生物學有沒有定律？

諾貝爾化學獎得主廬塞福說：「科學，要不是物理，要不就是集郵」。近代生物學的最大貢獻，是發現生物系統完全符合物理定律。生物不能違反熱力學定律、打破能量守恆或無視萬有引力。但這是否就表示所有的生物學只是在觀察與描述、所有的生物學現象都可以用物理學解釋？生物學有沒有自己的、不基於物理學的定律？

先說說什麼是定律。

定律是源自科學家對宇宙萬物的長期觀察，然後在整理出歸律並以實驗驗證後，確認它們的正確性。例如萬有引力、能量守恆、歐姆定律、測不準原理。這些定律有可能被新的研究結果修正、推翻、或併到別的定律裡面。科學家說的定律，是相對於假說、學說和理論。單就這個定義，生物學有很多定律，如中心法則、細胞學說，但這不是今天這篇文章要討論的主題。

我要討論的是哲學家說的定律。科學定律是哲學家區分的三種「事實」的其中一種。三種事實的第一種是邏輯和數學上的必然，例如「若A則A」或「若把n+1隻鴒子要放到n個籠子，則一定有籠子裡有兩隻以上的鴿子」這是無論如何都不能違反的東西，你不會看到4等於71這種事。

再來是科學定律，這是由科學方法歸納得出的結論，一樣可以寫作「若……則……」的格式，例如「若有個物體在地表上，不受其他外力，則這個物體會以約9.8m/s^2的加速度往下掉」，我們可以把這個定律應用到任何有發生的真相或沒發生的假想。不管我手上是不是真的有一管致命的T病毒，如果我放手，依照這個定律它都一定會往下掉。

最後是事件發生的真相，它不能違反前兩種事實。但潛在的事實有很多可能，就某些角度來說，事件會這樣發生「只是個巧合」。例如我說這篇文章有2515字，這只是為我剛好用了這麼多字表達了我想講的東西，這篇文章沒有更多或更少的字，不是因為什麼科學定律說坐在電腦前3小時後文章的字數一定會是這麼多，也不是因為如果只有1701字會產生矛盾。

現在回到生物學定律。有些人會舉演化論作為生物學定律的例子。演化論說「只要有族群內有變異、不同的變異導致不同的後代數量、而且這些變異會遺傳，則族群會隨時間發生變化」。仔細想想會發現這不是歸納出的科學定律，這是邏輯演繹的必然。若綠色的毛蟲可以生出比較多的毛蟲，且綠色會遺傳，在這樣的條件下如果多數的後代卻不是綠毛蟲而是黃色的獨角蟲，那會直接引發矛盾。演化論不是定律。

那其他歸納出來的法則，如孟德爾的遺傳學分離律呢？「若有兩個個體交配生殖，親代的兩個基因會分開，然後在子代中重組成對，造成子代有親代的一半基因」。我們可以想像不依遺傳學定律的生物，例如母系隔代1/3遺傳，而不會引發任何邏輯矛盾，所以分離律不屬於邏輯上的必然。而且不管某兩隻狗有沒有真的交配，我們也都可以依此推估後代的可能性狀，所以分離律不是事實真相。問題來了：生物不是一定只能有兩套染色體。我說的不只是從科學的角度上有細菌這種例外存在。就算地球上所有的生物都真的是二倍體，這定律也有哲學上的問題：我們現在看得到的生物大多是二倍體，這是演化的結果，演化的過程是一個包含隨機因子事件，以致於演化的結果只是一個巧合，就像這篇文章的字數一樣。既然孟德爾的遺傳學定律源自演化過程中的巧合導致的結果。這樣我們還能稱它為定律嗎？

這個問題不只對生物學提出質疑，也適用在所有研究特定事實的學科，如心理學（人腦剛好這麼大）、氣象學（那邊剛好有座山）、天文學（銀河系剛好這樣排列）……等等。

仔細想想，其實並沒有問題。因為當生物學家說「若一個棲地比較熱，那個棲地會有較高的生物多樣性」的時候，其實隱含著很多沒有明講的前提，包括「其他條件不變」、「在生物可以生存的範圍內」、「生產者將熱能轉為化學能的效率和溫度正相關」、「生產力會影響生物能不能定居」。如果演化的結果造成地球上只有一種生物分佈滿整個地球，這個定律不適用將是因為前提不成立，而不是因為這個定律的論述本身有錯。

接下來的問題是：什麼叫生物學「自己的」定律？

最簡單的解釋是，如果不能從其他領域的定律推論而出，那就是自己的定律。這個解釋的難處在於生物系統很複雜，裡面有許多東西的運作原理我們還不知道，我們沒辦法嘗試從粒子的運動推論出生態系統的規律，這「不可行」沒辦法證明或否證從物理推論到生物學的「不可能」。

或許有人會說「因為物理能解釋一切，所以生物學沒有自已的定律」，但這個論證是無效的。「物理能解釋一切」意思就是說所有的定律都能由物理定律推論出來，包含生物學定律，這是論證要證明的東西，不能拿來當作解釋基礎，否則就成了循環論證。

那要如何知道生物學有沒有自己的定律？

除了看看物理定律能不能推導出生物學定律，我們也可以看看生物學定律能不能應用到物理學定律不容許的情境。如果有一條生物學定律可以在物理學不能解釋的情況下還適用，物理定律必然不能推導出這個生物學定律。精確點說，如果生物學定律的前提可以允許違反物理學定律，這個定律就是生物學定律。

這樣一來問題簡單多了，我們馬上可以想到許多例子。舉例來說，「當一隻有學習能力的動物在做了某個行為後會引發懲罰，則這隻動物會避免這個行為」。這規則只說要有學習能力，但是沒有限制其機制。我們可以假定某種神奇的小白鼠用Thiotimoline作為神經傳導物質，可以在事件發生前3秒就把這件事學起來，這當然違反物理學，但這個生物一樣會避免這個行為。這個例子顯示生物學定律並不依存在物理學定律上。

再舉一個例子，「有能力單獨攝食的生物，若食物平均分散在棲地中，為了最大化攝食的效率，這生物的族群會在棲地中平均分散開來」。這個例子隱含的一個前提是這個生物要有移動能力，但是這個移動方法可以是違反物理定律的超光速瞬間移動，也不影響這個生物學定律的正確性。現實中當然沒有這樣的生物，因為這個生物違反物理學定律，但如果物理學定律錯了，這個生物真的存在，它的行為不會因為物理學定律對不對而影響上述生物學定律的正確性。

這不是說物理學錯了，或生物學錯了，或生物可以違反物理。現實環境中的所有物體（包括生物）都必須「符合物理定律」，但這不表示「物理能夠解釋一切」。有些現象必須用其他學門的定律來解釋，雖然這些定律實際上適用的情境都符合物理定律，但這些定律本身卻不用依存在物理定律上，而是獨立的。物理或許能描述宇宙的生成和基因的結構，但要解釋生物現象，我們需要的是生物學定律。


參考資料：
Marc Lange, 2013. What Would Natural Laws in the Life Sciences Be? The Philosophy of Biology, 1. 67-85