计算主义思想的演变

在这里聚集的一大群人中，有些受奖励物的诱惑而来，另一些人则因对名誉和荣耀的企图和受野心的驱使而来，但他们中间也有少数人来这里是为了观察和理解这里发生的一切。生活同样如此。有些人因爱好财富而被左右，另一些人则因热衷于权力而盲从，但是最优秀的一类人则献身于发现生活本身的意义和目的。他设法揭示自然的奥秘。这就是我称之为哲学家的人。

——西蒙·辛格

上一节我们讨论了计算主义思想，了解了计算主义是认知科学的主要范式，是目前所有计算机技术及人工智能的核心和基础，也涉及了物理学、生命科学、社会科学、科技哲学等多个领域。本节就详细考察计算主义思想的内核及演变，对计算主义思潮的发展和批判进行讨论。一方面，我们需要通过讨论其演变和批判，更加深刻地理解计算的理念和本质；另一方面，我们需要建立起基于计算主义思想的系统思考框架，这是理解信息文明和智能时代的内在逻辑的核心，也对我们讨论未来文明的构建有着非常重要的价值。

计算主义的演变

我们已经粗略地讨论了关于计算的概念和演变过程，现在就来详细回溯计算主义思想演变的历史进程。在这里有3个基本的观念：第一，所有的计算问题本质都是数学问题，因此，数学的思想和方法在计算主义思想浪潮中非常重要。第二，计算主义思想演变的浪潮是在科学和哲学两个不同的范畴发展的，实际上计算主义思想得以被广泛认知的原因就在于它在科学发展过程中所起到的作用，因此，比其他的哲学门类更加具备实用性。第三，我们讨论计算主义思想的原因，是建立一种哲学世界观，而任何世界观都是一种对于世界本体论的逻辑自洽的诠释，并非一成不变的真理，我们需要秉持理性不偏信的想法去看待这些观点。

首先，我们讨论“计算”概念的本质，要知道任何一个领域发生颠覆性的变革时，前提是某个理念或者思想影响了当时人们对某个基本概念和逻辑的方式的认知。计算最初与现在普通人理解的一样，指的是加减乘除的算术运算，而到了图灵时代，计算才有了明确的定义。1900年，德国数学家希尔伯特在巴黎的国际数学大会上发表题为《数学问题》的演讲，提出了23道重要的数学问题，而图灵则基于对其中“判定问题”的回答和研究，对计算的概念有了新的理解，发表了《论可计算数及其在判定问题中的应用》，指出希尔伯特的判定问题无解，为计算机科学奠定了基础，并使得可计算理论得以出现。实际上，图灵机的概念就是一个抽象的数学模型而不是真实的计算机，通用的图灵机能够计算任何图灵机可计算的函数，不仅确定了算法和可计算性的概念，也澄清了形式系统的概念。这里需要补充的就是丘奇-图灵命题（丘奇是美国数学家），又叫丘奇-图灵猜想，该假设论述了关于函数特性的，可有效计算的函数值（用更现代的表述来说就是在算法上可计算的）。简单来说，邱奇-图灵论题认为“任何在算法上可计算的问题同样可由图灵机计算”。

其次，我们来看图灵之后计算概念的演变，图灵计算被称为“第一代计算模型”，图灵之后出现的计算模型被称为“第二代计算模型”，主要指的是超计算模型和自然计算模型。所谓超计算，指的就是“超级图灵计算”，是可计算理论的一个新的计算模型，例如，一台可以解决停机问题的计算机，或者可以正确推演皮亚诺算术中每个状态的计算机。实际上，在图灵的博士论文中的“神谕机”就是最早的超计算模型，而在这个基础上就出现了很多超计算的类型，包括加速图灵机、概率图灵机、无限状态图灵机及芝诺机等，至少有20多种不同的超计算的类型。需要注意的是，超计算是否能够真的超越图灵计算的局限是未被证实的，因为在现实层面并不存在基于超计算模型的物理实体，目前所使用的主要计算模型都是图灵机的计算模型，也就是基于冯·诺依曼的计算机架构的模型。

第二代计算模型即自然计算，就是通过对自然界的物理、化学、生物等现象的模拟设计出来的计算模型，包括量子计算、DNA计算、膜计算、演化计算、细胞自动机等。自然计算模型现在已经有了一些明确的进展，比如量子计算机的实践，而且通过与物理学及生命科学等领域的融合，使得计算概念的内涵得到了进一步的拓展。

最后，我们讨论计算主义思想的演变过程。我们已经从横向维度讨论了这个问题，即计算主义思想的研究范畴的不断扩大。最开始的时候，计算主义以认知计算主义为主，包括符号主义和联结主义两个流派，这两个流派虽然看上去有很大的差异，但实际上是互补关系，通过不同的方向来建立认知和计算之间的关系。所谓符号主义，就是把心灵当作依据规则或者算法对离散符号进行操作的形式系统，而联结主义则通过构建人工神经网络模型对人类心智进行模拟，主张认知是相互链接的。符号主义和联结主义就是旧计算主义的核心。

接着计算主义就进入了生命科学领域，尤其是人工生命学科领域，从组织、形式的角度去理解生命，带给生命科学研究巨大的启发。所谓人工生命学科，就是建立于计算主义思想上的学科，如数字生命、虚拟生命及计算机中的生命。最后计算主义就扩展到物理学、宇宙学的研究领域，形成了计算主义的宇宙观或者叫宇宙的计算理论，即认为宇宙就是巨大的计算机，整个世界的物质过程就是由计算带来的。

我们在这里补充一下纵向思想的演变过程，即从旧计算主义到新计算主义。所谓旧计算主义，就是上文提到过的以符号主义和联结主义为代表的思想，而新计算主义则包括两部分内容：第一部分是认知计算主义的新范式，就是上文讨论的超计算模型和自然计算模型。第二部分是指代上文提到的延伸到其他领域的计算主义思想，这也是新计算主义的内核所在。当然，这种演变思潮是一个正在发生的过程，还没有明确的具备共识的定义。

总结一下，我们讨论了计算主义思想的演变过程，包括计算概念内核的演变、计算主义思想从横向拓展到纵向跃迁的演变。通过这些思想的演变，我们不仅可以看到计算主义在实践层面的不断扩展延伸和应用，而且还能看到哲学和科学之间是如何互相影响和共同发挥作用的。科学通过现实意义的不断探索来建构哲学的认知，而哲学的认知则构建了具体的方法论和思想来为科学发展指明道路。

计算主义的批判

上文提到过，任何一种科学思想包括哲学思想都不是真理，都需怀疑和批判的精神，因此，我们在这里专门讨论对计算主义的批判和争论。正如菲茨杰拉德的名言所说：“检验一流智力的标准，就是看你能不能在头脑中同时存在两种相反的想法，还能维持正常行事的能力。”目前关于计算主义思想的质疑主要来自3个方面：第一个方面是基于“哥德尔不完备定律”的反驳，从数学的逻辑和思想去批判计算主义。第二个方面是基于赛尔的“中文屋思想实验”的批判，从认知和人类心智的角度去批判。第三个方面是基于现象学对计算主义的批判，即通过哲学的角度对计算主义进行批判。这里主要介绍前两种批判，后面在讨论存在主义哲学时会提及现象学相关的研究成果。

首先我们讨论基于“哥德尔不完备定律”的批判，也就是通过数学理论来论证心灵在本质上是不同于机器的。所谓“哥德尔不完备定律”，指的是出身于奥匈帝国的数学家和哲学家哥德尔提出的两条定律，这个定律和塔尔斯基的形式语言的真理论，以及我们提到的图灵机的判定问题，被认为是现代逻辑学在哲学方面最重要的3个成果。这个定理论证了任何一个形式系统，只要包括了简单的初等数论描述且逻辑自洽，则必定包含某些系统内所允许的方法既不能证明真也不能证明伪的命题，也就是任何形式逻辑自洽的系统必然是不完备的。

因此，著名学者卢卡斯在1961年发表了《心灵、机器与哥德尔》一文，指出哥德尔不完全性定理证明了机械论或形式主义的失败，心灵不能被理解为一个形式或者机械的系统，简单来说就是心灵在本质上是和机器不同的。当然，这个观点很快被其他学者所批判，比如英国控制论学者和心理学家弗兰克·乔治从演绎归纳及控制论和自组织理论等多个方面对卢卡斯的论证进行批判，还有另外一位英国人工智能学者古德发表了《哥德尔定理是迷魂汤》一文来论证卢卡斯用哥德尔定律来证明他的观点是非常荒谬的。

不过接下来还有很多学者基于哥德尔定律对计算主义进行了批判，如著名学者罗杰·彭罗斯出版了《皇帝新脑：计算机、心灵与物理定律》一书来批判强人工智能实现的可能性。罗杰·彭罗斯爵士是英国数学物理学家，以及牛津大学数学系的名誉教授，贡献之一就是在1965年与物理学家斯蒂芬·霍金教授证明了奇点的存在，这本《皇帝新脑：计算机、心灵与物理定律》就是他最著名的作品。在这本书中他声称已知的物理定律不足以解释意识现象，他认为意识是超越数理逻辑的，因为诸如停机问题的不可解性质和哥德尔不完备定律导致基于算法的逻辑系统不能产生具有人类智能特性的智能。也就是说，电脑很难通过图灵测试，即使通过了也并不意味着具备了智能和意识。当然，这个观点也遭到了很多人的反驳，很多学者认为他误用了哥德尔的方法，并通过模糊的表达得到了似是而非的结论。

包括哥德尔本人在内的许多学者都对计算主义都提出了批判，在他们看来计算机是机械和形式的，而人的内心是非机械和非形式的，因此，人的心智和认知远超计算机。但是这样只能证明人和计算机是不同类型的系统，并不能证明二者在智能层面的高下之分。正如图灵所说，“尽管哥德尔不完备定律已经证明了任何一台特定机器都是能力有限的，但是并没有任何证据论述人类智能就没有这种局限性”。后面还要专门论述人类的认知实际上是有认知边界的，这也是我们要讨论认知升级的原因。

最后我们讨论基于赛尔“中文屋思想实验”的批判。所谓“中文屋”是由美国加州大学伯克利分校的哲学教授约翰·赛尔在论文《心灵、脑和程序》当中提出来的一个思想实验。这个实验的核心内容是，假设一个不懂汉语只懂英文的人在封闭房间中进行交流，即使不懂汉语，但是按照一定的程序指示能让封闭环境外的人以为他是理解汉语的，因此可以得到的结论是正如不懂汉语的人自始至终都无法理解汉语一样，计算机也不可能通过程序理解中文的真实含义。也就是说，他认为计算机和人最大的区别在于计算机是一个纯粹的形式系统，而人是一个语义系统，前者没有意向性，而后者具备意向性。关于这个观点的批判也很多，比如英国科学院院士玛格丽特· 博登在他的著作《人工智能哲学》一书中指出，赛尔理论的关键是形式化与形式符号的意义，而实际上最简单的程序也具备某种意义而不只有形式性。因此，计算理论并非不能解释意义，这就从根本上否认了赛尔质疑的前提。

总结一下，我们讨论了关于计算主义的一些批判，尤其是对基于哥德尔的不完备定律和赛尔的“中文屋思想实验”的批判进行了论述，并对这些论述的反对意见也进行了论述。这里并不是为了证明计算主义是真理性的原理，而是承认旧有的计算主义还是有很多不足的地方，而我们正在构建新的计算主义的未来过程中，要时刻保持着一种质疑的态度去看待任何学术观点，才有可能接近真知。

计算主义的未来

在讨论了计算主义思想的演化以后，我们来讨论一下计算主义的未来，尤其是新计算主义思想的未来。要关注某个学科的未来发展，尤其是对整个社会及文明的影响，我们需要从3个方面来思考：第一，促进这门学科发展的关键人物的学术背景，即是具有什么背景的学者在遇到原有学科解决不了的问题以后开始试图探索计算主义思想。第二，当时整体社会的学科发展的特质是什么，科学界中最重要的两门基础学科是数学和物理学，这两门学科的发展很大程度上衡量了当下的科学发展。第三，我们基于科学范式演化的理论来看当时科学和社会的互动关系，才能看出计算主义思想在未来能够拓展的边界。弄清楚了这个问题以后，我们才能理解为什么计算主义思想所代表的世界观，以及与计算相关的技术将会极大地改变文明的发展路径。

首先我们来讨论新计算主义思想的两个代表人物——约翰·惠勒和塞思·劳埃德的学术思想。惠勒是美国物理学开拓时期的科学家，普林斯顿大学教授，从事原子核结构、粒子理论、广义相对论及宇宙学等研究，他最为世人所熟知的成就就是创造了“黑洞”这个非常简洁和概括性的物理学词汇，他与爱因斯坦、波尔等物理学大师共事过。他所面临的问题就是广义相对论和量子力学的矛盾问题，这两个20世纪最伟大的物理学理论存在着内生的矛盾，而惠勒在解决这种矛盾的过程中，开始将宇宙的运行比作电脑的运行，即将万物的存在建立于信息之上，从而提出了“万物源于比特”的思想。

塞思·劳埃德是美国麻省理工学院的机械工程和物理学教授，他在量子计算、量子通信和量子生物学领域进行了开创性的工作，包括为量子计算机提出了第一个技术上可行的设计，展示了量子模拟计算的可行性，证明了香农噪声信道定理的量子相似性，并设计了新颖的量子纠错和降噪的方法。作为量子计算领域的权威，他通过抽象的方式将单位信息作为基本单元，通过“0”和“1”代表粒子的自旋方向来研究粒子演化，比如研究量子纠缠现象时，他用这样的抽象方式来研究信息会转变成对所有纠缠粒子的整体描述，而这种思想方式毫无疑问就是计算主义的思想。我们可以看到，无论是惠勒还是劳埃德，都是物理学界的权威，而他们进入计算主义思想领域的缘由，就是为了解决宇宙的本质或者世界的组成这样的物理学问题。因此，可以认为新计算主义带有先天性的底层物理学的逻辑。

然后我们来看当时科学领域所处发展阶段，尤其是数学和物理学。20世纪，数学正处于逐步发展成一个具有庞大分支规模的理论体系的阶段，学者开始越来越局限于在狭窄的范围内进行研究，而不再有数学家能够成为早期数学家庞加勒或者希尔伯特那样的数学领域的通才。与此同时，现代物理学也在那个阶段发展出很多分支学科，如粒子物理学、凝聚态物理学、天体物理学等。

物理学的学科交叉导致了两个很严重的问题：第一，基于量子力学和广义相对论的不协调导致了整个现代物理理论的不协调，广义相对论描述的是宏观宇宙的大系统，而量子力学描述的是微观世界的小系统，这种不协调迄今为止没有找到基于非常统一的共识的理论。第二，分支过多导致了纯物理学研究开始追求“极端化”的研究领域，如超低温、超真空、超高压等，这种现象的出现固然说明在某个领域的研究进入了高精尖的复杂阶段，也说明物理学在打破常规范式这个宏观命题上遇到了困境，甚至出现了大规模与其他学科交叉的现象，如量子生物学、生物物理学等学科的出现。因此，计算主义思想的提出，就正好解决数学和物理学这种过于细分学科的现象导致的科学范式的变革问题。

最后，我们从现实层面来看新计算主义思想的未来。从3个角度来看：第一，新计算主义从诞生开始都在解决实际的问题，如上文所说，惠勒用“万物源于比特”的思想解决量子论与相对论的矛盾，劳埃德的宇宙可计算思想是为了解决量子的不确定性及建立更好的量子纠缠模型等。所以，计算主义世界观是一种在实践层面具备意义的思想，主要是为了解决科学范式的危机。第二，计算主义思想对后现代主义思想浪潮来说，是一种超越其理论困境的方法。关于后现代主义思想，之后我们还会细致讨论。简单来说，后现代主义思想就是对主流思想和意识形态的挑战，对原有的理性主义及本质主义思想的挑战，虽然一定程度上拥有积极意义，但是如果任凭其发展，毫无疑问会走向虚无主义，最终冲击人类现有文明的所有底层价值。而计算主义思想则在很大程度上解决了后现代主义思想提出的问题，如果说后现代主义思想是对人类固有知识体系和世界观的解构，那么计算主义思想就是一种回答解构之后问题的答案与模型。第三，对计算主义进行应用的社会实践正在不断被推进，使得计算主义不只是一种形而上学的哲学理念。例如，以区块链为代表的新的数字技术出现，让数据、计算及惠勒的“万物源于比特”的思想得到了非常大的共识。

总结一下，新计算主义思想迄今为止已经拥有了丰富的概念和巨大的体系，而我们也看到以计算为核心的技术正在不断对人类文明进行改变。我们一方面要在实践层面探索技术的方向，尤其是人工智能、区块链等数字技术的应用；另一方面要逐步建立起更加能够被大众认同的计算主义世界观，解决其在伦理、道德和社会等多个层面的问题，这才是面对一个新的世界观或者思想的正确方法论。