科学认知需要适应性表征

 
 
科学认知需要适应性表征  
 

■魏屹东

假如认知的焦点是办理问题（方针），那么认知系统就是方针取向的，方针就是认知投射的靶子。形象点说，认知作为探讨进程，就像射击练习进程一样，是对准靶向的，射击者利用的东西（枪、弓等），如同研究者利用的仪器和表述语言。这个方针取向的认知，可称之为“射击隐喻”，旨在强调认知行为不只是方针取向的，也包括了到达方针的方法。两种范例的差异在于，认知进程缔造观念领域，并且所缔造的领域依赖于配景理论，如已有的各类成熟理论。

纵观科学史不难发明，成熟的科学理论，如牛顿力学、进化论、相对论、量子力学等，无一不是对方针系统即世界某方面的适应性表征的功效。所谓适应性表征，就是主体人利用中介客体如观念、命题、模子、数学方程等人造东西对方针系统的似真的、靠得住的、一致的描写或刻画，并跟着方针系统的变革而及时地做出调解，即对表征做出批改。科学表征的最终功效是形成常识体系，即科学理论。因此，适应性表征是科学认知的焦点问题，是关乎科学发明和科学缔造的大事。

适应性表征的优先性

在科学认知实践中，对付一个特定方针系统，客体或现象，表征它的方法不止一种，诸如图像、模子、数学方程、逻辑刻画、语言描写等。那么，这个中有没有最适合或最佳表征？假如有，哪一种是最佳的？假如没有，如何才气更有效地表征？假设存在最佳表征，就意味着我们要做选择。这是一个难以决议的问题，也是个见仁见智的问题。譬喻，对付一棵树的表征，画像和照片哪个更好？对付天气现象，语言描写与模子泛起哪个更好？定性描写与定量表达哪个更好？这简直欠好选择。选择哪种表征方法，要按照表征主体要实现的目标和表征工具的特点来确定。对付画家，大概选择绘画；对付摄影师，大概选择照片；对付普通人，大概选择语言描写；对付气象学家，大概选择模子表达；对付文学家，大概选择自然语言定性描写；对付科学家，大概选择数学定量刻画。最常见的景象是多种表征方法的混用，好比量子力学的数学刻画、图解暗示和自然语言说明的团结，个中有一种是主要表征方法，如数学表达。这就是表征要依据认知方针的特点和到达的目标的适应性问题，是表征主体要优先思量的。

显然，表征作为一个认知进程，就是用一类事物取代或描写另一类事物。在科学摸索中是用人工物（模子、方程等）描写自然现象。我们发明，一切常识都是认知表征的产品，常识要成为靠得住、精确的科学告诉，就必需是真实的而非虚假的认知表征；所有表征形式，若要靠得住地、传神地描写其客体工具，就必需与它所描写的工具实质地、履历地相适应，这就是适应性表征。精确来说，适应性表征是指表征东西（语言、模子、图像）与表征工具（系统、客体、现象）之间的适当性与一致性描写。差异学科举办表征的偏重点差异——认知心理学偏重心理表征，人工智能偏重常识表征，自然科学偏重科学表征，人文学科偏重自然语言表征。岂论偏重哪一方面、利用哪类表征东西、形成哪一类表征，本质上都是认知进程。按照认知工具的存在与否、可调查与否，表征可分为一般表征和科学表征。一般表征也就长短科学表征，它凡是利用自然语言和图像表征，如文学、绘画，其表征工具可以是真实存在的，也可以是虚构的，如神话故事及其绘画。科学表征利用的东西凡是是数学、模子等，表征工具要求是真实存在的客体，包罗还未发明的观念客体，如黑洞、夸克。对比而言，科学表征无论是在表征形式上照旧表征方针上，都具有严格类型性和客观实在性，有别于一般表征的非类型性和虚构性，在表征上表示出非凡性。

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总之，科学认知的实质就是如何靠得住地、真实地表征方针工具的问题，这显然差异于文学艺术的认知方法，因此表征是一切理论缔造的焦点。没有表征就难以缔造和发明，更遑论科学创新。适应性表征的成果就在于探讨并弄清科学认知的表征布局、机制和形式，为科学创新和科学发明提供靠得住的表征理论依据。

适应性表征的思想基本

表征是一个汗青悠久的观念，在哲学和科学中遍及利用。古希腊哲学家将其分为感受的、内涵的和观念的，相应形成了纯的、强的和弱的表征主义。中世纪哲学家认为表征和被表征的事物有沟通的形式；表征与被表征的事物雷同；表征由被表征的事物引起；表征意指被表征的事物，相应地形成了表征的同构观、相似观、因果观和指称观，组成了厥后的科学表征的思想基本。

科学表征的理论主要有图像论、自然主义、布局主义、指代—替代推理主义和语义—语用论。图像论是19世纪物理学家麦克斯韦、玻尔兹曼和赫兹成立的科学模子观，认为模子是物理学的支柱，是世界图像的本质，科学理论就是心理图像，与物理实在具有相似性。这是最根基、最普遍的相似和同构表征观的殽杂，也是最受诟病的概念，因为它依据心理图像将方针客体确定为建构外活着界的图像，外活着界完全内涵地存在。这导致了厥后的科学实在论与布局实在论的争论。图像论不能说明基础不是图像的数学方程的表征问题，且图像具有对称性、反身性和通报性，而表征干系不是。正是图像论的这种缺陷，导致了自然主义目标语义学的发生。

目标语义学主张表征干系可以或许由生物学成果观念加以说明，旨在阐发一个完全物理的动作者的内涵状态如何可以或许真实地表征其周围世界。这意味着表征完全不需要心灵观念，表征就是感觉器接管外在信息的进程。自然主义的目标是用自然科学（生物学）的要领代替心灵哲学的要领，用成果代替心灵，使表征可操纵。然而，表征是有心理勾当的动作者参加个中的进程，解除心灵观念不便是解除心理勾当，缺乏心灵的表征只是自然泛起，这促使科学哲学家从数学布局主义视角探讨表征的机制问题。

布局主义表示为同构论、部门同构论和履历布局主义。同构是指数学的映射，它将研究工具描写为布局化系统，科学的“客体”被描写为“布局化系统中的位置”，科学理论是通过共有布局描写这样的客体或系统的。这种将现象布局看作世界自己的概念受到了强烈品评，因为同构是数学上的，实际的表征东西与方针之间基础不是同构干系。为此，弗雷赫将同构弱化为部门同构，使其作为理论模子与数据模子之间的根基干系起浸染。鉴于物理表征凡是是描写或表达而不是同构或部门同构，范·弗拉森提出履历布局主义，主张丈量及其理论化就是表征，丈量功效不暗示被丈量实体是什么，而是在丈量布局中“看起来像”什么。

休斯发明科学表征具有“指代”“证明”和“诠释”浸染。指代是模子的元素指称现象，证明是利用者运用模子获得一个功效，诠释是这个功效获得物理上的说明。苏雷兹认为这种模式对付表征是不充实的，表征还应该包括认知和推理，本质上是一种雷同于“力”的推理力，有水平的差别——精确表征、真实表征和完全表征，从而形成了指代—推理主义。凭据这种概念，X表征Y仅当X的表征力指向Y，X答允有本领、有常识的动作者得出关于Y的推论。若X是模子，则必需满意两个条件：一是指代，即模子被用来表征系统；二是替代推理，即模子答允它的利用者执行从模子到系统的详细推理。然而，指代—替代推理的实质是布局映射式的成果替代，更强调指称干系和推理进程，忽略了表征的语义内容。

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语义—语用论是语义论的语用化。语义论始于萨普斯的荟萃—理论形式主义，主张理论是通过模子与世界产生接洽的，而模子与履历以巨大的方法相接洽，理论的尺度框架以“一个抽象的逻辑运算”表征理论，并提供运算的“对等界说”。这意味着科学理论由（数学）模子家属组成，包罗履历模子以及叙述履历模子与履历系统之间接洽的假设集。这种基于荟萃的语义论不外是数学布局主义的翻版，依赖的照旧相似与同构，不能完全说明理论与模子关联世界的方法。

语用论者吉尔认为，表征是主体S出于目标P利用东西X表征世界W的认知进程。这种语用论强调主体S基于目标对表征东西模子的利用。康特萨认为一个表征应该是一个有效认知推理，当利用者可以或许利用表征东西举办关于方针的有效替代推理时，表征东西才是方针的一个认知表征。这便是将语义—语用论与替代—推理主义相团结。问题是，这种殽杂的语用论仅划定替代推理有效，没有划定结论是真是假，结论的真假与推理是否有效无关。由于语义—语用论在表征功效真假上的迷糊其词性，使得它在真理问题上受到了批驳。

在笔者看来，这些科学表征理论之所以会有这样或那样的缺陷，基础原因是忽视了表征的适应性。适应性表征才是科学认知的本质。

适应性表征的自然和文化来源

按照生物进化论，由于生物是适应情况而保留的，这种基于身体的自然认知系统（大脑）也应是适应情况的，其认知表征一定是适应性的。人类基因组打算已经破解了基因遗传的分子构成身分。这便是在生物学程度上重建了我们是谁，弄清了人类进化的生物物质的细节，进一步验证了达尔文和孟德尔的理论。整小我私家类基因布局的破译是生物学上一次革命性事件，正如爱因斯坦对牛顿物理世界的重构一样。然而，这一具有革命性的成绩并不能表明人的有意识认知现象。

如果将基因或基因组合看作一个行为体或行为组合体，其动作可否说明更高条理的心智和认知现象？此刻，我们知道我们是生物体由基因构成，我们也知道我们有意识和期望，也知道他人像本身一样有意识和期望，但基因条理的道理可以或许说明意识和认知行为吗？这些条理之间是如何彼此浸染的？生物组织的脑如何就发生了意识和心智？迄今的生物科学、认知科学、神经科学还不能给出令人信服的谜底。这就给有意识认知和心智现象蒙上了一层神秘的面纱。

然而，一个不行否定的事实是，有意识认知和心智现象是寓于身体的，没怀孕体就不会有意识和心智。这是传统哲学中一直僵持的概念，因为是人在认知、在思考，不是大脑，大脑只是思维的器官，正如是我在看，不是眼睛在看，眼睛只是视觉器官。人在认知（思维）时，除大脑外的器官如心脏等也会对认知（思维）有或多或少的孝敬。好比心脏供血不敷，我们就会感想头晕，这势必影响思维结果。今世认知科学中的“具身认知”大纲之所以强调认知的具身性（embodiment），主要是针对人工智能中的离身认知的概念，即智能机是不需要身体的，也不遵循生物学纪律。在笔者看来，认知（思维）原来就是人作为整体泛起的成果，而不是人体哪一构成部门特有的成果。固然眼睛有看的成果、大脑有思考的成果、胃有消化的成果，但不能因此而忽视每个器官与其他器官的整体协作成果。在治疗的意义上，人体是可以疏散的，如换心脏、换肾，但在认知的意义上，人体（主要器官）是一个不行支解的整体，纵然未来有一天，医学技能发到达大脑也可移植了，也不料味着意识和心智也可移植。尽量如此，我们领略和缔造生物体的取向，以及领略他人的具身状态的神经支撑物的取向，离不开现代认知科学和生物学的成绩。生物学使我们可以或许区分有生命和无生命的对象，认知科学使我们认识他人的信念和期望以及小我私家认知的汗青。这两方面蕴含了一个相关的但明明差异条理的适应性——生物的适应性和认知的适应性。

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假如认知的焦点是办理问题（方针），那么认知系统就是方针取向的，方针就是认知投射的靶子。形象点说，认知作为探讨进程，就像射击练习进程一样，是对准靶向的，射击者利用的东西（枪、弓等），如同研究者利用的仪器和表述语言。这个方针取向的认知，可称之为“射击隐喻”，旨在强调认知行为不只是方针取向的，也包括了到达方针的方法。两种范例的差异在于，认知进程缔造观念领域，并且所缔造的领域依赖于配景理论，如已有的各类成熟理论。

而方针取向的系统必然是认知适应性系统。原因并不巨大。在认知进程中，一旦我们选取了方针（问题），就会环绕方针想方设法到达方针，即办理问题，其间会碰着各类意想不到的不确定性、偶尔性等，这就需要认知者实时调解研究计策，以适应变革的情况。还以射击为例。在射击举动中，运带动要按照靶向的位置、间隔，观众的气氛甚至本身的呼吸速率实时调解，才大概射得准。出格是在户外移动靶向的射击中，对射击者适应本领的要求更为突出，射击者不只要跟着移动的靶子实时调解，还要思量风速和风向，这一进程出格凸显了身体的敏感性和协调性。这种射击进程就是运带动不绝调解、适应的进程，个中身体敏感性起到焦点浸染。方针取向的认知进程与此雷同。在认知进程中，对方针的感知是根植于认知者身体的，出格是大脑。在科学研究中，设计尝试就是为了在必然范畴和水平上节制方针工具，这就是受控尝试。节制的目标是要到达不变性，减小不确定性，找到某些纪律性的对象。并且在探讨未知的进程中，履历不是被动而是主动参加个中，通过调查、假设、检讨、批改来揭示认知的适应性和探究性。这就是认知的具身性和目标性的统一。

显而易见，人类进化中的一个适应性特征就是向外延伸，用哲学术语讲就是意向性，即指向外在方针客体的属性。指称他物就是向他物进修，在进修某物后，我们就缔造了情况中的一个支柱来激活执行系统，如认识一个事件、一小我私家如何做某事。在这个意义上，我们的影象不老是严格存在于我们的脑子中，外影象记录在日常糊口中或者更为明明，并一连与内生的认知系统彼此浸染。这就是认知科学中的“延展认知”。

认知世界有富厚的外影象记录，它们包袱指导行为的责任，并与内认知机制彼此浸染。正是这一进程塑造了我们的认知敏感性，包罗时间感和汗青感，而敏感性发生之时，正是文化开始之日。在这个意义上，敏感性不只仅在于影象本领，因为动物也有，还在于文化的熏陶。人与动物的本质区别就在于动物没有形成文化。因此，最初的影象只是敏感性的生物基本，文化才是培育敏感性的真正原因。教科书出格是汗青教会了我们认识自然世界和人类自己的已往，并从汗青中学到很多常识，如科学常识、地理常识、自然常识等。人类的汗青或者是逾越达尔文进化论的，因为它承载了太多的文化身分，这是逾越生物适应性的文化适应性。假如说生物的进化是基于基因的，那么认知的进化很洪流平上是基于文化的。

适应性表征的实现路径

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不行否定，认知是一种摸索进程，其功效就是对思想见识的表征。在这个意义上，科学表征就是认知进程，一种科学家借助某种东西反应自然或世界某方面的进程。也就是说，表征必需借助非凡东西——自然语言、标记、图形、模子等。

第一，通过命题建构意义。从语言的角度看，科学理论是命题的荟萃。命题是由自然语言构成的、有所断定的告诉句，如“地球环绕太阳转”“光直线流传”。因此，自然语言无疑是我们表达思想的首要东西，也是科学常识流传所必须的，因为自然语言是公共语言，是交换的东西。要让科学常识获得普及和领略，就必需将抽象的理论通俗化，让公共接管。

第二，通过形式语言刻画干系。形式语言包罗逻辑和数学，是一种标记体系。科学某种水平上是利用数学语言书写的，出格是现代物理学，数学是其表征的最主要东西。近代科学自伽利略以来，就走向了数学化的阶梯，好比电磁理论中的麦克斯韦方程，量子力学中的薛定谔方程。可以说，没有数学，就不会有现代科学的准确描写，好比没有欧式几许就难以形成“地心说”和“日心说”的形象描写，没有黎曼几许，就不会有相对论思想的充实表达。在人工智能中，逻辑和数学组成算法语言的主要部门。

第三，通过可视图像表征展示形象。图像包罗几许图形、图表、坐标等，是一种可视的图标。这种表征方法在科学文献中很常见。如宇宙学中的各类天文图像、数据曲线图、行星运行轨迹的几许图等。这些可视图是自然语言描写的须要增补，好比黑洞的图像。

第四，通过物理模子表征显示布局。物理模子在科学中也是常见的一种表征方法，如DNA模子、各类分子布局模子，其特点是直观明白，就像汽车、飞机的模子一样。模子表征是陪伴我们一生的形象思维方法，是心理表征如思想尝试的物理实现。思想尝试作为一种想象的尝试，它不只仅是科学发明和论辩的东西，更是一种抱负的、在脑子中设计形成的认知模子。

第五，通过复合表征泛起理论。复合表征是上述几种表征东西的殽杂。成熟的科学理论往往不可是利用单一的表征形式，个中既有自然语言的说明和形式的刻画，也有图像的显示和模子的描写。所有科学杂志如《科学》《自然》登载的论文险些都运用殽杂表征。

总之，适应性表征就是建构意义（观念、命题）的进程、显现干系（数学方程）的进程、泛起布局（构成、范例）的进程、展示图景（如天文学图像）的进程、最终形成科学常识体系的进程。观念、命题使得理论具有自然语言的寄义，形式表征使得方针客体的干系得以简捷清晰，图像使得理论更形象，模子使得理论有了内核和框架，这些表征形式配合构筑了理论的完整体系。科学理论就是通过这些非凡东西及其复合表征得以实现的，科学常识就是这些非凡东西的荟萃，科学认知正是通过各类表征方法彰显了意义。

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（本文为国度社会科学基金重点项目《科学认知的适应性表征研究》〈16AZX006〉成就，作者系教诲部人文社会科学重点研究基地山西大学科学技能哲学研究中心学科带头人、哲学社会学学院传授、博士生导师）

《中国科学报》 (2019-07-17 第3版 学术)

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