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楊英瑞

■ 本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者王志康

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著生命科學(xué)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、信息等數(shù)量科學(xué)的廣泛深入融合，“第三次生命科學(xué)革命”正在展開(kāi)，而傳統(tǒng)學(xué)科的碎片化、知識(shí)結(jié)構(gòu)相對(duì)單一以及相應(yīng)的人才培養(yǎng)模式已無(wú)法適應(yīng)這一新需求。

于是，一門(mén)新的學(xué)科誕生了，以北京大學(xué)2014年開(kāi)設(shè)的“綜合科學(xué)實(shí)驗(yàn)班”為標(biāo)志整合科學(xué)，這門(mén)學(xué)科就是綜合科學(xué)。

那么，綜合科學(xué)到底是什么？它的發(fā)展和研究規(guī)律是什么？它對(duì)我國(guó)科學(xué)發(fā)展有何意義？就此，記者采訪了美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院終身教授楊英瑞。

社會(huì)科學(xué)與理論物理學(xué)相遇

中國(guó)科學(xué)報(bào)：什么是綜合科學(xué)？

楊英瑞：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，綜合科學(xué)就是把不同的學(xué)科，以一種結(jié)構(gòu)上完善的方式綜合起來(lái)，最后應(yīng)用同一個(gè)數(shù)學(xué)模型，具體來(lái)說(shuō)，它比較復(fù)雜。

我的研究領(lǐng)域涉及高階認(rèn)知、經(jīng)濟(jì)學(xué)以及理論物理標(biāo)準(zhǔn)模型和規(guī)范場(chǎng)論，它們?nèi)诤系某晒墙?jīng)濟(jì)力學(xué)和心理力學(xué)。需要強(qiáng)調(diào)的是，經(jīng)濟(jì)力學(xué)雖然是經(jīng)濟(jì)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和理論物理的融合，但有層次上的差異。經(jīng)濟(jì)學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的融合是本質(zhì)的，是做社會(huì)科學(xué)的。進(jìn)一步與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型融合，不是做物理，而是用概念化和模型化程度更高的理論作為邏輯，引領(lǐng)社會(huì)科學(xué)的模型化發(fā)展。

中國(guó)科學(xué)報(bào)：您認(rèn)為綜合科學(xué)研究的基本原則是什么？

楊英瑞：我認(rèn)為綜合科學(xué)研究需要遵循兩個(gè)基本原則，即正交原則和對(duì)角線定律。

首先，只有同質(zhì)學(xué)科才能進(jìn)行綜合，這其實(shí)也是綜合科學(xué)和交叉學(xué)科的區(qū)別。比如物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)都是可以進(jìn)行綜合的，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上都是實(shí)證科學(xué)。我們不談與數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)的綜合，因?yàn)檫@些屬于分析科學(xué)。實(shí)證科學(xué)的理論是假設(shè)性的，需要科學(xué)觀察的支持，用統(tǒng)計(jì)學(xué)的語(yǔ)言來(lái)講。科學(xué)觀察是人為的，物理學(xué)觀察外部的物質(zhì)世界，叫外向觀察；心理學(xué)觀察內(nèi)心的精神世界，叫內(nèi)向觀察；經(jīng)濟(jì)學(xué)收集數(shù)據(jù)做實(shí)證研究的時(shí)候，是對(duì)已經(jīng)發(fā)生的歷史的向后觀察；當(dāng)它要做邊際分析，觀察未來(lái)的經(jīng)濟(jì)，就叫向前觀察，這就引出了科學(xué)觀察的方向性這個(gè)概念。

將不同的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)觀察瑣碎化并將它們視為相互正交的處理被稱(chēng)為科學(xué)觀察的正交性原則，這是整合不同經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的起點(diǎn)。

此外，由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法總是有極限的，物理學(xué)中引入了科學(xué)觀察的干涉度概念。通過(guò)將不同學(xué)科科學(xué)觀察的正交框架劃分為高干涉度區(qū)域（第一象限）和低干涉度區(qū)域（第三象限），我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)中的量子力學(xué)、心理學(xué)中利用語(yǔ)言任務(wù)進(jìn)行推理等高階認(rèn)知、經(jīng)濟(jì)學(xué)中的前向觀察均處于高干涉度區(qū)域，而牛頓力學(xué)、傳統(tǒng)心理物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)中的后向觀察均處于低干涉度區(qū)域。這被稱(chēng)為科學(xué)觀察的對(duì)角線規(guī)則，其意義在于兩個(gè)不同干涉度區(qū)域應(yīng)該用不同的數(shù)學(xué)來(lái)表征，而同一干涉度區(qū)域內(nèi)的不同科學(xué)觀察可以用相同的數(shù)學(xué)來(lái)表征。

經(jīng)濟(jì)力學(xué)與規(guī)范場(chǎng)論

中國(guó)科學(xué)報(bào)：當(dāng)代理論物理離不開(kāi)規(guī)范場(chǎng)論。研究結(jié)果表明，在規(guī)范場(chǎng)論的指導(dǎo)下，經(jīng)濟(jì)力學(xué)與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型有了天然契合，其表現(xiàn)形式包括市場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的量子電動(dòng)力學(xué)模型、政策動(dòng)力學(xué)的弱力模型、亞經(jīng)濟(jì)動(dòng)力學(xué)的量子色動(dòng)力學(xué)模型等。那么，我們能否在牛頓力學(xué)的框架內(nèi)進(jìn)行市場(chǎng)動(dòng)力學(xué)分析呢？

楊英瑞：當(dāng)然。從馬歇爾開(kāi)始，微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的敘述就圍繞著三個(gè)概念：價(jià)格、供給、需求。供給曲線和需求曲線相交于價(jià)格調(diào)整的一個(gè)均衡點(diǎn)，這個(gè)均衡點(diǎn)叫市場(chǎng)出清。雖然市場(chǎng)出清只是理論上的理想均衡點(diǎn)，但它給市場(chǎng)參與者一個(gè)常識(shí)：賣(mài)家不能要價(jià)過(guò)高，買(mǎi)家不能討價(jià)還價(jià)。

同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)理性，人有低買(mǎi)高賣(mài)的天性。但是，在買(mǎi)賣(mài)雙方競(jìng)價(jià)時(shí)，雙方都需要做腦力功，這個(gè)功叫勢(shì)能；在雙方開(kāi)始討價(jià)還價(jià)以達(dá)成交易時(shí)，雙方仍然需要做腦力功，這個(gè)功叫動(dòng)能。動(dòng)能加上勢(shì)能叫哈密頓量，動(dòng)能減去勢(shì)能叫拉格朗日量。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)分析就是研究這兩個(gè)量。

中國(guó)科學(xué)報(bào)：您能簡(jiǎn)單概括一下市場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的規(guī)范場(chǎng)理論嗎？

楊英瑞：有幾個(gè)關(guān)鍵步驟。規(guī)范場(chǎng)論是量子場(chǎng)論的內(nèi)容，是狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的整合。狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)是光速不變?cè)?，給出了一個(gè)不變量。所以第一步是要證明貨幣在市場(chǎng)上具有偽光性質(zhì)。另外，對(duì)于給定的價(jià)格，市場(chǎng)參與者的內(nèi)在心理價(jià)格是不同的，表現(xiàn)為相位差。內(nèi)在心理價(jià)格越高，消費(fèi)的沖動(dòng)就越低，成反比。

第二步，將市場(chǎng)量化。經(jīng)濟(jì)力學(xué)把社會(huì)經(jīng)濟(jì)看作是人類(lèi)文明最大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。相應(yīng)地，每一個(gè)市場(chǎng)參與者都是一個(gè)積極的觀察者。人們?cè)谑袌?chǎng)上相互觀察，以獲取信息優(yōu)勢(shì)，從而獲利；由于經(jīng)濟(jì)理性，每一個(gè)市場(chǎng)參與者都想成為最后的觀察者。顯然，觀察的順序不同，結(jié)果也就不同。這就是市場(chǎng)觀察的非交換關(guān)系，也是市場(chǎng)量化的意義所在。因此整合科學(xué)，雙方相互的觀察都變成了不確定的量，一個(gè)比較準(zhǔn)確，另一個(gè)就比較不準(zhǔn)確。這就叫市場(chǎng)版的不確定性原理，又叫量子版的看不見(jiàn)的手。

第三步，區(qū)分市場(chǎng)整體變化與市場(chǎng)參與者個(gè)體差異，在各個(gè)層面引入規(guī)范勢(shì)和規(guī)范場(chǎng)強(qiáng)。在市場(chǎng)參與者個(gè)體層面，個(gè)體預(yù)算就是規(guī)范勢(shì)，他們的實(shí)際消費(fèi)就是規(guī)范場(chǎng)強(qiáng)。要由規(guī)范勢(shì)計(jì)算規(guī)范場(chǎng)強(qiáng)，只需要在整體市場(chǎng)層面進(jìn)行第一類(lèi)規(guī)范變換，就能建立全局對(duì)稱(chēng)性，因?yàn)檎w市場(chǎng)變化的相位差是一個(gè)常數(shù)，與個(gè)體參與者無(wú)關(guān)。在市場(chǎng)參與者層面，規(guī)范勢(shì)從一個(gè)個(gè)體預(yù)算狀態(tài)到另一個(gè)個(gè)體預(yù)算狀態(tài)的變化是一個(gè)函數(shù)，計(jì)算個(gè)體消費(fèi)場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，需要引入規(guī)范場(chǎng)和協(xié)變導(dǎo)數(shù)的概念。與之對(duì)應(yīng)的保角變換稱(chēng)為第二類(lèi)規(guī)范變換，這樣就能在市場(chǎng)參與者之間建立局部對(duì)稱(chēng)性。

第四步，引入市場(chǎng)電荷及其自旋的概念。市場(chǎng)電荷反映了買(mǎi)方或賣(mài)方的市場(chǎng)意圖，對(duì)價(jià)格完全敏感。潛在消費(fèi)者在買(mǎi)與不買(mǎi)之間的反復(fù)猶豫，反映了市場(chǎng)電荷的一個(gè)內(nèi)在屬性，稱(chēng)為自旋。運(yùn)動(dòng)中的市場(chǎng)電荷會(huì)產(chǎn)生市場(chǎng)流，市場(chǎng)流會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生認(rèn)知場(chǎng)。認(rèn)知場(chǎng)具有極化功能，有助于市場(chǎng)參與者進(jìn)行決策。這樣，將市場(chǎng)電荷視為電荷，將認(rèn)知場(chǎng)視為磁場(chǎng)，遵循量子電動(dòng)力學(xué)的邏輯，就可以構(gòu)建出完美的“量子市場(chǎng)動(dòng)力學(xué)”。注意，兩者都是單電荷動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，共享相同的數(shù)學(xué)U（1）對(duì)稱(chēng)群。

最后，需要指出市場(chǎng)動(dòng)態(tài)規(guī)范場(chǎng)理論的現(xiàn)實(shí)意義。規(guī)范場(chǎng)理論反映了現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)的一個(gè)深刻道理：一個(gè)可持續(xù)的市場(chǎng)必須是一個(gè)公平的市場(chǎng)，即必須保持所有市場(chǎng)參與者的局部對(duì)稱(chēng)性。要做到這一點(diǎn)，市場(chǎng)必須保留某些屬性，比如經(jīng)濟(jì)理性人對(duì)所有市場(chǎng)參與者來(lái)說(shuō)都是不可企及的，看不見(jiàn)的手對(duì)每個(gè)市場(chǎng)參與者來(lái)說(shuō)都是不可穿透的。

教育意義和引領(lǐng)作用

中國(guó)科學(xué)報(bào)：綜合科學(xué)作為一門(mén)新興學(xué)科，對(duì)我國(guó)教育和科學(xué)發(fā)展有何意義？

楊英瑞：前面說(shuō)過(guò)，只有同質(zhì)學(xué)科才能融合。比如我在北大元培學(xué)院教融合科學(xué)，來(lái)上課的學(xué)生來(lái)自不同的同質(zhì)學(xué)科。要教好這門(mén)課，教育者必須做到兩個(gè)自足，即概念自足和工具自足。這就要求教育者既要同時(shí)具備不同學(xué)科的知識(shí)背景，又要“適量”地掌握不同學(xué)科知識(shí)在這門(mén)課中的應(yīng)用。這是一個(gè)長(zhǎng)期積累和探索的過(guò)程。

在21世紀(jì)的科學(xué)發(fā)展中，綜合科學(xué)將發(fā)揮主導(dǎo)作用。

中國(guó)科學(xué)報(bào)：您說(shuō)的引領(lǐng)作用具體表現(xiàn)在哪些方面？

楊英瑞：20世紀(jì)社會(huì)科學(xué)特別是經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)的建模方法，大部分是在牛頓力學(xué)的框架下發(fā)展起來(lái)的，至今仍然具有強(qiáng)大的威力。但為了描述經(jīng)濟(jì)生活中難以直接觀察的心理過(guò)程和認(rèn)知努力，提高模型的預(yù)測(cè)水平，必須突破牛頓力學(xué)的傳統(tǒng)，與處于建模前沿的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型相融合。因此，綜合科學(xué)的第一個(gè)方面，是本世紀(jì)對(duì)整個(gè)科學(xué)發(fā)展的引領(lǐng)作用。

第二是文理結(jié)合。眾所周知，理科的模型化程度高于文科。20世紀(jì)初，許多社會(huì)科學(xué)家都是文理兼通，他們從牛頓力學(xué)中借用了很多模型方法，甚至一些基本概念，比如經(jīng)濟(jì)學(xué)中的均衡概念、邊際分析技術(shù)等。

二是社會(huì)科學(xué)不同學(xué)科之間的融合，如推動(dòng)認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)、政治學(xué)與社會(huì)科學(xué)的融合，這既是社會(huì)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，也是高等教育發(fā)展的需要。