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郦全民:科学的分布认知及其新特点

更新时间:2022-02-04 23:15:36
作者: 郦全民  
科学的研究者已经遍布世界的每个地区,科学的知识传到了地球上的每个角落,而科学的目标是共同的,科学的语言是普适的,科学的成果是分享的。因此,可以说,科学认知是人类已经建构的第一个具有共同目标和规范的分布网络。

   从构成分布的科学认知的三个子系统来看,每一个也都经历了从简单到复杂的演进过程。在当代,它们的复杂度均已经很高。其一,认知对象的范围在深广两个维度上的不断拓展,要求发明和运用能望得更远、看得更细的观测工具,要求发明和运用能将对象置于极端状态和环境的设备,结果,不仅操控和获取来自对象及其环境的信息的环节变得愈加复杂,而且处理信息的功能也更多地由认知主体和认知工具之间的协同来承担。在当代的科学实验和大型科学观测中,这实际上已经是一种体现科学的分布认知的常态。其二,研究对象的复杂或极端,研究工具的大量介入和研究问题的难度增加,在团队内部,要求更多具有不同知识背景、不同专业技能的研究者的分工和合作。在团队之间,也要求科学知识和信息的更广和更及时的交流、分享。例如,参与人类基因组计划这一大科学项目的就有来自6个国家的上千名科学家;2001年发表在《自然》上的初步成果论文,直接署名的人数达到250人。[5]结果,如何在一个团队内部认知主体之间有效地实现认知能力的分配和信息的互动,已经成为当代科学学研究的一个很重要的课题。其三,认知主体与外在表征之间的互动变得比以往任何时候在内容上更加丰富,在形式上更加多样。当今,一个越来越明显的趋势是,不论是在实验室还是其他进行科学研究的地方,传统上作为记录和表征数据或知识的主要载体——纸质笔记本正在减少甚至消失,取而代之的是内置数据分析和实验室管理等软件的笔记本电脑或平板电脑。这些软件不仅可以记录和处理数据,而且具有在线访问外部数据库等功能,于是,研究者与外在表征之间可以形成实时的互动。当然,这些变化都是源自计算机和互联网的问世。正是这两大发明,极大地改变了科学知识传播和分享的方式,并给科学的分布认知的实现带来了新的媒介。特别是,由互联网引发的科学认知方式和分布结构的改变具有革命性的意义,值得做更多的阐述和分析。

   三、基于互联网的科学认知

   如果问一问:进入21世纪以来,什么是影响人类的最大发明?答案应该是肯定的:移动互联网,外加智能手机等终端设备。确实,由于这些发明,人们的学习、工作和生活的方方面面都发生了巨大的、不可逆转的改变。这里,我们就来看看以互联网为代表的新技术和新工具对于科学的分布认知所带来的变化。

   为了说明互联网与科学的分布认知之间关联的自然性和紧密性,这里,简要地介绍一下互联网的产生和发展过程。起初,计算机之间的联网是美国国防部所研究和实施的,而目前广泛使用的万维网(World Wide Web),恰恰是物理学家为了科学研究中信息交流的需要和便利而发明的。1989年,在欧洲粒子研究中心工作的英国物理学家和计算机科学家伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)发明了一种网上交换文本的方式,即万维网。它是一种分布式多媒体超文本工具,通过超文本传输协议(HTTP),可以把任何地方联于互联网上的计算机的信息有机地连接起来。很快,这个平台在整个互联网上风靡。1993年出现的浏览器,是一种安装在客户计算机上的用以访问万维网服务器的工具软件。使用浏览器在网上漫游,可以检索和查询各种信息,可以下载、保存、打印各种文档,可以建立主页和收发邮件,等等。万维网和浏览器的出现使人们能够很容易地在网上发布和获取信息,极大地加速了互联网的发展。从此,在人类社会里,人们之间传播、分享和交流信息的方式开始进入了一个崭新的时代。由此可见,在一定意义上,互联网的突破性发展,正是由科学的分布认知的实施和拓展的需要所直接推动的。

   以下就来考察和分析互联网是如何推动科学的分布认知改变的。在此,我们聚焦于两个基本问题:(1)互联网对于科学的分布认知带来了什么新方式?(2)互联网对于科学认知的分布结构有何实质性或激进的改变?

   先来回答第一个问题。十余年来,基于互联网形成了两种分布的科学认知的新方式。一是在互联网上出现了“在线公众科学运动”(online citizen-science movement),倡导科学家共同探索和求解一些科学问题。方法是通过建立网站,发布需要研究的项目或需要求解的具体问题,以吸引对项目或问题有兴趣的研究者群策群力,一起来完成项目或寻找答案。这是基于互联网出现的新型的科学研究方式,其中的科学认知显然是分布的。目前,这种方式既被用于天文观测、动植物分类等需要进行大规模数据采集和处理的项目,也被用于求解困难的数学问题。例如,2009年初,著名的英国数学家高尔斯(Timothy Gowers)在自己的博客上发布了一个深奥的数学猜想,希望能整合读者们的智慧和专长,共同解决该问题。大约两个月中,他收到了近千条评论和建议,结果猜想被成功证明,于是,发表的论文署名是代表这一集体的笔名。[6]二是一个从事具体的实验或理论研究的团队,其成员并不一定处于现实的实验室或特定的地理位置,而是可以分布于其他地区甚至国家的大学或研究机构。这些位于不同物理空间的成员,能够以互联网作为平台,参与包括信息的收集和问题的求解等认知任务。这种方式,对于那些想在读大学期间就参与顶尖大学的实验室或机构的研究的大学生来说,特别具有吸引力,因而,也将是造就未来一代科学家的重要途径。

   第二个问题是要回答互联网对于科学认知的分布结构改变的。这主要体现在科学知识的传播和分享方式的变化中。在没有互联网的时代,科学家主要是通过学术期刊、学术会议和个人通信等方式来获取和交流信息,而一个科学发现和理论创造的居先权也是通过在期刊或会议上公开发表才得以确立的。然而,自从互联网问世以来,科学论文发表和传播的方式已实质性地发生了变化。这种变化首先出现在理论物理领域,之后扩展到其他理论科学领域;近年来,又进一步扩展至生物学和医学领域。而标志性的事件就是预印本文库(https://arxiv.org)的诞生。

   1991年,当时在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的物理学家金斯巴克(Paul Ginsparg)创立了预印本文库(网站)。起初主要收载关于弦论和场论方面的理论文章,不久就扩展到物理学的其他分支,如今则已经包括物理学、数学、计算机科学、定量生物学、定量金融学、统计学、电子工程、系统科学和经济学等。截至2019年5月底,可以访问的论文达到了155万篇,且每天都在增加。⑦

   预印本文库的特点是论文无需同行的评审,只要通过规范性的认证,即可上传发表。这一特点对于科学的分布认知和推动科学发展具有巨大的影响。其一,对于作者来说,不仅可以根据读者的反馈对论文进行修改或撤回,而且一旦论文获得同行们的认可,其在科学发现或理论发明上的居先权便得以确立,这样,也就基本解决了以往科学界长期存在的种种居先权之争。可以设想,如果牛顿和莱布尼茨所处的时代有了这一文库,那么,关于微积分的发明权之争也就不会出现了。其二,对于读者而言,可以及时地了解与自己相同或相关领域的研究进展,以避免做重复性的工作。⑧在科学史上,康德率先提出太阳系起源的星云说,差不多半个世纪以后,拉普拉斯又独立地提出这一假设,结果,这一学说被称为康德-拉普拉斯星云说。而如今,这种情况将不复存在。当然,读者如果也是该论文的问题的研究者,就有可能因为慢了一拍而失去居先权,但更多的情况是,可以基于他人已发表的论文推进自己的研究,去获得“更上一层楼”的成果。这样,预印本文库就导致研究者之间竞争的加剧。其三,从对科学发展的推动作用来看,预印本文库的出现使得科学研究的过程加速。以往,在科学研究中,个体或团队可以就某类或某个问题进行长时间的独立研究,或者形象一点说,进行单独的长跑;而该文库的出现,则能将全世界从事相同或类似研究的人或团队连接起来,大家进行接力赛跑。尽管求解问题的路程仍是马拉松的距离,但采用接力而非单独的长跑,解决问题的时间将大大缩短。其四,预印本文库也给当代科学认知带来了新的问题。由于论文是在没有进行同行评审的情况下发表的,因而其包含错误甚至造假的可能性就会增加。特别是,如果读者没有足够的鉴别能力,那么,以讹传讹的风险也就上升;而那些根据不正确论文所写的新闻报道还会误导公众。为了解决这些新问题,一方面需要作者具有诚实的科学态度和自律精神;另一方面,也是更重要的,是要求读者具有更高的评判和鉴别能力。不过,从历史和现实的情况看,只要健全的科学共同体存在并发挥作用,科学认知就有自我纠错的功能。事实上,预印本文库也没有取代传统的学术期刊,而且通过优势互补,二者共同推进着科学的繁荣和发展。

   四、结束语

   从上述对于科学的认知分布进行的阐述和分析中,我们可以明白:作为人类认识实在世界的共同事业,科学认知不仅内在的是分布的,而且其结构是复杂的,且这种复杂性随着科学的发展而持续地增加。

   历史地看,随着科学的发展,所认知的实在世界的疆域变得越来越深广,对象变得越来越极端、多样和复杂。这就要求探测工具和技术的不断发明,于是便有了射电望远镜、电子显微镜、冷冻电镜、光镊和光遗传学技术等等;这就要求新的科学理论或模型的创造,于是便有了电磁场理论、进化论、相对论、量子论和DNA双螺旋结构模型等等;这就要求科学认知的方式得以拓展,于是便有了模拟实验、计算建模和机器学习等等;这就要求科学的研究者之间不断加强交流、协作和互动,于是便有了数千人组成的大科学团队和基于互联网的预印本文库等等。正是在认知对象、认知工具、背景知识和认知主体之间持续的互动过程中,科学认知的分布性日益显现,其复杂度也越来越高,结果,科学实现了成功的演进和持续的繁荣。

  

   注释:

   ①分布认知的另一种含义是:个体的心智(或神经系统)也是分布的,即是由不同的子系统或模块协同展开认知过程。在此,我们不讨论这种情况。

   ②鉴于此,在以下的讨论中,我们就不再对两者作刻意的区分。

   ③这两点由分布认知的最早倡导者和研究者哈钦内斯提出,见http://comphacker.org/pdfs/631/DistributedCognition.pdf。

   ④由于没有在认知的与心智的之间作出恰当的区分,结果,该文发表后,在哲学界和认知科学界引起了激烈的争论。

   ⑤在盖尔那里,计算是符号表征和操作,真实的物理系统是非计算的动态结构和过程。

   ⑥这里,我们忽略了对于文化等因素的考虑(将文化等因素计入是一种更广义的分布认知观),而将认知的分布性仅限于借助认知工具和外在表征。

   ⑦2001年,金斯巴克离开洛斯阿拉莫斯,到康奈尔大学工作,该网站也随迁到康奈尔大学。目前由该校资助和管理。

   ⑧这里的“重复性”主要是针对理论研究的创造性而言。如果是实验或观测,则对已经发表的成果进行重复性的检验是科学研究的必要的也是很有价值的环节。

  

  


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本文责编:陈冬冬
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文章来源:《洛阳师范学院学报》2021年04期
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