人的理性源自于对经验的抽象、整理和统一,而科学的成就同样是基于对前人成果的系统整理再发挥想象力以达到新的高度,然而在这之前人们似乎根本不相信这些看似无关的东西能有什么联系。
“上帝已死”
古代社会,人们整理生活经验进行了形成了宗教等信仰,从此无论贫富贵贱,有了信仰的人们总能找到心灵的港湾,在无常的社会找到安定。近代社会,科学家把前人破碎的运动理论和思想进行统一整理便形成了近代物理学,比如牛顿把人们曾经认为无关的行星运动和苹果落地整理到了一起,科学从此兴盛,人类的力量和自由空间开始飞速扩大。可是由于科学问题越来越复杂困难,使得科学有了分科的特点,这就使得人们很难从全貌了解这个世界,找不到信仰。从此人们面临信仰崩溃,尼采甚至说“上帝已死”。“科学交响曲”
现代社会各个学科快速发展,人们在科学这片看不到边际的“新大陆”四处探索,动力学、生物学、物理学等众多学科日新月异,“科学交响曲”开始奏响。开始这似乎预示着一种新趋势,或者说是否会像曾经一样,那些本来人们头脑里毫无关联的东西最终是否会融合在一起,形成新的、更加先进理念把人类社会推高到新的高度?
带着这个问题我阅读了《复杂》一书,该书自始自终没有给出一个准确的概念来定义它的主旨,似乎也不太可能,但其核心却有十分清晰,就好比牛顿没法清晰定义“力”一样(物体和物体之间的相互作用,这种定义似乎比较模糊)。
该书涉及领域非常广:从动力学、生物学、医学、数学、经济学、物理学、社会学、信息科学几乎是无所不包。因为“复杂”的概念是从这一系列的知识里面整理抽象出来的,所以这里我尝试用自己首先整理一下如此复杂多样的知识。
混沌系统:初始条件细微变化对结果造成重大影响的系统。例如可用来研究的生物种群数量变化的逻辑斯蒂方程。方程随着时间步迭代,随着R值的增大,其迭代结果与时间的函数图形会逐渐从一个定点结果变化成周期震荡,周期震荡又逐步变成了混沌系统。
arial="" sans-serif="" class="item item-image-desc">逻辑斯蒂函数
在周期震荡阶段,随着R的增大,新的周期比上一个周期出现的速度快了约4.66倍,这个特点在所有单峰函数都有。这就是说:1、混沌可以来自确定的系统。2、长期来说,即使的简单的系统,所有理论都清楚,由于对初始值的高度敏感其长期变化仍然可能无法预测。3、混沌中有更高层次的规律可循。
信息:热力学第二定律十分重要,它是说除非外界对一个系统做工,系统的熵总是不断增大直达最大。这个定律是唯一关于时间的定律,十分重要,以此可以确定时间。随着科学发展,这个定律被不断扩大,后来被扩大到外界做功方式可以是智能。后来又加入了概率,波尔兹曼熵表示封闭系统的宏观状态更可能处于可能性大的宏观状态。信息学家将发送者的信息定义为发送者发送的可能微观状态的数量的函数。
计算:希尔伯特提出的三大问题中的第三个“是不是所有命题都是数学可判断”。为此,图灵设计了图灵机来证明这个问题,图灵把程序定义一个可以操作的机器叫做图灵机,这种机器不但执行基础的启动、停止、偶数和奇数等动作,而且还可以用来证明执行其它动作(人类可理解的编程),这也就是现代计算机的基础。
arial="" sans-serif="" class="item item-image-desc">计算机科学之父:图灵
进化:哲学家丹内特(Daniel Dennett)曾说:如果要我选择一个历史上最重要的思想,我认为不是牛顿,也不是爱因斯坦,或是其他人,而是达尔文。自然选择的进化思想统一了生命和意义的疆域,还有可能会统一空间和时间、因果效应,机能和物理定律。
进化论在拉马克等先驱的发展后,在达尔文手里集大成。达尔文读了地质学、国富论、人口论等很多领域的书,然后再亲身考察,最终提出了当时最成熟完备的进化论思想:生物源自同一祖先,因为进化而分化形成各种物种;自然的资源是有限的生物达到一定数量就会为了资源而竞争;生物会随机变异;演化就是生物的随机变异和自然选择逐渐累积的变化。也就是说生命是没有“设计者”的产物。
随后达尔文进化论自身又因为孟德尔遗传定律、群体遗传成为了现代综合学派,把基因的随机变异和重组在群体中大量发生的现象考虑了进来。后来埃尔德雷奇认为除了自然选择的重要作用,历史作用和生物约束也起着至少同样重要的作用。虽然关于进化论的争论不断,但是所有学派都拥护达尔文的基本思想,生物在40亿年来一直存在,都源自共同的祖先;自然选择起着重要作用,并不存在“智能”引导了生物的进化或设计。
arial="" sans-serif="" class="item item-image-desc">自然之子:达尔文
遗传学:所有生物性状都是蛋白质来体现的,蛋白质的生成有取决于A 、C、 G、 T四种碱基组成的DNA,化学势使得A总是与T配对,C则与G配对;DNA分开后是的DNA的一边产出RNA,逐个反拷贝RNA直到完全转录RNA.然后RNA又被翻译成蛋白质。DNA不但携带信息,也携带转录、翻译这些信息的RNA。
arial="" sans-serif="" class="item item-image-desc">DNA的双螺旋结构
度量复杂度:“复杂”的程度十分难以确切衡量,目前有几十种方法,但是都只能通过某个维度来定义。用大小来定义,香农熵来定义(惊奇度)、算法信息量(能够产生对事物完整描述的最短计算机程序的长度)、逻辑深度(用图灵机产生序列的时间步长度)、热力学深度(产生出这个事物最科学事件的确定时间序列,然后测量物理构造过程所需的热力源和信息源的总量)、计算能力度(系统处理输入时通用图灵机来度量的复杂性)、统计复杂性(预测系统将来的统计行为所需的统计过去行为的最小信息量)、用分形维度度量复杂性。
arial="" sans-serif="" class="item item-image-desc">自然界结构的继承性:分形
自复制计算机:可以编程复制程序,但可能陷入死循环,为此,可以在程序编码时,同时进行意义和形式解读进行自我复制以避开死循环。
遗传算法:设立多个程序进行测试,让其中测试效果最好的程序进行两两拆分和组合并伴有一定随机变异,这样一代代迭代,最后产生的个体其适应度逐步提高。由此产生的进化算法结果让人类甚至无法单从代码本身理解其先进性,但是效果却是惊人的好。
大写的计算:自然界中有许多类似于蚂蚁这样没有中央控制,单独个体没有高智能,但是群体却异常有组织和智慧,人们需要去研究。人们设计了元胞计算机,也就是每个元胞都只和周围的元胞联系,只知道周围的状态(一个或者某个长度),按照规则进行变化,然后根据时间步进行变化,产生时间图像用不同的实验进行了很多实验,发现能够形成很多规律,尤其值得注意的是110规则和沃尔夫勒姆的《新科学》,他通过大量研究认为基于其模型的110规则元胞计算机具有宇宙通过性。
粒子计算:通过元胞计算机产生的一些图像人们无法理解,但居然和几种基本粒子的轨迹一样!
生命系统中信息处理:免疫系统通过随机产生某些类型分子和抗原结合,不断根据结合情况产生新抗体、控制不合适的抗体来抵抗病毒;蚂蚁随机寻找食物,然后有食物的地方不断增加化学痕迹,没有食物的地方减少化学痕迹来支配整个蚁群的食物管理。他们都是通过采样和随机行为,微粒化探测,最后对生物的生存和繁衍造成影响获得了意义。
计算机如何进行类比:类比是人类认知优于计算机的关键领域。目前已经有设计出计算机类比结构。
计算机模型:人类认识世界的时候往往是在脑子里建立模型,为了对复杂世界进行更进一步研究可以尝试采用计算机建模方式。用计算机模拟著名的“囚徒困境”,现实成功的策略都比较友善、可预见(对被背叛予以惩罚)、宽恕,在加入社会规范(如风起)和空间关系就更加明显了。建模的艺术是研究与主题无关的部分,建模者有可能会理解只管重要的因素;使用者则有可能无视模型知识概略性的,意在揭示某种可能性,生硬理解实验或者计算的具体结果。
网络:在网络中,只要稍微增加一些比较跳跃性的连接,就会使得网络成为一个“小世界”,使得连接成本很低,其中大部分网络节点出问题都不会影响网络本身,但是少部分中心节点都可能影响网络的“稳定性”。重要节点连接可能会越来越多,小节点则少些,这就是其“无量纲”性。真实世界中,比如大脑细胞、生态链、流行病的传播、基因调控、代谢网络都体现了网络的结构。
arial="" sans-serif="" class="item item-image-desc">网络结构
生物学中的比例缩放:生物的真实身体结构呈现某种网络特点,如代谢速率和体重关系不是2/3而是3 /4幂律,这体现为一种分形特点,介于三维和四维之间的状态。
混沌边缘的生命:现代基因研究发现,那些看似没用的垃圾基因对基因的选择性表达产了重大作用,这也就是这么多生命中只有有限的几种结构。考夫曼通过改造的布尔模型,模拟的生命的蛋白质表达,认为生命是一种自组织的足够复杂的网络模型,其表达有某种自发性,处在混沌的边缘,有逐渐趋近于复杂的趋势,是潜在的“热力学第四定律”,也就是熵减过程。
复杂科学描述的是个体组成的大系统的随着时间的演化。从空间上看,系统各个部分有比看起来更加紧密的联系,系统相对有序、稳定;时间上看,系统各个部分相互影响使得系统整体发生变化,这种变化满足某种简单规律,但从整体上看显示出智能;从规律上说,复杂系统空间上具有规律的继承性,小尺度简单规律到了大尺度就变得复杂;复杂系统局部规律很简单,但是随着系统规模的扩大和时间迭代,导致其预测对初始状态的敏感性越来愈强,变得越来越难以预测。复杂科学涉及领域如此之广,争议如此之大,在这里我对此复杂科学提出如下三点比较大胆个人解读:
1、热力学第二定律的熵增只是熵减过程的另外一个角度而已。熵增和熵减一体两面不可分割。系统化的结构都是熵增趋势的,不系统的结构则是熵减趋势的。生命自发让自己变得复杂有序,而宇宙天体系统也是一样的。这就是说时间的流动方向取决于系统性和秩序性,有序系统复杂性越高,就越来越具有熵减的趋势,也就是让时间有倒流的趋势,也就是说,时间不一定会像人们想那样一直流逝,从这个角度讲:时间的方向性是不一定的。
2、系统由于大量基本个体组成,系统空间上看起来很大,但是部分之间的关系非常近,比如太阳系的天体两两都有引力,整个系统的变化会几乎同时在每个部分中体现出来,这是稳定持久系统的必然特点。系统个体间的联系紧密程度取决于系统的复杂程度,复杂程度越高,两两联系越紧密,从关系上来说说:空间是无论多远都是可以快速发生影响的,复杂系统可以使得系统内空间关系更加紧密。
3、基础的部分都是源自于非常简单的基础规律,但是随着时间迭代和空间延展,规律的表现变得越来越复杂,但是规律是具有继承性的,也就是说大系统的规律只是这些基本规律的扩大版本,具有一定的相似性,如同分形一样。系统越复杂,基于基本规律继承的规律就越多,越灵活,也就是说越具有智能,系统化高智能就是智慧。
如此,不难看出,时间的方向性、空间的联系性和智能的关系:系统越复杂,被时空的限制就越小,智慧也越高,而高度系统的智慧,必然致力于把自己根植于更大的系统中,如此才能使得智慧得到发展,获得自由。也就是说,智慧的高度衡量标准就是道德性,是道德的回归,也就是说真正的道德是高智慧的产物,而非简单的教条,真正理性道德不会束缚人,而是给人自由。
人类社会似乎处在某种重大思潮涌现的前夜。科技的诞生犹如一把双刃剑,使得人们摆脱了对宗教的迷信,使得自己有了力量,但在失去原有信仰时失去了新的信仰而变得迷茫,人们甚至认为“上帝已死”。随着科学各个分支的发展,人们越来越发现遍及科学诸多领域中蕴含着的某些通用规律,这不得不让人们相信,存在一种规律,甚至无法抗拒的智能意识,使得人们要想获得自由就必须要符合一种理性的道德。这是科学从人文诞生,最终又和人文汇聚,重新在迷雾中找回信仰的人性必然,犹如“耶稣再临”。