多则异也

PART 01 还原论

物理是一门极具野心的学问，大到宇宙小到原子，它的研究好像就是要弄清楚整个世界。可是现实却是，每一个系统的状态都是互不相同的，我们这个世界拥有千奇百怪的人和物。

面对这一困境，我们的第一想法是，先去研究组成我们这个世界最基本的事物，弄清楚他们之后，其他事物自然就不攻自破了（因为他们都由基本事物组成）。这就是还原论的主要思想。

所以，物理科学研究的问题其实就只有两个：首先，（形而上学的问题）我们这个世界有哪些东西？也就是说组成我们这个世界最基本的那些东西是什么？其次，（力学问题）这些基本事物如何运动？

关于第一个问题，物理学家告诉我们，这个世界上有电子、质子等等粒子，这都是一些预设的理论实体。如果了解量子场论，我们又会对物质的基本结构产生新的认识：世界上只有一种基本物质，即量子场，每一个基本粒子都是量子场的激发。

关于第二个问题，物理学家的思维方式是这样的：每一个粒子都会在时空中产生场，场会对其他粒子的运动产生影响，粒子与粒子之间通过场的作用相互影响彼此的运动。力学提供的运动方程，与场论提供的场方程结合起来就可以求解物质的运动了。

研究完这些问题，根据还原论，整个世界就被我们完全研究透彻了！可是事实真就如此吗？

PART 02 More is different

我们先来看反还原论者所举出的两个反例：

第一，社会学家研究的范围是人类社会，人类社会是由人组成的。根据还原论，只要我们弄清楚人的行为，就能知道社会的运转规律。也就是说，社会学就是应用心理学。可是，社会学的研究方法、思维方式与心理学迥乎不同，实际上并不能简单地将社会学当作应用心理学。

第二，在经典热力学中，复杂系统由一个个粒子组成，每一个粒子都遵循经典力学的运动规律。根据还原论，因为我们对经典力学已经有了充分的认识，那么热力学的研究就仅仅只是经典力学的推广。但是，热力学的研究思路却是宏观的，与经典力学完全是两条不同的进路。

反还原论者认为，还原论的主要错误在于，还原论假设绝没有蕴含“建构论”假设：将万物还原为简单基本定律的能力，并不蕴含从这些定律出发重建整个宇宙的能力。事实上，基本粒子物理学家关于基本定律的性质告知我们的越多，它们对于我们理解科学其余领域中的真正问题越不相关，对于解决社会问题就更不相关了。

反还原论的思想被诺奖得主P. W. Anderson总结为一句话：多则异也（More is different）。这句话也被当做凝聚态物理的“政治正确”。

PART 03 研究的不同层次

物理学家研究的对象是组成我们这个世界最基本的物质及其相互作用，这是万事万物的本源。但是当我们弄清楚一个粒子的运动后，根据“多则异也”这个信条，我们没有什么好理由认为我们也清楚了一千个粒子的运动（哪怕是三体问题都没有解析解）。

随着系统复杂度的增加，一些意想不到的现象就可能出现。譬如在热力学与统计力学中，有一种现象叫做“相变”。如果我们仅仅把水或者冰看作一个个单独的分子，我们将很难根据力学规律想象出相变。只有当我们不仅仅依靠力学规律，以整体的统计视角出发，通过系综理论才能得知相变其实起源于分子之间的相互作用。

当系统越来越复杂的时候，我们往往就要采用不同的进路。世界最底层的规律是力学规律（经典力学、量子力学、相对论等等），往上就是热力学与统计物理的方法。复杂度再高便是化学，然后依次是生命科学、心理学、社会学......这些学科每一门都有自己独特的进路与思维方式，不能简单地认为前者是后者的理论，后者是前者的应用。