什么是不可简约的复杂性?


问题:什么是不可简约的复杂性?

回答:
不可简约的复杂性是用来描述某些复杂系统特征的术语,它们需要所有单独的组成部分在合适的位置上以进行运作。换句话说,我们不可能通过删除任何组件来降低(或简化)一个不可简约的复杂系统的复杂性,并且仍然保持其运转。

理海大学的迈克尔·贝赫教授在他1996年的开创性著作《达尔文的黑匣子》中创造了这个词。他将常见的捕鼠器作为不可简约复杂性的一个例子,推广了这一概念。一个典型的捕鼠器由五个组成部分组成:陷阱、弹簧、锤子、支撑杆和地基。根据贝赫的说法,如果移除这些部件中的任何一个,却没有相应的替换(或者至少是对剩余部分的重大重组),那么整个系统将无法运行。特拉华大学的约翰·麦克唐纳教授对捕鼠器的不可简约的复杂性提出了异议。麦克唐纳已经创建了一个在线动画演示来说明他的论点(参见http://udel.edu/~ mcdonald /oldmousetrap.html中一个可还原的复杂捕鼠器)。贝赫也在网上发表了反驳麦克唐纳论战的文章(见《为捕鼠器辩护》:对批评者的回应见http://www.arn.org/docs/贝赫/mb_mousetrapdefended.htm)。所以关于捕鼠器的争论一直持续着。但是这个无关紧要。捕鼠器是否真的是不可简约的复杂问题,并不是问题的核心。问题的核心是不可简约的复杂性本身的概念。

当它被应用于生物系统时,原本温和的不可简约的复杂性概念引发了激烈的争论。这是因为它被看作是对达尔文进化论的挑战,而达尔文进化论仍然是生物学领域的主导范式。查尔斯·达尔文承认,"如果能够证明存在任何复杂的器官,它不可能是由无数次的、连续的、轻微的修改而形成,那么我的理论将彻底崩溃"(《物种起源》,1859年,第158页)。贝赫提出,"一种不可简约的复杂系统不能通过对前体系统进行轻微的、连续的修改而直接生产(也就是要通过不断改善借着相同机制持续运行的初始函数),因为不可简约的复杂系统如果失去某一组件,在定义上这样的任何前体都是不能运行的"(达尔文的黑匣子,1996年,第39页)。

应该注意的是,通过"不能运行",贝赫并不是意味着前体不能起任何作用——一个缺少弹簧的捕鼠器仍然可以作为镇纸。它只是不能通过相同的机制(一个弹簧负载的锤子猛击老鼠)来起作用(捕捉老鼠)。

这留下了一种可能性,即不可简约的复杂系统可以由运行其他不相关函数的更为简单的前体演化而来。这将构成间接进化。贝赫承认,"如果一个系统是不可简约的复杂系统(因此不能直接产生),那么人就不能排除间接的、迂回路径的可能性"(同上,第40页)。

与捕鼠器的类比相一致,一个五片弹簧负载的捕鼠器不能直接从一个简单的、无法运行的版本进化(并且仍然符合达尔文的自然选择进化的概念),它可能从一个四件套的纸镇进化而来。因此,根据贝赫的说法,一个更有效、更复杂的捕鼠器从一个更简单的版本进化而来,将构成直接进化。一个复杂的捕鼠器从一个复杂的镇纸进化而来,将构成间接进化。不可简约的复杂性被认为是直接进化的挑战。

应该指出的是,通过自然选择的进化并不仅仅是使前体系统复杂化。它也可以简化它们。因此,达尔文的进化可以通过逆向工作产生不可简约的复杂性。考虑一下流行的游戏层层叠,游戏中玩家可以从塔上移除积木,直到它倒塌。这座塔以54块积木开始。当玩家移走积木的时候,塔的复杂性会减少(也就是说,塔的部分越来越少),直到它变得不可简约地复杂(也就是说,如果有更多的积木被移走,塔就会倒塌)。这说明了一个不可简约的复杂系统如何从一个更为复杂的系统间接进化。

贝赫认为,一个不可简约的复杂系统越不复杂,它就越有可能沿着一条间接的路线进化(即,从一个更简单的前体进化而来,它起不同的作用,或者来自一个失去组件的更为复杂的前体)。相反,一个不可简约的复杂系统越复杂,它就越不可能沿着一条间接的路线进化。根据贝赫的说法,"随着相互作用系统的复杂性增加,这种间接路线的可能性却骤然下降"(同上,第40页)。

贝赫引用大肠杆菌的鞭毛系统作为一个复杂的不可简约的复杂系统的例子,他认为这个系统不能直接进化(因为它是不可简约的复杂),而且很可能不是间接进化的(因为它非常复杂)。大肠杆菌鞭毛系统是一种不可思议的微型舷外发动机,它是大肠杆菌在其环境中移动的工具。它由40个个体组成,包括一个定子、一个转子、一个驱动装置、一个u形接头和一个螺旋桨。如果这些部分中的任何一个被移除,整个系统将无法运行。一些鞭毛的成分存在于微观世界的其他地方。这些部件也作为III型运输系统的一部分。这样,它们就可以从III型运输中借用(这个过程被称为联合选择)。然而,大肠杆菌的大多数鞭毛成分都是独一无二的。它们需要自己的进化解释,但迄今为止,这是一个谜。

在达尔文主义阵营内部,对不可简约的复杂性存在着巨大的反对力量。有些批评是有效的,有些则不然。同样地,我们必须仔细研究支持不可简约复杂性的主张。一些早期支持者引用的生物例子现在看来是可以简化的。这并没有否定概念本身,也没有否定复杂生物系统(如大肠杆菌鞭毛)的实际例子。它只是表明,科学家可以像其他人一样犯错误。

总之,不可简约的复杂性是智慧设计理论的一个方面,它认为某些生物系统是如此复杂,如此依赖于多个复杂的部分,以至于它们不可能是偶然进化而来的。除非一个系统的所有部分都同时进化,否则这个系统将是无用的,从而会对生物体造成损害,因此,根据进化的"规律",这一系统自然会被从有机体中挑选出来。虽然不可简约的复杂性并没有明确地证明智慧的设计师,也没有完全否定进化论,但它绝对指向了生物生命起源和发展的随机过程之外的一些东西。

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