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人工生命論文

人工生命論文

但朗頓承認,這種認識的跨越並非像看上去那麼輕而易舉,特別是當你考慮到生命呈現出怎樣的流動性、自發性和有機性,而計算機和其它機器呈現出怎樣的受控性,接受這種認識就更難了。初看上去,甚至從機器的角度來談論有生命的系統都顯得非常荒唐。
這是朗頓由衷的認識。這段闡述非常清晰地反應了他發現自我複製的分子自動機的經驗。這一闡述也同樣強調了人工生命研討會上的一場最為生動的演示:克內基·雷諾爾茲的「柏德」群。雷諾爾茲在這個計算機模型中只用了三條僅限於局部的和「柏德」之間相互作用的簡單規則,而並沒有編寫全面的、自上而下的詳盡規則,來告訴「柏德」群如何採取行動,也沒有編寫任何規則來告訴「柏德」群如何馬首是瞻地聽從頭領「柏德」的指揮。但正是這些局部的規則使得「柏德」群對不同的情況產生了有機的應變能力。這些規則總是趨於將「柏德」拉向集中,在某些方面有些像亞當·斯密的那隻看不見的手,總是要使供與求趨於均衡。但正如經濟領域中的情形一樣,聚集的趨向只不過是一種趨向而已,其結果卻是,所有的「柏德」都根據近鄰的行為作出反應,所以,當一群「柏德」碰到像柱子這樣的障礙物時,每一個「柏德」就會各行其是,整個群體就這樣毫不困難地兵分兩路,從障礙物的兩側流繞而過。
朗頓寫道:「到這個世紀的中葉,人類已經具有了毀滅地球上所有生命的能力。到了下個世紀中葉,人類將具有創造生命的能力。」在這兩種能力中,很難說哪一種能力會帶給我們更大的責任負重。這不僅是因為某種特定的生命物體將能夠生存下去,而且因為進化的進程本身也會越來越落到我們人類的控制之中。
他說,從抽象的組織角度來看待生命,也許是人工生命研討會上產生的最為矚目的思想。這一思想與計算機科學緊密相關絕非偶然。這兩者之間有著許多共同的知識之源。人類一直在探索自動機的奧秘,即,機器何以能夠產生自己的行為。自法老王時代開始,埃及工匠利用水滴的原理髮明了時鐘。公元一世紀,亞力山大的西羅撰寫了氣體力學的論文。在這篇論文中,他描述了加壓的氣體如何使各種類似動物和人類形狀的小機器產生簡單的運動。一千多年以後,在歐洲進入偉大的時鐘工業時代后,中世紀和文藝復興時期的工匠便設計出日益精巧的、可以敲擊報時的鍾錶。有些公用鍾錶甚至還有許多數字元號,具有計時和報時的全套功能。在工業革命時期,從時鐘自動化技術又發展出更加高精尖的過程式控制制技術,即,工廠的機器由一組複雜的轉動凸輪和相互連接的機械手所操縱。十九世紀的設計師們在把可移動凸輪和具有可移動栓的轉動鼓輪這些改良的技術結合進來后,研製出了一種能夠在同一台機器上產生多種動作序列的控制器。隨著二十世紀初計算機器的發展,「這種可編程的控制器的引入便成為一般功能計算機早期發展的雛形。」
但另一方面,這整個過程對他來說極有教育意義。「這就像是做博士資格研究,你得學會去其糟粕、取其精華,這使我真正變成了這個領域的專家。」該書的編輯業已完成,其嚴謹性完全符合考溫和潘恩斯的要求。朗頓感到他所創造的遠遠不止是一系列的論文。他九_九_藏_書的博士論文或許仍然陷於困境,但研討會的成果卻為將人工生命變成一門嚴肅科學打下了基礎。而且,朗頓在把參加人工生命研討會的人的思想和洞見提煉成該書的前言和四十七頁的概論的同時,也為人工生命的要旨撰寫了一份最為清晰的宣言。
朗頓最後說,從人工生命研討會的發言中提煉出來的第三個偉大洞見是:從生命的特點在於組織,而不在於分子這一點上來說,生命有可能不僅只是類似計算機,生命根本就是一種計演算法。
更為廣泛地說,泛基因型的概念和荷蘭德的「內在模型」的概念基本上如出一轍。唯一的區別在於,朗頓的概念比荷蘭德的概念更強調其作為計算機程序的作用。毫不奇怪,泛基因型的概念完全適用於荷蘭德的分類者系統,一個特定系統中的泛基因型正是一組分類者規則。這個概念同樣適用於生態系統模型。在這個模型中,一個生物的泛基因型包含其進攻和防禦兩個染色體。這個概念也適用於阿瑟的玻璃房經濟的模型。在這個模型中,人工作用者的泛基因型就是通過刻苦努力而學會的一組經濟行為規則。從原則上說,這個概念適用於任何複雜的適應性系統,只要其系統的作用者是根據一組規則發生相互作用,這個概念就能適用。這些系統的泛基因型不斷發展、呈現為泛表現型,其實就是在進行一種計算。
朗頓非常贊同這個觀點,他自己也一直是這樣認為的。但這樣做的結果是,他不得不耗費數月時間來編輯這些論文,這意味著把四十五篇論文各讀上四遍,把每一篇都分別寄給幾個審稿人,再把審稿人的修改和重寫意見寄給原作者,還要想辦法哄所有作者按時完成任務。然後他又不得不再耗費數月時間來撰寫該書的前言和概論。他嘆息到:「為此得花費大量的時間。」
而這個概念的美妙之處在於,一旦你看到了生命和計算之間的關係,你就能夠從中推導出大量的理論。比如說,為什麼生命總是充滿了出其不意的事件?因為總的來說,即使從原則上,我們也無法從某組特定的泛基因型來預測其泛表現型會產生什麼樣的行為。這就是不可斷定性定理,這是計算機科學的最為深刻的研究成果之一:除非計算機程序完全無足輕重,否則,要知道結局的最快途徑就是運行這個程序,看它會產生什麼結果。沒有任何通用性程序能夠比這更快地掃描計算機密碼、輸入數據,然後給你一個結果。老輩人認為計算機只是按程序員的指令運作,這個想法完全正確,但其實又風馬牛不相及。任何計算機編碼,一旦複雜到讓人感興趣的程度,就總是會產生讓程序員都吃驚的行為表現。這就是為什麼任何像樣的計算機軟體包在上市之前都要做反反覆復的測試和調試,這也就是為什麼用戶總是能夠很快發現,該軟體永遠調試不到盡善盡美的程度。對人工生命而言,最重要的是,泛基因型和不可斷定性概念解釋了為什麼一個有生命的系統可以是一個完全在程序,即泛基因型控制之下的生化機器,但卻仍然會產生令人吃驚的、自發的泛表現型行為。
朗頓非常清楚法默的良苦用心,其實他早就對法默的用意心領神會了。沒人比他自己更急於早日完成博士論文了。自人工生命研討會召開后,他的研究有了長足的進展。他已經把原來在密西九*九*藏*書很大學的計算機上運行的細胞自動機模型移到了羅沙拉莫斯的SUN工作站上,他還為探測混沌邊緣的相變做了大量的計算機實驗,甚至還深入閱讀了物理學方面的資料和文獻,對如何用純粹的統計方法來分析相變做了研究。
朗頓說,確實,當你把這個自下而上的概念當作其邏輯結論來看待時,你就會把它視為一門新型的、純粹的科學——生機論。這個古遠的概念說的是,生命包含著某種能夠超越純物質的能源、力量、或精神。而事實上,生命確實能夠超越純物質。這不是因為有生命的系統是被某種物理和化學之外的某種生命本質所驅動的,而是因為一群遵循簡單的互動規則的簡單的東西能夠產生永遠令人吃驚的行為效果。他說,生命也許確實是某種生化機器,但要啟動這台機器,「卻不是把生命注入這台機器,而是將這台機器的各個部分組織起來,讓它們產生互動,從而使其具有『生命』。」
反過來說,計算機科學的其他深刻的定理表明,你不可能把這個概念倒過來應用,你不可能預先設定某種你想要的行為,即某種泛表現型,然後找到一組能夠產生這種行為的泛基因型。當然,在實踐中,這些定理不可能阻擋程序員利用經過嚴格測試的演算法來準確地解決在定義清晰情況下的特殊問題。但在定義不清、時常變動的生命系統存在的環境中,似乎只有不斷嘗試、不斷出錯這一條道路可走,這便是眾所周知的達爾文的自然選擇法。朗頓指出,這樣的過程也許顯得極其殘酷且歷史漫長。大自然編程其實就是建立各種由許多隨意形成的不同泛基因型的機器,然後再淘汰掉那些不能勝任的機器。這段混亂而漫長的過程其實是大自然所能做出的最佳選擇。同樣,荷蘭德的基因演算法對計算機編程而言,或許也是對付定義不清、亂麻似的問題的唯一現實的辦法。朗頓寫道:「這很可能是尋找具有特定泛表現型的泛基因型的唯一有效的通用程序。」
朗頓發現很難回答這個問題,因為沒有任何人知道何為「真正的」人工生命。也許是某種基因建構的超級生物體?是一個能夠自我繁衍的機器人?或是一種受過過度教育的計算機病毒?準確地說,生命究竟是什麼?你怎麼能確知你創造了生命或沒有創造出生命?
但答案就存在於進一步的偉大洞見之中,這也是人工生命研討會上一再出現的主題:有生命的系統就像機器,這很對,然而生命體這台機器卻具有與一般意義上的機器全然不同的組織形式。有生命的系統似乎總是自下而上地。從大量極其簡單的系統群中湧現出來,而不是工程師自上而下設計的那種機器。一個細胞包含了許多蛋白、DNA和其它生物分子;一個大腦包含了許多神經元;一個胚胎包含了許多相互作用的細胞;一個螞蟻王國包含了許多螞蟻。從這個意義上來說,一種經濟包含了許多公司和個人。
朗頓說,人工生命研討會一再強調這樣一個主題:獲得類似生命行為的方法,就是模擬簡單的單位,而不是去模擬巨大而複雜的單位。是運用局部控制,而不是運用全局控制。讓行為從底層湧現出來,而不是自上而下地做出規定。做這種實驗時,要把重點放在正在產生的行為上,而不是放在最終結果上。正如荷蘭德喜歡指出的那樣,有生命的系統九_九_藏_書永遠不會安頓下來。
烏德勒支大學的阿利斯蒂德·林登美爾(AristidLindenmeyer)和里基那大學的普萊贊梅斯勞·普魯辛凱烏澤(Prezemyslaw Prusinkiewcz)的圖示植物也同樣是這種自下而上的、群體性思考的模式的產物。這些圖示植物不是畫在計算機屏幕上的,而是「種」到計算機屏幕上去的。它們起初是單個的莖枝,然後有一些簡單的規則來告訴每一個莖枝怎樣生出葉子、花朵和更多的分枝來。這些規則同樣沒有包含植物最終的整體形狀應該是什麼樣的這類的信息,只是模擬植物生長過程中眾多細胞怎樣各自區分開來、怎樣相互作用。但這些規則卻產生了看上去極逼真的灌木、樹木、或花朵。事實上,經過仔細篩選的規則是能夠產生非常近似已知物種的計算機植物的。(而如果對那些規則做哪怕是極其微小的改變,都會導致產生完全不同的植物。這說明,對進化來說,發展進程中的微小改變多麼輕易就能導致外形上的巨大改觀。)
朗頓說,這些都是很尖銳的問題。「不管我們是否對這些問題已經有了正確的答案,都必須坦誠地、公開地提出這些問題。人工生命不僅是對科學或技術的一個挑戰,也是對我們最根本的社會、道德、哲學和宗教信仰的挑戰。就像哥白尼的太陽系理論一樣,它將迫使我們重新審視我們在宇宙中所處的地位和我們在大自然中扮演的角色。」
他在這份「宣言」中寫到,人工生命與常規生物學基本上是相反的。人工生命不是用分析的方法——不是用解剖有生命的物種、生物體、器官、肌理、細胞、器官細胞的方法——來理解生命,人工生命是用綜合的方法來理解生命。即,在人工系統中將簡單的零部件組合在一起,使之產生類似生命的行為。人工生命的信條是,生命的特徵並不存在於單個物質之中,而存在於物質的組合之中。其運作原則是,生命的規律一定是其動力形式的規律,這種規律獨立於四十億年前偶然在地球上形成的任何特定的碳化物細節之外。人工生命將用計算機,或也許是機器人等新型媒介來探索生物學領域的其它發展的可能性。人工生命研究人員將能夠取得像宇宙空間科學家把宇宙探測船發射到其它星球上那樣的成就。也就是,從宇宙的高度來觀察發生在其它星球上的事情,從而對我們自己的世界有新的了解。「只有當我們能夠從 『可能的生命形式』這個意義上來看待『已知的生命形式』,才能真正理解野獸的本質。」
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但不管計算機病毒是什麼身份,朗頓都確信,「真正的」人工生命總有一天會誕生,而且很快就會誕生。它會誕生於生物化學領域、誕生於機器人和先進軟體的發展中。而且,不管朗頓和他的同事們是否對它進行研究,它都會因商用的和/或軍用的需要而出現,朗頓認為,正因為如此,人工生命研究才變得更為重要:如果我們真的是在向人工生命的美妙的新世界推進的話,那麼,至少我們也該是睜著雙眼步入這個境界。
而且,假如你能夠創造生命,那麼你就會突然捲入到比對計算機病毒是否是活的這種技術性定義問題要大得多的問題之中。很快,你就會發現自己捲入了某種實證神學中。比如,你創造了一個生命物體之後,你是否有權力九-九-藏-書要求這個活物對你頂禮膜拜、奉獻一切?你是否有權在它面前扮演上帝的角色?是否有權在它不聽命於你的時候毀滅它?
當然,這正是荷蘭德和桑塔費研究所的同仁們在複雜的適應性系統一般性理論中所要強調的概念。區別在於,荷蘭德把這種群體結構主要看成是一堆建設磚塊,它們可以通過各種重組而產生非常有效的進化,而朗頓則主要視其為能夠產生豐富多採的、類似生命的動力的機會。朗頓最終用斜體字歸納道:「我們從計算機模擬複雜的物理系統中獲得的最為驚人的認識是:複雜的行為並非出自複雜的基本結構。」「確實,極為有趣的複雜行為是從極為簡單的元素群中湧現出來的。」
這一展望使他覺得,所有捲入人工生命研究的人都應該讀一下《科學怪物》這本書:這本書很清晰地說明,製造了科學怪物的博士拒絕對他的創造物承擔任何責任。(儘管電影上並沒有這樣的鏡頭),我們絕不能讓這種情況發生。他指出,我們現在所導致的變化的後果是不可預測的,即使只從原則上來說也無法預測。但我們必須對後果負責。這反過來又意味著,必須公開辯論人工生命的意義,必須有公眾的介入。
朗頓說,要知為何,就得從以碳為基礎的常規生物學開始解釋。生物學家們在這一個多世紀以來不斷指出,活的生物體的最為顯著的特點之一在於其基因型,即編入其 DNA中的各種基因藍圖。生物體的結構正是這些基因藍圖所創造的。當然,在現實中,活細胞的實際運作極為複雜,每一個基因對每一種單一的蛋白分子來說都是一個基因藍圖,成千上萬個蛋白分子在其所在的細胞內以各種方式進行著相互作用。實際上,你可以把基因型想成是許多并行運作的小計算機程序的組合,每一個程序代表一個基因,當它們被激活時,所有這些被激活的程序就會既相互競爭又相互合作,陷入邏輯衝突之中。而作為一個集體,這些相互作用的程序卻能夠完成整體的計算任務,這就是表現型,即,有機體發展過程中呈現出來的結構。
朗頓說,如果用一組自上而下的規則來做這件事,整個系統行動起來就會麻煩、複雜到不可思議的地步:各種規則要告訴每一個「柏德」在碰到每一種可以想象到的情況時應該採取何種具體的行動。他確實見過這樣的系統,它們總是顯得非常愚蠢和不自然,更像是一個動畫片,而不像是栩栩如生的生命。另外,由於這種自上而下的系統根本不可能把每一種情況都考慮到,所以這種系統總是一碰到複雜的情況就變得無所適從,總是表現得既僵硬又脆弱,常常會於躊躇猶豫之中嘎然而止。
毫不奇怪,這個問題在人工生命研討會上引起了廣泛的討論,大家不僅在會上,而且在會下的樓道里和餐桌上也在大聲而熱烈地爭辯這個問題。計算機病毒是一個最為熱門的話題,許多與會者都感到,計算機病毒已經快要越線了,令人十分沮喪。惱人的計算機病毒幾乎涉及到了所有衡量生命的尺度。計算機病毒能夠通過自我複製而轉移到另一台計算機上,或自我複製到軟盤上,並進一步繁衍和擴散。它們能夠像DNA一樣把自己儲存在計算機密碼里,可以借主體(即計算機)的功能來實現自己的功能,就像真正的病毒能夠藉助受感染細胞的分子的新陳代謝功能一樣。它們也可以https://read.99csw.com在自己的環境中(計算機中)對刺|激做出反饋,甚至可以藉助某些計算機玩主扭曲的幽默感來產生變異和進化。計算機病毒確實可以在計算機控制的空間和計算機網路上生存下去。在物質世界之外它們不可能獨立存在,但這不等於就能把它們劃出生命物體的范籌。朗頓聲稱,如果生命真的只是組織的問題,那麼,應該說,組織完善的實體就是活的,無論它是用什麼做成的。
與此同時,邏輯學家正在把邏輯步驟的程序變成正式概念,從而奠定了計算機一般性理論的基礎。二十世紀初,阿龍佐·徹基(Alonzo Church)、科特·歌德爾(Kurt Godel)、愛倫·圖靈和其他一些人都指出,無論機器是用何種材料製造的,機械流程的實質,即導致機器行為的「東西」,根本就不是機器本身,而是一種抽象的控制結構,是可以用一組規則來表示的程序。朗頓說,正是這種抽象的東西使你可以從一台計算機里取出一個軟體,插入另一台計算機上運作:機器的「機制」 在於軟體,而不在於硬體。這正是朗頓十八年前在麻省綜合醫院得到的啟示。而一旦你接受了這一點,那就不難理解,生物體的「生命力」同樣也在其軟體之中,即,存在於分子的組織之中,而不是存在分子本身。
但這一年就這麼過去了,他還沒來得及實際動手撰寫論文。自人工生命研討會以來,他把大多數時間都耗費在研討會之後的工作上。喬治·考溫和戴維·潘恩斯都請他以桑塔費研究所的名義將研討會的學術論文編輯出版,作為研究所準備出版的關於複雜科學的系列叢書中的一本。但潘恩斯和考溫都要求,這些論文要經過研究所之外的科學家按在其它科學刊物上發表文章的規矩嚴格審定。他們對朗頓說,桑塔費研究所決不能有輕薄草率之舉。人工生命必須是一門科學,決不是視頻遊戲。
在概論的撰寫中,朗頓非常謹慎地避免宣稱人工生命研究人員所研究的實體「真正」是活的。它們顯然並不是活物。計算機中的「柏德」、植物和自我繁衍分子自動機,所有這些不過是模擬而已,是一種高度簡化了的、離開計算機就不存在的生命模型。但儘管如此,既然人工生命研究的全部意義就在於探索生命的最根本的法則,那就無法迴避這個問題:人類最終能夠創造出真正的人工生命嗎?
接下來,從以碳為基礎的生物學,移到人工生命這個更為一般性的生物學,這一概念也同樣適用。為了說明這一事實,朗頓杜撰出泛基因型(generalized genotype)這個詞,或縮寫為GTYPE,來特指任何低層次規則的組合。他又杜撰出泛表現型(generalized Phenotype)這個詞,或縮寫為PTYPE,來特指在某種特定環境中這些被激活的規則導致的結構和/或行為。比如,在一個常規的計算機程序中,泛基因型顯然就是計算機編碼本身,而泛表現型就是這個程序對計算機操作者所輸入的數據的反應。在朗頓自己的自我繁衍分子自動機模擬中,泛基因型就是一組專門告訴每一個細胞如何與其鄰居相互作用的規則,泛表現型就是這組規則的總體行為模式。在雷諾爾茲的「柏德」程序中,泛基因型就是三條指導每一個「柏德」飛行的規則,而泛表現型則是一群「柏德」聚集成群的行為。