一位奶農為了提高産奶量雇用了兩個顧問，一位是生物學家，另一位是物理學家。生物學家在考察了一周後，提交了一份詳細的長達 300 多頁的報告，而物理學家隻考察了 3 個小時就回來了……

17世紀中葉，一位名叫納撒内爾·費爾法克斯（Nathanael Fairfax）的英國醫生在科學雜志《哲學學報》（Philosophical Transactions）上連續發表了幾篇論文。費爾法克斯觀察到一些很有趣的現象，并決定通過這些論文把他的發現告訴同時代的科學家們。

其中一篇論文的标題是《人類自然特性潛移默化的實例：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，費爾法克斯講述了一個 40 歲左右、習慣喝熱啤酒的男人的故事。有一天，這個男人在喝了一杯冰鎮啤酒後病倒了，并在幾天内死去。費爾法克斯就此推測：人的胃很可能隻能适應一定範圍内的溫度。

費爾法克斯還寫了一個女人的故事：每次聽到雷聲，她都會覺得惡心。不過，費爾法克斯沒有去推測為什麼雷聲會對這個女人産生這樣的影響，隻是指出：“這位女士從孩提時代起就一直如此。”

我們現在知道，盡管費爾法克斯沒能實現他的目标——從記錄下來的這些觀察結果和事實中總結出某種理論，但是他的觀察本身就極具價值，至少這是“理解”的第一步。

在同一時期，年輕的牛頓正在思考物體如何移動，以及光線如何傳播。牛頓于劍橋大學三一學院求學期間，一場瘟疫席卷了整個英國。為了預防疫情，劍橋大學臨時閉校。于是，牛頓回到了家鄉，在伍爾斯索普（Woolsthorpe）的農村生活了幾年。也就是在那個時期，他對微積分、光學和行星運動規律等方面的研究取得了根本性的進展。他研究了數學推理和演算，還做了一些實驗，比如為了分析顔色的性質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。

與費爾法克斯一樣，牛頓對觀察所得的材料進行了分類和編目；不同的是，牛頓還總結出了一套支配物理世界的定律，并用數學公式将它們描述了出來。

在某種意義上，我們可以說，費爾法克斯和牛頓在同一時期、同一個國度所進行的不同研究，代表了兩種理解宇宙複雜性的方法，而這兩種方法還存在着競争關系。

生物學思維和物理學思維

牛頓試圖将觀察到的所有不同事物都統一起來，也就是通過一組優雅的解釋來簡化世界的多變性和多樣性。通常，他所利用的隻是幾個公式或定律而已。關于這一點，我們可以在牛頓發現的萬有引力定律中看得非常清楚。這個極簡公式反映了從物體墜落、潮漲汐落到行星運行等諸多現象的普遍規律。

而在今天，物理學家之所以會孜孜不倦地探尋能夠一統天下的萬用理論（Theory of Everything），也是出于與牛頓相同的願景，希望能夠發現可以作為人類已知的、宇宙各方面基礎的秩序；并讓宇宙的每個組成部分都各歸其位，将它們放在适當的位置上。科學家托馬斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）有一句名言，“科學的巨大悲劇”是“一個醜陋的事實往往會殺死一個美麗的假說”。他的意思是，優雅的理論是科學的目标，當某個事物與優雅的理論相悖，或令理論複雜化時，科學便會遭遇最大的悲劇。

費爾法克斯則放棄了對理論優雅性的追求，轉而擁抱了多樣性和複雜性。即使世界在一定程度上是混亂的，他也願意接受，并為“又了解到新的細節”而歡欣鼓舞，哪怕這些細節很難立即被融入某個單一的理論框架中。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。

在這裡，我們還能發現現代醫生的影子，他們是費爾法克斯的智識後裔，為人體各個層級上的完美功能而啧啧驚歎，例如血液凝固過程中的複雜步驟、酶級聯反應（enzyme cascades）的複雜性質，等等；還有那些天文學家們，會為強大的太空望遠鏡所揭示的諸多星系類型而深深傾倒。

博物學家不可能贊同赫胥黎的抱怨，因為在他們看來，根本不存在所謂的“醜陋的事實”。所有的事實和知識都為我們提供了與這個奇妙世界有關的新信息，向我們展示着世界的複雜性和多樣性。當事實不符合我們的心智模式時，完全不必為此而感到沮喪；相反，還應該為這種“意外” 而感到由衷的高興，然後去尋找能夠解釋這些“意外”的新方法。

物理學家弗裡曼·戴森（Freeman Dyson）将牛頓的方法描述為古雅典時期的科學思維方式，并認為這種思維方式“強調思想和理論……試圖找到可以将宇宙萬物聯系在一起的統一理論”。至于關注多樣性的方法，戴森則認為，可以将它描述為工業革命時代的科學思維方式，“強調事實和事物，試圖探索和拓展人類對自然多樣性的認知”。例如，起源于曼徹斯特的英國工業革命。

戴森還進一步指出：這兩種方法還有另一個不同之處，即生物學是多樣性理論者的“領地”，而物理學則是統一理論者的“主場”。我在這裡把這兩種方法分别稱為生物學思維和物理學思維。

在物理學中，人們通過統一和簡化去觀察各種現象的明顯趨勢，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。衆所周知，麥克斯韋給出了能解釋電磁原理的公式。簡化，甚至極簡化，是物理學領域内廣受尊崇的方法之一。

生物學家通常更願意接受多樣性，并傾向于陳列大量事實，而不在意這些事實是否能用某個統一理論來解釋。事實上，他們隻需要有一個合适的小模型就可以了。當然，生物學理論也并非總是如此。例如達爾文的進化論，顯然就是生物學中的一股統一力量；許多分子生物學家、以數理生物學為專業方向的應用數學家，以及許多研究其他領域的生物學家都傾心于此。

說到底，上述兩種方法都是在探求具有普遍性的、有預測能力的理論。但是，這兩種思維方式的推進方向是不同的，這種不同主要反映在它們對抽象化的相對容忍度上，而相對容忍度又取決于所研究系統的特性和複雜性。例如，利用數學公式抽象掉宏觀層面上的細節，這種做法在物理學中幾乎無處不在，但在生物學中卻難覓蹤影。

從下面這個古老的科學笑話中，我們可以清楚地看出這種區别。一位奶農為了提高産奶量雇用了兩個顧問，一位是生物學家，另一位是物理學家。生物學家在考察了一周後，提交了一份詳細的長達 300 多頁的報告，寫明了每頭奶牛的産奶量具體取決于什麼，例如天氣情況、奶牛的大小和品種等。而且這位生物學家還向奶農保證，隻要嚴格按照建議執行，奶牛的平均産奶量可增加 3％至 5％。

而物理學家隻考察了 3 個小時就回來了，然後宣稱自己已經找到了一個能夠适用所有奶牛的高效解決方案，并且可以将産奶量提高50%以上。奶農問：“那麼，你說應該怎麼做呢？“好吧，”那個物理學家回答道，“首先，假設你有一頭身體為球形的奶牛……”

（圖源：cs.cmu.edu）

抽象化方法當然是有用的，但我們不能做出存在“球形奶牛”這種假設。當你把生物學層面上的細節都抽象掉之後，你不僅會丢失大量信息，而且最終還會對某些重要組成部分，比如邊界情況，感到束手無策。

生物學思維和物理學思維是解釋世界的兩種不同方法，适用于不同的系統，而且通常是互補的。

複雜的技術系統更接近生物學系統，因此，用生物學思維思考複雜技術是個不錯的選擇。為了從整體上理解系統，我們也會忽略掉一些細節，這時，物理學思維才是首選。我們真正需要的是經過物理學思維錘煉的生物學思維。

本文經授權摘編自《為什麼需要生物學思維》

《為什麼需要生物學思維》

[美] 塞缪爾·阿貝斯曼 | 湛廬文化

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