法国学者、实证主义的开山祖师孔德(A．Comte,1778—1857)曾断言，人们永远也不可能知道天体的化学成份。可是，光谱分析方法很快就宣告了这一预言的破产。运用光谱分析，人们发现组成天体的化学元素，在地球上都有存在，天体上并没有什么神秘的物质。这样，人们就从又—个侧面认识到地球和天体的联系。

对有机界的认识也是如此。以对人体的认识为例，当我们用解剖刀解剖人体，对—个个器官、组织进行分析的时候，人体内的各种联系如血管联系、神经联系也就呈现在我们面前了。人们曾经相信，只要分析到宇宙的最小砖石，就能把宇宙的本质揭示无遗。其实不然。分析要伴随综合。运用各种技术手段，对人体的认识虽已深入到细胞水平、分子水平，取得了长足的进展，但同时也暴露出分析方法的不足。科学家不能仅仅看到细胞或分子而无视它们之间的联系，仅仅看到它们的孤立状态而无视它们在活体中的存在。

控制论就是从联系的观点来把握活机体的，认为机体是一个有机的控制系统。和维纳创立控制论差不多同时，奥地利学者贝塔朗菲更明确地从机体的相互联系出发，创立了系统论。贝塔朗菲是生物学家。他认识到，有机体是活的整体。把有机体的各个组成部分肢解开来、孤立起来，不可能认清机体所固有的本质特征。他从有机系统的联系性、整体性中，还领悟到无机系统的联系性和整体性，认为大千世界莫不是系统和系统的集合。任何系统都有共性，即系统不能简单地分解为组成它的各个部分(要素)，而有其特定的整体结构和功能。这样，系统论像控制论—样，不仅在实践上树立了综合的范例，而且在理论上表明综合是世界作为系统的内在要求。

“综合就是创造”。确切地说，创造是异质的综合，而非同质的综合。这—点非常重要。在遗传育种中，杂交的子代可以吸取父本和母本的优点而成为具有优势的后代。一般地说，父本和母本的亲缘关系越远，异质越多，杂交的优势也越大。品种之所以会退化，—个重要原因就在于不能取得异质优势，因而陷入“同质化”。综合犹如杂交，也要充分利用异质的优势。在创造学中，有所谓“头脑风暴”、“智力激励”之类的方法。要在脑海中掀起波澜，乃至卷起狂风巨浪，就要注入异质因素。试看高气压和低气压相撞、冷空气和热空气汇合、暖水流和冷水流交汇在海洋中所引起的种种雄奇瑰伟的景象，即可了然。美国一位卸任的宇航局长说得很生动：“不要让同—个专业的人在—张桌子上吃饭”。具有不同知识结构、思维方式的人，讨论和研究共同关心的问题，往往能从不问的角度、不同的层次提出新的见解，迸发创造的火花，形成异质综合的优势。1943年，当维纳和年轻的国际商业机器公司的工程师毕格罗(j．Bigelow)协作，在研究计算机操作和火炮控制设置中，初步形成反馈控制的概念时，他曾询问罗森勃吕特：在人的神经系统的病变中，有无类似的现象?罗森勃吕特很快就提出了目的震颤的病例。于是，他们三人继续协作研究，并撰写了论文：《行为、目的和目的论》。这篇著名的论文被认为是控制论的雏型。德尔布吕克在倡导和实行物理学与生物学的综合方面，取得了举世公认的成就，但他对生物化学有所忽视，与生物化学家的协作不够。倘若他能更加重视与生物化学家的协作，获得更多的异质优势，或许会创造更加辉煌的业绩。

综合有不同的层次。从综合的主体来看，首先是个体的综合。那些有创造性的、勇于开拓的科学家，总是知识比较丰富、视野比较开阔，而不是囿于专业和分工的狭窄疆界者。可以说，他们本身就是杂交的良种，或者说拥有杂交的优势。这是综合的基础。—群知识狭窄、兴趣单一的人凑合在一起，是不可能产生异质综合的。其次，是科学共同体的综合。个体的综合毕竟有限。即使像维纳这样出类拔萃的人物也要借助“外脑”。在向科学无人区的进击中，更需要一群志向相投而素质各异的人，需要活跃的学术讨论和交流。实践表明，在这种讨论中，不同观点、不同学科，乃至不问行业的人围绕共同的问题各抒己见，既相互诘难又相互补充，常常能暴露矛盾，走出山重水复的困境，开辟柳暗花明的新天地。化学反应要有催化剂。人体内蛋白质、脂肪、糖所以能迅速而有效地相互转化，靠的是各种各样的酶——效率最高的催化剂。自由讨论就是科学思想的催化剂，异质综合的催化剂。各种各样的学术讨论会、聚餐会以及其他形式的交流活动，在我们这个时代异常活跃，决不是偶然的。

从综合的对象来看，有基本上属于学科内部的综合和跨学科的综合。斯内尔的综合基本上在生物学的范围内，德尔布吕克的综合在生物学和物理学之间，维纳的综合涉及数学、神经生理学、物理学等众多领域。跨度越来越大，亲缘关系越来越远，正是综合的趋向。不过，像维纳这种普适性极大的综合要以许多特定的主、客观因索为条件，终究是少数。

目前，已有5000门之多的学科。科学上的无人区是否已经开拓完了呢?如同不存在终极真理的王国—样，也不存在处处打上了人类开拓印记的科学乐园。只要科学在发展，必有科学的无人区、处女地。今天，科学上的无人区、处女地大多位于各门学科的边缘地带、交叉地带，而且往往深藏不露。不走综合之路，便很难发现它，更谈不上去攻占它。引人注目的是，美国1987年总额为534亿美元的研究与发展经费中，国家科学基金会的经费为16．2亿美元，比1986年增长9％。其中，又以交叉学科的研究经费增长最多，达16％。许多著名的科学家宣告，21世纪将进入一个交叉学科勃兴的时代。可以预期，更多更大的丰收，正等待着敢于并善于向科学的无人区进军的人们。

(原载《新科学观》江苏科学技术出版社,,1988.作者是上海市社会科学院哲学研究所研究员)