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楊英瑞

■ 本報見習(xí)記者王志康

進入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，而傳統(tǒng)學(xué)科的碎片化、知識結(jié)構(gòu)相對單一以及相應(yīng)的人才培養(yǎng)模式已無法適應(yīng)這一新需求。

于是，一門新的學(xué)科誕生了，以北京大學(xué)2014年開設(shè)的“綜合科學(xué)實驗班”為標(biāo)志整合科學(xué)，這門學(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？它對我國科學(xué)發(fā)展有何意義？就此，記者采訪了美國倫斯勒理工學(xué)院終身教授楊英瑞。

社會科學(xué)與理論物理學(xué)相遇

中國科學(xué)報：什么是綜合科學(xué)？

楊英瑞：簡單來說，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，最后應(yīng)用同一個數(shù)學(xué)模型，具體來說，它比較復(fù)雜。

我的研究領(lǐng)域涉及高階認(rèn)知、經(jīng)濟學(xué)以及理論物理標(biāo)準(zhǔn)模型和規(guī)范場論，它們?nèi)诤系某晒墙?jīng)濟力學(xué)和心理力學(xué)。需要強調(diào)的是，經(jīng)濟力學(xué)雖然是經(jīng)濟學(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)濟學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的融合是本質(zhì)的，是做社會科學(xué)的。進一步與粒子物理標(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)社會科學(xué)的模型化發(fā)展。

中國科學(xué)報：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)研究需要遵循兩個基本原則，即正交原則和對角線定律。

首先，只有同質(zhì)學(xué)科才能進行綜合，這其實也是綜合科學(xué)和交叉學(xué)科的區(qū)別。比如物理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、心理學(xué)都是可以進行綜合的，因為它們本質(zhì)上都是實證科學(xué)。我們不談與數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)的綜合，因為這些屬于分析科學(xué)。實證科學(xué)的理論是假設(shè)性的，需要科學(xué)觀察的支持，用統(tǒng)計學(xué)的語言來講。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)濟學(xué)收集數(shù)據(jù)做實證研究的時候，是對已經(jīng)發(fā)生的歷史的向后觀察；當(dāng)它要做邊際分析，觀察未來的經(jīng)濟，就叫向前觀察，這就引出了科學(xué)觀察的方向性這個概念。

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

此外，由于科學(xué)實驗方法總是有極限的，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），我們會發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)中的量子力學(xué)、心理學(xué)中利用語言任務(wù)進行推理等高階認(rèn)知、經(jīng)濟學(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)濟學(xué)中的后向觀察均處于低干涉度區(qū)域。這被稱為科學(xué)觀察的對角線規(guī)則，其意義在于兩個不同干涉度區(qū)域應(yīng)該用不同的數(shù)學(xué)來表征，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)來表征。

經(jīng)濟力學(xué)與規(guī)范場論

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

楊英瑞：當(dāng)然。從馬歇爾開始，微觀經(jīng)濟學(xué)的敘述就圍繞著三個概念：價格、供給、需求。供給曲線和需求曲線相交于價格調(diào)整的一個均衡點，這個均衡點叫市場出清。雖然市場出清只是理論上的理想均衡點，但它給市場參與者一個常識：賣家不能要價過高，買家不能討價還價。

同時，由于經(jīng)濟理性，人有低買高賣的天性。但是，在買賣雙方競價時，雙方都需要做腦力功，這個功叫勢能；在雙方開始討價還價以達成交易時，雙方仍然需要做腦力功，這個功叫動能。動能加上勢能叫哈密頓量，動能減去勢能叫拉格朗日量。簡單來說，動態(tài)分析就是研究這兩個量。

中國科學(xué)報：您能簡單概括一下市場動力學(xué)的規(guī)范場理論嗎？

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

第二步，將市場量化。經(jīng)濟力學(xué)把社會經(jīng)濟看作是人類文明最大規(guī)模的實驗。相應(yīng)地，每一個市場參與者都是一個積極的觀察者。人們在市場上相互觀察，以獲取信息優(yōu)勢，從而獲利；由于經(jīng)濟理性，每一個市場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。這就是市場觀察的非交換關(guān)系，也是市場量化的意義所在。因此整合科學(xué)，雙方相互的觀察都變成了不確定的量，一個比較準(zhǔn)確，另一個就比較不準(zhǔn)確。這就叫市場版的不確定性原理，又叫量子版的看不見的手。

第三步，區(qū)分市場整體變化與市場參與者個體差異，在各個層面引入規(guī)范勢和規(guī)范場強。在市場參與者個體層面，個體預(yù)算就是規(guī)范勢，他們的實際消費就是規(guī)范場強。要由規(guī)范勢計算規(guī)范場強，只需要在整體市場層面進行第一類規(guī)范變換，就能建立全局對稱性，因為整體市場變化的相位差是一個常數(shù)，與個體參與者無關(guān)。在市場參與者層面，規(guī)范勢從一個個體預(yù)算狀態(tài)到另一個個體預(yù)算狀態(tài)的變化是一個函數(shù)，計算個體消費場強時，需要引入規(guī)范場和協(xié)變導(dǎo)數(shù)的概念。與之對應(yīng)的保角變換稱為第二類規(guī)范變換，這樣就能在市場參與者之間建立局部對稱性。

第四步，引入市場電荷及其自旋的概念。市場電荷反映了買方或賣方的市場意圖，對價格完全敏感。潛在消費者在買與不買之間的反復(fù)猶豫，反映了市場電荷的一個內(nèi)在屬性，稱為自旋。運動中的市場電荷會產(chǎn)生市場流，市場流會自動產(chǎn)生認(rèn)知場。認(rèn)知場具有極化功能，有助于市場參與者進行決策。這樣，將市場電荷視為電荷，將認(rèn)知場視為磁場，遵循量子電動力學(xué)的邏輯，就可以構(gòu)建出完美的“量子市場動力學(xué)”。注意，兩者都是單電荷動力學(xué)系統(tǒng)，共享相同的數(shù)學(xué)U（1）對稱群。

最后，需要指出市場動態(tài)規(guī)范場理論的現(xiàn)實意義。規(guī)范場理論反映了現(xiàn)實市場的一個深刻道理：一個可持續(xù)的市場必須是一個公平的市場，即必須保持所有市場參與者的局部對稱性。要做到這一點，市場必須保留某些屬性，比如經(jīng)濟理性人對所有市場參與者來說都是不可企及的，看不見的手對每個市場參與者來說都是不可穿透的。

教育意義和引領(lǐng)作用

中國科學(xué)報：綜合科學(xué)作為一門新興學(xué)科，對我國教育和科學(xué)發(fā)展有何意義？

楊英瑞：前面說過，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)，來上課的學(xué)生來自不同的同質(zhì)學(xué)科。要教好這門課，教育者必須做到兩個自足，即概念自足和工具自足。這就要求教育者既要同時具備不同學(xué)科的知識背景，又要“適量”地掌握不同學(xué)科知識在這門課中的應(yīng)用。這是一個長期積累和探索的過程。

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。

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

楊英瑞：20世紀(jì)社會科學(xué)特別是經(jīng)濟學(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)展起來的，至今仍然具有強大的威力。但為了描述經(jīng)濟生活中難以直接觀察的心理過程和認(rèn)知努力，提高模型的預(yù)測水平，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)的第一個方面，是本世紀(jì)對整個科學(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)濟學(xué)中的均衡概念、邊際分析技術(shù)等。

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