2005年5月16日

我的科學研究方向

◎發表於《智識民主與世界革新》網誌


近來因為學業問題,所以草寫了一些研究方向的簡介,在此摘錄一點科學方向的介紹內容,這些簡介因為是匆忙草就,可能尚有疏誤之處,尚請見諒。


《序言》

我在交通大學博士班生涯所從事的研究,涉獵了科學與人文的眾多領域,這些研究雖然並非當前熱潮所趨,但都涉及了具有恆久價值的理論觀念探討。以下就由資訊科學相關領域開始,簡要說明一己在涉及科學之各項領域的研究方向,這些研究方向均是涉及根本基礎觀念之探討釐清,因此也就必然偏重哲理之辨。因此,本人之研究方向,是有著濃厚的哲學思維,也都涉及各項領域的基礎典範之根本進展。我的科學研究,是由探討計算與訊息的自然基本原理開始,涉及有關科學基礎的研究。

  東岐明



《科學理論》

我在資訊科學方面的研究,其實也就深涉關於科學基礎的種種研究。因為資訊科學的基礎涉及了訊息(information) 的自然原理,因此也就必然涉及物理與數學。物理是客觀現象之基礎理論,關連著訊息的現象基礎。數學是客觀形式之基礎理論,關連著訊息的形式基礎。兩者皆涉一切科學理論之基礎,而訊息本身又涉及表述現象的形式表現。因此,關於資訊科學的基礎研究,其實也正關聯於自然科學之基礎問題,也涉及了科學哲學。

現代科學之起源,實驗上始於伽利略 (Galileo) 之落體實驗,理論上興於牛頓 (Newton) 之重力定律,而在兩者以前的種種自然研究,雖說也有觀察之實踐與數學之使用,但還屬前科學時代的學術活動---例如刻卜勒的行星運動定律,就與其占星學研究相關。

科學首先必須預設客觀世界的實存,這也就構成科學的根本局限。然而這種局限是基於超越科學的立場,來反觀科學所得之結論,也就可說是一種哲學結論。這種立場,我將在下一節介紹智學理論中,再予以討論。在此節所介紹的,是由基於科學研究之立場,來探索科學之極限。

我認為科學自觀之極限,可由兩方論點切入:一是理論上,客觀形式表述之極限,這也就是數學表述的範疇限制,涉及數學基礎。二是觀察上,客觀現象呈顯之極限,這也就是物理客體的存在限制,涉及物理基礎。上述兩點極限之融會,也就形成了訊學 (informatics)的計算性極限。計算性在理論上涉及客觀形式之存在本質---關聯著數學,在應用上涉及客體現象之存在本質---關聯著物理,也就會通了數學基礎與物理基礎。

而計算性極限更涉及當代人工智能的基礎問題,因為科學上的計算方法,本是源於人類智能的思維產物,而今以電腦計算來模擬智慧機能的當代人工智能研究,也必受計算性極限之限制。若自然智能是超乎計算性之自然現象,則現今的人工智能研究方向,必然不能發展真正的智慧機能。因而人工智能研究就必然要找尋超越計算性極限的理論觀念與模型架構,而此理論與架構又必然涉及當代數學與物理的重大基礎問題。



《訊學基礎》

此節關於訊學的範疇、分類與內容,乃是基於本人研究心得,並非學界已有共識

訊學 (informatics),也就是資訊科學的自然原理,不僅只是涉及電腦與計算,還涉及一切關連訊息的自然現象與學術研究。因此,數學與物理涉及訊息的現象與研究,亦屬訊學。數學自身所建構的客觀形式表述,本就立足於訊息表達的基礎上,因而雖然訊學依然要基於數學的表達形式,但數學的自然基礎反是要建立在訊學原理上。客觀思維形式與自然客體形態的訊息對應關係,也就涉及數學的自然基礎,以及計算性的自然基礎。

所謂的自然基礎,必然要涉及訊息的物理現象,這也就相關於所謂的訊息物理 (Information Physics)。然而此一自然基礎並非基於任何形態的客體,而是基於客體的存在形式。換言之,訊學所關注的自然問題,並非客觀實體的性質,而是客觀形式的性質。而客體形式之實有存在的自然條件,也就涉及物理基礎。

客體形式的本質表現,在於訊息。客體形式的作用表現,在於系統。系統理論所關注的,並非系統內各部份的實體性質,而是系統內交互作用的規則形式,正如同控制理論所關注的並非控制元件是機械或是電子,而是控制元件的互動規則形式。

系統作用的適應性 (adaptation),也就形成了智能現象,人工智能正是要模仿自然界系統的適應能力。而具有適應機能的系統結構,其內部形式往往有著非線性的複雜互動,因之形成了複雜適應性系統 (complex adaptive system),其廣義範疇還含括了生物、政治、社會、經濟等系統的複雜現象,其相關研究就是複雜科學 (complexity science){SFI: http://www.santafe.edu} 與其相關思想探討。

訊學現今是一種跨學科領域的研究方向,而上述提及各項領域也有交疊與互涉,而新興的訊息哲學 (philosophy of information){HPI: http://www.illc.uva.nl/HPI},更是牽涉了訊息與計算的觀念基礎,也就深與訊學相關。訊學以及其基礎的相關研究 (Foundations of Information Science){FIS: http://fis.iguw.tuwien.ac.at},至今還是一門新興而正在形成的學科。


〈訊息觀念〉

訊息 (information) 與實體 (substance) 乃是客觀對象所必然呈顯的兩大對立表現,也是對於客觀對象的兩大對立認知方向。客觀對象可以被認知為`實體承載訊息',也可被認知為`訊息顯示實體',兩種對立互補的認知表述。古希臘文化傳統偏於前者,以實體為客觀世界基礎,而有原子論、元素論等種種追尋基本實體的哲學思想。古中國文化傳統偏於後者,以訊息為客觀世界基礎,而有八卦圖、太極圖等種種感應終極訊息的哲學思想。

客觀對象的呈顯,必然存於時空環境。就空間實體而言,實體存於空間的表現,是可以被分割而歸屬不同空間局域,所以而有`原子論'。就時間實體而言,實體存於時間的表現,是可以相互消長而隨著時間變化,所以而有`元素論'。就空間訊息而言,訊息存於空間的表現,是必受空間三維性所規範,所以而有`八卦圖'。就時間訊息而言,訊息存於時間的表現,是必受時間變化不可逆性所規範,所以而有`太極圖'。上述四種自古以來的哲學世界觀,其實也就是在時空環境下根據訊息與實體的不同認知觀點。

所以中國古代易經理論的世界觀,基本上就是一種訊息世界觀,而西方古希臘的世界觀,則是一種實體世界觀。因而西方科學的發展過程自然也就偏重實體觀點,而訊息觀點卻被納入量化的數學表述。十七世紀的數哲學家萊布尼茲看到中國的八卦重卦圖時,認為那就是他所研究的二元數表述,然而八卦陰陽只是表述訊息,並非表述數量,這與二位數用以表述數量關係,是有觀念認知上的不同。西方哲學所關注的 being 與 becoming 的本質問題,就是討論著實體的存有與變化,都只是限於實體觀點,還未進入訊息觀點。所以訊學基礎的訊息本質問題,就根本意義而言,也就必然涉及中西哲理的會通融合。也就是說,訊學的觀念基礎必然要建立於中西哲理的觀念統合基礎{此段以上關於訊息、實體、中西哲理的論述,是本人研究見解,尚非當今學界共識}。

訊控論之父維納曾說:「訊息就是訊息,既非能量,亦非物質」。但訊息究竟是什麼? 卻是至今引發爭議。種種定義各有所執,主要的定義方向涉及差異性、變易度、複雜性、關係性、表現性、形式性、不均衡性、未知性、隨機性與有序性、選擇自由度...等種種說法。現今科學界對於訊息觀念,還是沒有統一的明確定義,這是因為訊息觀念涉及科學基礎,而難以用更基本的觀念框架去解釋定義。數學家 Delvin 曾舉例說明,僅節錄如下:

『設想你回到鐵器時代,遇上鐵匠並問他:「鐵是什麼?」。鐵匠只會指著各種鐵器,告訴你說:「這些就是鐵」。因為鐵匠雖然對鐵很熟悉,但當時卻沒有一種可供參照的知識體系,可以讓他描述鐵的定義。事實上,現代對於鐵的定義,是要有一套原子理論體系作為參照框架以供解釋,而那位鐵匠莫說不瞭解原子理論,他根本就沒想到會有原子理論! 同樣地,我們現今雖然稱為資訊時代,但我們現在對於訊息的理解,也和那位鐵器時代的鐵匠對鐵的理解一樣不明。』

因此,正如同只有確立原子理論,才能說明鐵是什麼! 訊息觀念的真正明確定義,必然要伴隨釐清科學基礎的典範框架,才能統一說明訊息究竟是什麼! 



《化約論》

複雜科學究其實質,其實還是系統理論的研究方向,只是更應用了計算科學的電腦模擬工具,而產生了新的突破進展。西方科學界往往強調複雜科學的研究方向,是與以往西方科學所偏重的化約論 (reductionism) 有所不同,而是偏向整體論 (holism) 的世界觀立場,這種迷誤看法其實是預設了實體論的立場,沒有洞察複雜科學的本質。

科學本質乃是在知識上以簡御繁,在理論上化繁為簡,所以科學的基本立場必然是立足於化約論,真正問題是在從什麼角度去進行化約! 以往西方科學界所謂的化約論,只是從實體的角度進行化約,所以整個客觀對象被分析為不同的實體部份,可是有些性質是只存在於系統,而不存在於部份的,所以西方學界認為這些存在於系統實體,而非存在於部份實體的性質研究,是屬於整體論。

但其實西方所謂整體論的理論知識,也是在進行某種化約,只不過不是從實體角度化約,而是從訊息角度化約。複雜科學與系統理論所研究的,其實也就是各種普適性 (universality) 的訊息模式,而以往西方科學所認定的化約論,其實是在研究各種普適性的實體模型。這兩種科學化約方式的對立思路,也就對應了我在前面對於訊息觀念的哲理探討。

所以複雜科學的興起發展,應該只不過是訊學發展的預備階段,而訊學理論的奠定,必然要先確立訊息的觀念體系,此一體系也必然融會了數學與物理的基礎觀念,也要釐清訊息觀念的定義問題,所以也就會通了訊息科學的基礎研究。而訊學的深入應用,正是人工智能的真正實現基礎。



《人工智能》

人工智能是研究如何產生人造客體的智慧能力,以求其機能可以達及人類智慧,甚至超越人類智慧。其發展是與電腦科技同時興起,誕生於訊控論、博奕論、訊息論的興起氛圍中。

人工智能的範式發展,是從模擬主觀心理活動與客觀物理現象為基礎。模擬人類心理的語言推論的思維形式,而有種種邏輯推理系統與專家資料系統,而仿效人類思維概念的模糊性,而有模糊邏輯。模擬生理神經的網絡結構,而有類神經計算。模擬生命現象的演化過程而有演化式計算。但這些範式的實際履行,卻都要在當今以圖靈機為基礎的電腦上,因此都要受到計算性的局限。

但生命智能現象,真是可以納於計算範疇,而僅以計算的形式系統就能企及嗎? 這是涉及人工智能基礎的根本問題。如果是可納入計算範疇,那只要繼續增強電腦的計算速度,即可實現人工智能的真正夢想。如果是不能納入計算範疇,那麼就要找出超越計算性的新理論,才能真正實現人工智能。

可因為生命智能,又是存在於自然現象之中,所以也會存在同樣的計算性問題。因而所得的最終問題就是:``一切自然現象都可納入計算範疇嗎? 會不會有本質上即不能納入計算範疇的現象呢? '',而解決這個最終問題後,才能解決生命智能的計算性問題,然後才能解決人工智能的根本問題。

所以這也就是我這位原本研究人工智能的博士生,為何一心要鑽研計算性的自然普適問題。因為當我自行領悟到此點後,就知道其他方面對於人工智能的研究,都是枝微末節,不能根本解決問題。而我既然立志要從事研究生涯,當然是要探究根本問題,所以也就引發了我至今的所有相關研究,以至於現今閱歷了科學與哲學的種種理論思想,都是從這個問題開始起步。

而對於自然現象上的科學與哲學之深入思考,又增益了我對於人文與社會的種種問題的深入理解與獨創見解,終而鑄成我在政治哲學與歷史哲學上的開創思想,以企圖解決當代文明的困境問題。



《科學展望》

科學自從伽利略與牛頓,建立了實驗觀察與數式表述以後,至今也就一直在此兩大基礎上發展前進。實驗觀察的預設基礎是客觀對象的實有存在,數式表述的預設基礎是數量計算的普適有效。可這兩項基礎現今在科學中並無法得到論證。換言之,我們現今對於科學的信心,可能只是建立於盲目樂觀上。

客觀對象實有存在的基礎,牽涉到物理上的客體存在,也就涉及物理基礎上的量子現象與時空現象之問題。數量計算普適有效的基礎,牽涉到數學上的形式計算,也就涉及數學基礎上客觀對象的形式與本質之問題。這兩項問題又都關聯著科學上的主觀與客觀的界限問題,也就涉及認知觀察的本質問題。

從對象上看,實體化約論與訊息化約論分別代表兩種對立互補的客觀現象表述。對於訊學來說,是要如何確立訊息化約論的原理與基礎,而對於科學來說,是要如何統合實體與訊息的對立化約,以建立統一框架的客觀對象之世界觀。

而更超乎科學範疇之外的統一觀點,以統攝一切萬有的學術觀點,也就是我將來要論述的智學理論。茲引一段愛因斯坦關於探討客觀對象的哲思文句,以作為此節科學理論之結語:

Science is not just a collection of laws, a catalogue of unrelated facts. It is a creation of the human mind, with its freely invented ideas and concepts. Physical theories try to form a picture of reality and to establish its connection with the wide world of sense impressions. ...... With the help of physical theories we try to find our way through the maze of observed facts, to order and understand the world of our sense impressions. We want the observed facts to follow logically from our concept of reality. Without the belief that it is possible to grasp the reality with our theoretical constructions, without the belief in the inner harmony of our world, there could be no science.



《紀念畢達哥拉斯》

古希臘哲人畢達哥拉斯年輕即雲遊四海,求致智慧,探索真理,通達東西哲理後,老年才返回希臘城邦。他以一生遊學,連接融合了東西方的智識哲理,統合了西方的物性知識與東方的心性智慧,使得眾多學生追隨。他所兼通東西智識的歷鍊成就,也就是科學與禪修的統合融會。

他創造了 philosophy 的`愛智',以指稱`哲學',又創造了 cosmos 以指涉`和諧萬有'。對他而言,科學探討客觀世界的知識,禪修探求主觀世界的智慧,兩者互補而彼此依存,而達致心物具足的美好世界。

可是畢達哥拉斯所宣揚的深奧哲理,並不得到當時古希臘民眾所認同。他去世那天,暴民瘋狂攻擊他的學院,他的數千名學生盡皆遭暴民所屠燒致死,而畢達哥拉斯由東方蒐集帶回希臘的所有書籍經典,以及他的著作,全都在暴民手中付之一炬。只有一位門徒僥倖逃生,而給我們留下了畢達哥拉斯其人思想的斷簡殘篇。

人類歷史上,不斷有著暴君暴民的摧毀文明,破壞智識成就,終至文明傾頹。如果沒有一種致使文明永續且民眾幸福的政治制度存在,如果沒有一群智識人盡心盡力守護文明成就,人類社會是可能將被野蠻無知所吞噬,人類文明也會退化消亡。我以往所努力構思的許多理想,也正根基於此,以確保文明與幸福的永續長存。

謹以此文紀念哲人畢達哥拉斯