第二章 智能时代认知论
人工生命的诞生
随着人工生命的出现，我们也许会成为第一个能够创造我们自己后代的生物……作为创造者，我们的失败会诞生冷漠无情、充满敌意的生物，而我们的成果则会创造风采夺人、智能非凡的生物。这种生物的知识和智能将远远超过我们。当未来具有意识的生命回顾这个时代时，我们最瞩目的成就很可能不在于我们自身，而在于我们创造的生命。人工生命是我们人类潜在的最美好的创造。
——D．法默
我们在前文讨论了计算主义世界观，理解了未来世界的概念与当下的现实世界的概念有着完全不同的区别——世界是一台不断计算的信息机器。那么，我们如何理解生命的本质呢？考虑到过去漫长的时光里我们都在寻找新的智能生命，所以，定义这一概念对我们理解人工生命及未来可能的生命形态有很大的意义。人工生命学科的目标是探寻与特殊基质无关的生命系统的原理，也就是探索以碳为基础的现实生命的替代品，对我们最根本的关于社会、道德和生命哲学的认知有着非常多的挑战，本节就来梳理关于人工生命学科的思想和启发。
理解生命的本质
关于生命的本质，目前主要有3个方向的观点：第一，认为生命是一系列性质的总和，即如果满足一系列特征的话，这个实体就能被认为是生命。第二，生命是新陈代谢，也就是只有能够进行新陈代谢的实体才是生命。第三，生命是演化，也就是以达尔文的进化论为基础去理解生命。下面分别介绍3个方面的不同理解。
首先我们介绍以生命特征来判断生命本质的主张，这里有两个颇具代表性的观点，分别来自恩斯特·迈尔和克里斯·朗顿。恩斯特·迈尔是20世纪最伟大的进化生物学家之一，同时也是分类学家、热带探险家、鸟类学家、生物哲学家和科学史家。他的著作《生物思想的发展：多样性，进化和继承》对生物学的历史和哲学进行了全面的研究，对生命科学的思想史进行了全面的整理，并得到了关于生物学中生命体实体特质的清单，主要归纳为以下3个特质：第一，生命是一个活系统，是一个非常复杂而又具备适应性的组织，是由高可变性的独特个体组成的；第二，这个有机体是由一系列在化学成分上很独特的高分子组成的，通过演变程序参与到有目的的生命活动中；第三，这个有机体是自然选择的产物，而且生物演变的过程是不可预知的。这主要关注了生命的主要特征，当然这里并没有提及新陈代谢的观点或者演化的观点，更多是对生命体的一种抽象的统一特征的描述。
我们来看另一位生物学家克里斯·朗顿的观点，他总结的生命特质如下：第一，生物具备一个不断自我复制的程序，这个程序构建了生物的组元，以及不同组元之间的互动过程，也就是构建起了新陈代谢的过程；第二，生物随着外部环境的变化而产生适应和演化的过程，这个过程通过变异和自然选择直接与生命的程序相关联，也就是具备进化的特质；第三，生物趋向于复杂和高度组织化，最重要的是具备一定的特定组织结构，如细胞和细胞器就是这样的结构的实例，它们组成了复杂生物的器官和组织；第四，生物具备新陈代谢功能，能够进行能量的转换，且生物具备再生系统，对遭受损失的部分进行完全的取代；第五，生物能够把大多数代谢反应隔离在特定的通道中，这种隔离主要是通过生物大分子的专一性实现的。例如，某些组织中的细胞反应只能通过特定的酶实现。
总结一下，我们这里介绍了两位不同的生物学者对生命特质的研究成果，恩斯特·迈尔更多是通过生物哲学的观点去对生物体的实体特质进行研究，而克里斯·朗顿则通过新陈代谢和演化的观点更具体地描述了生命的特质。这部分内容让我们了解到生物学家对生命体特征的共识，这些共识也是我们之后进行人工生命相关理论研究的基础。
接着我们介绍进化论的生命观点，持有这个观点的代表人物是英国著名学者道金斯，他的著作《自私的基因》在前几年为很多读者所知。他是一个达尔文进化论的坚定支持者，因此，在这本著作中借助达尔文的进化论作为基本的出发点，借助分子生物学的理论对生命起源进行考察，提出基因不仅是遗传和变异的基本单位，也是自然选择的基本单位。也就是说，在他看来生命的本质特征能力就是自我复制，生命从本质上来说就是具有复制能力的基因被自然选择的过程。从他的理论体系中，我们可以理解到两个基本的逻辑：第一，生命的本质体现在生物大分子这一层次上（也就是他所提及的复制基因），具有复制能力的基因才是进化中的真正实体，而更高层次的生物组织则是基于它们进行过渡和演化的。第二，具有自我复制能力才是生命的核心，那么这些基因在复制什么呢？答案就是信息。在道金斯看来，生物的进化过程就是基于DNA的信息复制和遗传的过程，信息和信息处理成为生命演化的基本逻辑。
最后我们介绍一下基于新陈代谢的生命观，这里有两位学者需要介绍，就是来自智利的神经科学家马图拉瓦和瓦若拉，他们的理论是建立在生物学基础上的，认为生命的本质是“自创生”。在他们看来，生物是具有自创生的组织，即生命是能够自我确定和自我循环的组织，这种组织形成了一个不断产生、变换和不断摧毁自身的具有边界的动态网络。按照两位学者的定义，生命的本质是“产生组元的组元生产（变换和摧毁）过程的网络，这些组元通过不断的相互作用和变化形成了它们的关系网络，并把该实体构成了一个空间中的统一体。”这个定义听起来很晦涩，实际上我们可以简单地理解为他们认为生命就是一个自组织的系统，与道金斯的理论观点来自进化论体系不同，二者提出的生命现象更偏向于一种动力学理论。这个认知有两个基本的理解：第一，这是一种抽象的概念而不是具体的定义，这个理论并没有准确地定义这个系统，而是描述了生命系统的特质；第二，在这套理论当中，没有把信息和计算的概念容纳进来，以至于在刻画的深度和应用性上并没有那么完善。
总结一下，我们讨论了关于生命本质的3种主流观点：一种是关于生命特质的，另一种是基于进化论的，还有一种是基于动力系统论的，这都是之前的学者所研究的成果，我们需要思考的问题是：在计算主义思想中，我们该如何更加深刻和全面地理解生命的本质，哪种生命的定义更加符合人们对于未来的判断和智能时代的新认知。
人工生命的兴起
在介绍了关于生命本质和特征的讨论以后，我们来看人工生命理论兴起的历史。需要注意的是，虽然人工生命和人工智能是两门相近的学科，但是它们的目标和发展时间都有明显的差异，需要区分好这其中的差别。下面我们通过几位对人工生命学科有着巨大贡献的学者的观点的总结，来为大家梳理人工生命研究的兴起历史，在这个过程中来理解人工生命学科的思想内涵。
人工生命学科的先驱与人工智能学科的先驱都是艾伦·图灵和冯·诺依曼。艾伦·图灵是人工生命学科的先驱，他在1952年发表了一篇关于生命内涵和生物学形态的论文，提出了一些关于人工生命的思想，证明相对简单的化学过程能够从均质组织中产生新的秩序。图灵通过数学证明得到结论，论证了通过简单的算法逻辑就能使得看上去最简单的细胞结构产生分化，从而产生复杂的生物组织形态。然而，由于当时并没有计算机来实现和支持他的工作，这方面的成果没有能持续深入下去。
另一位伟大的计算机先驱冯·诺依曼，通过动力学的理论做了一个关于自复制机器的动力学模型的思想实验（自繁殖模型）来模拟生命的产生逻辑，在没有计算机的帮助下，他开创了元胞自动机领域，通过铅笔和方格就构造了第一个自我复制的自动机。而且他的自我复制计算机程序被认为是世界上第一个计算机病毒，因此被称为“计算机病毒之父”，考虑到他本人也是计算机领域的奠基人之一，就能看出他在这个领域伟大的思想和卓越的成就。
遗憾的是，冯·诺依曼在开创了细胞自动机（CA）的研究不久，就因为罹患癌症离开了人世，接下来他的工作由科学家伯格斯完成，并发表了《自我繁殖的细胞自动机理论》。简单来说，冯·诺依曼是通过描述生物自我繁殖的逻辑形式来理解人工生命观点，并得到两个基本结论，无论是人工还是自然的生命，都需要具备两个基本功能：第一，必须起到计算机程序的作用，是一种在繁衍下一代过程中能够运行的算法。第二，必须起到被动数据的作用，是一个能够复制到下一代的描述。
接下来我们看看冯·诺依曼之后的一些学者的工作，由于计算机技术的发展较为缓慢，以及人工生命领域非常艰深，所以，很长一段时间内没有相关学者继续研究。这里我们只提及一个著名学者——克里斯·朗顿。他于1986年在洛斯阿拉莫斯国家实验室组织了第一个“生命系统综合与仿真研讨会”（又称为人工生命研究），并首次提出了人工生命的概念。他对生命逻辑最重要的结论之一，就是认为生命最明显的特征是它的复杂的信息动态过程。他认为“生命有赖于信息处理的程度高到不可思议”，生命是构建于感受信息、处理信息和作用信息的基础之上的，也就是说生命的过程完全可以用信息的概念去理解，“生命储存信息，画出感观信息的地图，再把信息进行某种复杂的转换而产生行动”。
克里斯·朗顿更进一步从生命起源于海洋的假设中出发，认为最终导致地球上生命起源的信息动态过程是通过液态水的动态过程突现出来的，海洋不仅提供生命起源的温床，而且通过水分子的动态过程使得信息能够流通，他认为正是因为水分子的作用，生命从水分子的动态行为转移到生命大分子中。通俗地说，水是生命之源不仅体现在我们不能缺少水，更体现在生命的源头确实来自水，通过在临界相变或者混沌边缘的作用，水把生命通过信息的复杂作用过渡到生物细胞大分子了。
总结一下，我们梳理了人工生命学科发展历史上最重要的几位学者的研究成果和思想，在没有计算机帮助的情况下，图灵和冯·诺依曼奠定了人工生命学科的基础。前者通过数学的逻辑关注生物形态的变化，后者通过计算的方法描述生物自我繁殖的逻辑形式。而克里斯·朗顿则奠定了人工生命学科的现代思想基础，从信息论、复杂系统论等思想来理解人工生命演变和产生的过程。接下来，就具体讨论现代人工生命学科的思想基础。
人工生命的思想
1987年9月，克里斯·朗顿在美国洛斯阿拉莫斯非线性研究中心的多伊恩·法默的支持下，筹备并主持了第一次国际人工生命会议，150多名来自世界各地的相关研究的学者、科学记者参与了会议。这次会议标志着人工生命学科这一领域的正式诞生，并发行了以《人工生命》为题的出版物。克里斯·朗顿将参会人的思想提炼成其中的前言和概论，而这阐述的就是人工生命思想的几个核心观念，我们将主要的内容概括为3个方面，希望能够对大家有所启发。
第一，需要理解人工生命学科的本质。人工生命是关于一切可能生命形式的生物学，而在人工生命学科中，生命的本质在于形式而不在于物质。人工生命并不关心我们所知道的地球上的特定的以水和碳为基础的自然生命，因为这种生命观念是“如吾所识的生命”，是传统的生物学研究的主体。而人工生命学科研究的是“如其所能的生命”，认为传统生物学研究的生命是一种地球生命基础上的实例，受到经验主义的影响。而人工生命关注的是更广义和普遍意义上的生命系统，我们只有站在这个维度上才有可能发展出更有价值的生物学。
因此，人工生命认为不管实际的生命还是可能的生命，最重要的就是关注它的形式而不是物质构成，人们需要从具体的物质中抽离出来，观察生命的逻辑。也就是说，生命在根本上和媒质无关，而只和它的过程有关，这样就验证了之前我们关于生命本质的看法。人工生命学科关注特质和过程，但是不关注物质组成的本质。理解这个思想对未来我们讨论凯文·凯利关于技术的生命特质的观念有着很大的帮助，也对我们理解技术的本质有很大的帮助。
第二，人工生命学科的研究方法是自下而上建构的，也就是通过“涌现”的方式去建构的。在人工智能的发展过程中，自上而下地建立规则是最重要的方法论，人们希望通过自上而下的编程方式使得机器获取智能。而在人工生命学科中，自下而上通过“涌现”的方式则是最核心的理念。简单来说，就是通过在底层定义一些基本的简单规则，模拟自然中自组织的过程，从简单的局部控制出发，让行为从底层涌现出来。
人工生命并不涉及计算机或者机器人，而是通过涌现的行为来让生命突现出来。所谓“突现”，指的是在复杂系统中，许多相对简单的单元在彼此相互作用过程中，展现出来的与原有简单系统完全不一样的整体属性。关于复杂理论的思想，我们下一节会介绍，在这里我们只关注这种自下而上的方法论在人工生命学科中的应用。
第三，人工生命学科的研究。所谓人工，指的是其中的硅片和计算规则是人工的，但是人工生命展示的行为则是人工生命自发的。按照朗顿的说法，生命也许确实是某种生化机器，但要启动这台机器并不是需要把生命注入其中，而是要将机器的各个部分组合起来产生互动，让生命自动产生。也就是说，人工生命不是用分析解剖的方式来理解生命，而是通过综合集成的思想，采取将简单的零部件组合以后产生生命行为的方式来研究生命。人工生命学科放弃了传统生物学研究的还原论思想，即根据生命的最小部分分析生命并进行解释，而是采用了一种整体论的思想方式。正因为如此，人工生命学科的研究者认为，如果生命真的只是组织问题，那么组织完善的实体无论是由什么做的，都应该是一个“活系统”。因此，真正的人工生命必将会诞生。
总结一下，我们首先探讨了人工生命对生命本质的理解在于形式而不在于物质构成；其次讨论了人工生命研究的方法论，即自下而上的涌现过程；最后讨论了关于人工生命的思想方式是整体论的而非还原论的。这3个基本的思想构成了我们对人工生命学科的基本理解，也为我们考虑未来与硅基生命共处的文明奠定了基本的生物学思想理念。