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論數字生命的實在論地位
論數字生命的實在論地位
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  20世紀的計算革命導致了計算機和生物學交叉的前沿學科——人工生命的誕生。它以計算機為工具,力圖在計算機或現實世界中創造出具有生命特征的人工實體——人工生命。人工生命主要有兩種形式:虛擬人工生命(也叫數字版本的人工生命)和現實人工生命(又叫機器人版本的人工生命);前者主要采取軟件的形式在計算機中創造人工生命,后者主要采取硬件的方式在現實世界中創造展示生命特征的人工生命。對于機器人版本的人工生命的實在論地位問題,人們并沒有什么疑問。然而,對于數字人工生命的實在論地位問題,人們的認識并不一致。它們是真實的生命嗎?它們的世界和我們的世界具有相同的實在論(或本體論)地位嗎?本文試圖回答這些問題并對一些反對意見進行批判性的分析。
    一、數字生命研究的主要內容
  數字生命的研究可以追溯到圖靈(A.Turing)和馮·諾伊曼(J.von Neumann)。圖靈證明生物的胚胎發育可以用計算的方法加以研究。馮·諾伊曼則試圖用計算的方法描述生物自我繁殖的邏輯形式。20世紀80年代,隨著計算機速度的大幅度提高以及個人計算機的普及,蘭頓(C.Langton)提出了在計算機虛擬環境中創造展示生命特征的人工生命的思想。1987年9月在美國圣菲研究所的支持下,蘭頓主持召開了第一屆國際人工生命研討會,這次會議宣布了一門新的計算機與生物學交叉的前沿學科的誕生。自1987年至今,包括數字生命在內的人工生命研究得到了越來越多的計算機專家和生物學家關注,出現了“生物形態”、Tierra世界、"Avida"、“阿米巴世界”等數字生命模型。下面我們舉兩個例子說明數字生命研究的主要內容。
  1.生物形態 在首屆國際人工生命研討會上,著名生物學家道金斯(R.Dawkins)展示的一個被稱為“生物形態”(Biomorphs)的程序格外引人注目。生物形態從一個默認的簡單線條畫開始,隨后產生若干變異了的線條。程序使這些變異出現在計算機屏幕上,可以使使用者看到。使用者這時扮演大自然的角色:根據自己的偏好,在屏幕上選擇最喜歡的圖畫。程序接著復制這種圖畫,并使它發生新的變異。使用者再次作出選擇使它發生新的復制和變異。多次重復上述突變和選擇過程,道金斯最后得到了許多個不相同的生物形態圖案。這些“生物形態”與自然界的許多生物形態有著驚人的相似性。
  在道金斯之后,皮克奧弗采用了一種更為簡單的新方法創造出更令人驚異的“生物形態”。皮克奧弗的方法是:在二維的平面上選取一個初始點,然后規定產生下一個點的特殊的函數規則。選擇不同的初始點,經過大量的迭代后,我們就會得到與真實自然界中的放射蟲等生物具有驚人相似性的計算機生物形態(詳細規則和圖形參見卡斯蒂,第45頁)。
  2.Tierra世界 1990年是數字生命發展不平凡的一年,美國熱帶雨林專家托馬斯·雷(Thomas Ray)編寫的Tierra(西班牙語,意為地球)模型轟動了整個人工生命界。雷宣稱,他的Tierra中的“生物”事實上就是“活的”。他把他的模型命名為“地球”,其意就在表明,人們已經在扮演上帝,開始了第二次創世紀!
  雷在編寫他的模型時,與大多數數字生命的模擬研究不同:他的目標不是直接模擬自然的生命,而是制造出完全不同于在我們周圍看得見的自然生命的生命形式。
  生命具有代謝、復制和進化的能力。在自然界中,生物是由有限的食物供給和有限的生存空間約束的。在Tierra中,“生物”由一系列能夠自我復制的機器代碼或程序組成,它在計算機中的復制分別受到計算機的存儲空間和CPU時間約束。能有效地占有內存空間和利用CPU時間的生物體,將具有更高的適應度,傳遞到下一代的機會就更大。
  在Tierra中,計算機的RAM(隨機訪問存儲器)中有一塊專門的空間,這個空間中放置了一個“祖先有機體”,該祖先有機體根據它的匯編程序代碼中的指令開始復制對它的生存是基本的代碼。隨著有機體的數目的增加,RAM中的空間減少了,因此有機體為了自己的生存空間開始競爭。
  為了運行包含在有機體匯編程序代碼中的指令,有機體需要計算機中央處理器的一定的時間(CPU時間)。因為每個有機體應該是一個獨立的實體,所以,每個有機體都能接近它自己私人的CPU。這一點在并行處理器上是很簡單的,但是,因為大多數計算機是串行處理器,所以必須做一些折衷處理。Tierra使用的解決方法是在單個處理器上給每個有機體依次分配“一段”時間(這是任何運行多任務操作系統的計算機使用的相同的方法,這些工作其實并不是真的同時運行的),在這段時間內它進行一定數量的工作。如果在這段時間并沒有完成這個工作,它也要臨時中斷,直到所有的工作運行了一些時間后,第一個工作重新啟動,開始新一輪的運行。這就在模型中引入了另外一種競爭。那種在較少時間內實現其功能的有機體,將處于優勢地位,因為它比它的鄰居能夠更快地復制,因此它能夠在其它的有機體占有空閑的內存空間之前占有更多的內存空間。
  Tierra的祖先有機體包含80個匯編程序指令,包括一個擴展的代碼,其中有產生子代有機體的方法。因為每一個由匯編程序指令編碼的行動具有一定的執行錯誤的概率,因此進化是可能的。
  為了避免快速復制的有機體快速填滿所有可用的內存空間,Tierra包含一個“收割器”功能,以模擬自然“死亡”。一旦群體達到某一臨界水平,“收割器”就開始消滅有機體。一般情況下,有機體一出生,它就進入收割器隊列。當收割器功能判定到了要求有犧牲者的時候,它總是清除隊列前面的有機體。產生錯誤的有機體被提到隊列的前面,而有效地完成行動的有機體則被拉回來。
  雷在運行Tierra時吃驚地發現,他的電子世界的的確確生出許多“生物”。開始時只有一個祖先生物,但經過526萬條指令的計算之后,仿佛寒武紀生物大爆發在區區數小時內發生了。這時,在Tierra虛擬世界中游動的是366種不同大小的生物。在運行25.6億條指令后,1180種不同大小的生物產生了。在新產生的生物中,不但出現了一些寄生生物,而且也出現了超寄生生物(靠其它寄生者生活的寄生者),甚至超-超-寄生生物。與真實世界中的生命演化類似,Tierra生物最終產生了對寄生生物具有免疫能力的生物。Tierra中還演化出了一些長期進化的特征,間斷平衡現象在Tierra模型中也被觀察到。另外,在Tierra世界中甚至可能演化出一些社會性行為。總之,差不多自然演化過程中的所有特征,以及與地球生命相近的各類功能行為組織,全部出現在Tierra中。
  雷的實驗是限制在單個的計算機中的,因此可能產生的演化生物的種類受到了一定程度的限制。雷已經提出在國際互聯網上建立Tierra,這樣就可以利用網上計算機中閑置的空間,作為Tierra資源的一部分。雷期望在這種新的條件下,他的“祖先生物”會演化出更多的物種和更多的存活和繁殖策略。
    二、虛擬的真實性
  上述“生物形態”、“放射蟲”、Tierra等,都是計算機根據簡單的規則產生的。如果根據人們建立科學模型的一些標準,比如簡單性、清晰性、無偏見性和易操作性等來衡量,那么,“它們的完美性不容置疑。畢竟,幾乎沒有哪個規則能夠比前面皮克奧弗用來產生放射蟲所采用的規則更簡單、更清晰”。(卡斯蒂,第49頁)根據這種完美性,我們能說它們可以作為真實世界生物體形式的一種模型嗎?問題似乎并不那么簡單。雖然這些計算機形態與我們今天在地球上看到的真實生物在某些方面非常相似,但也有很多差別。真實生物體是三維的對象,有豐富的內部結構,然而,計算機形態僅僅是二維創造物。而且,計算機形態實際上什么都不做,它們僅僅是數學對象。所以,“很難使人們相信,像放射蟲的硅形式這樣一個簡單三次方程模型,與大自然用來創建真實世界放射蟲的規則極為相近”(同上)。
  但是,如果我們換一種視角,即如果不考慮這些人工生命模型與真實世界的聯系,而是單從計算機內部來看時,我們會發現,模型本身是計算機內部的一種符號系統,它們按照規定的規則在計算機內部活動和表現。我們前面講到的人工生命例子,從道金斯的“生物形態”,一直到雷的“Tierra世界”,就都成為計算機硅世界中的“居民”,而不僅僅是現實生命世界的模型。這個“硅世界”中的“居民”事實上都是真實的存在。正如卡斯蒂所說:“根本沒有理由認為,我們所熟悉的世界擁有任何享有特權的本體狀態,并且比我們用硅而不是體外創建的世界更加真實。如果從計算機內部,而不是從通常的外部的觀點看它們的話,那么,這些計算機世界與我們自己的真實世界具有相同的真實性。”(同上,第51頁)
    三、數字生命實在性的理論論證
  今天,計算機的產生和發展已經使我們有可能創建許多可供選擇的世界,人工生命世界就是這樣的世界之一。這種關于計算機的全新觀點不可避免地提出了一些關于實在的基本的物理學和哲學問題。拉斯穆森(S.Rasmussen)就認為,“我們理解生命的努力迫使我們發展一個新的關于信息、生命、實在和物理過程關系的概念。”(Rasmussen p.768)拉斯穆森曾嘗試對數字生命的實在性問題進行理論論證。強人工生命,即相信數字生命是真實的生命的支持者的思想,在拉斯穆森這里得到了最鮮明的反映。
  根據圖靈,創造通用的計算機是可能的。而根據弗里德金(E.Fredkin)(1990)和蘭頓(1991),物理事物的過程本身實際上也可以被看作是計算。所以,拉斯穆森得出了他的第一個邏輯前提:
  公理1:圖靈機層次上的通用計算機可以模擬任何物理過程(物理的邱奇-圖靈命題)。
  從馮·諾伊曼到蘭頓,人工生命支持者的一個核心思想是:生命的本質是形式而不是具體的物質實體;是物質組織的性質,而不是物質事物本身。因此,我們可以得出第二條公理:
  公理2:生命是一種物理過程。
  從公理1和公理2,我們可以得出如下一條推論:
  推論1:因為圖靈機可以模擬任何物理過程,而生命是一種物理過程,所以,用通用圖靈機模擬生命過程是完全可能的。
  定義生命是非常困難的。但不管怎樣,定義生命是可能的。隨著生命科學的進一步發展,人們的認識可能最終會達成共識。據此,我們又可以得出這樣的公理:
  公理3:存在著一些標準,根據這些標準,我們可以區分生命和非生命。
  從公理3,我們可以得出這樣的推論:
  推論2:既然原則上可以根據確定的標準區分生命和非生命,那么,根據這些標準應當能夠確定一些計算機過程是否是有生命的。
  生命的一個重要特征是它與外界環境的靈活適應的關系。這意味著,即使是最簡單的生命客體也必定有原始的自我和自我的外部環境的概念。因此,在創建數字生命程序時,我們也需要為其創造一個適應它生存的環境。這樣,在計算機中,數字生命就和它的環境發生適應性反應,甚至在計算機環境的“自然選擇”下,數字生命會發生適應性進化,就像Tierra中的有機體因為內存空間和CPU時間的限制而發生進化一樣。這樣,數字生命與其環境之間就形成了一個自我封閉的系統,這個系統我們可以把它看作是一個新的實在世界。正像我們的實在世界按著自然的規律產生出支持生命的環境并進而產生出生命一樣,計算機世界也可以產生出支持生命存在的環境,并進而產生數字生命。因此,可以得到:
  公理4:人工生命必然能感受到一個實在R[,2],這個實在對它的真實性,就像真實的實在R[,1]對我們的真實性一樣。
  從邏輯上說,我們可以在計算機中創造一個與外部真實世界的物理過程完全不同的世界,在這些新世界中,我們遇到的事物完全可以根據它們所在的那個世界的規則加以評判。因此,R[,1]和R[,2]的性質可能完全不同。但從原則上說,R[,2]是一個獨立的世界。所以,我們又可以得到這樣的公理:
  公理5:R[,1]和R[,2]具有相同的實在論地位。
  從公理5和推論1,我們可以得出第三個推論:
  推論3:在計算機中產生的生命過程有著自己獨立的實在論地位,而不僅僅是對現實生命的模擬。
    四、哥德爾定理與數字生命
  1.一種批評的觀點 圖靈曾提出用計算機創造智能的思想,并提出了著名的“圖靈檢驗”。然而,圖靈的思想受到了諸多學者的反對,其中比較有名的是美國哲學家盧卡斯(J.R.Lucas)。盧卡斯的出發點是哥德爾定理。他說:“哥德爾定理必須應用于控制論的機器,因為機器的本質應當是一個形式系統的具體實現。這意味著,給定任何一致的、能夠做簡單的算術的機器,必定有一個公式機器不能證明它是真的——就是說,該公式在這個系統中不能被證明,但我們卻能看出它是真的。因此,沒有機器可以成為心的完全的或適當的模型,心在本質上不同于機器”。(Lucas,p.13)后來英國物理學家彭羅斯(R.Penrose)在《皇帝新腦》中,對盧卡斯論證作了進一步的擴展,以證明人心比計算機聰明。
  與此類似,人工生命產生之后,也有人根據哥德爾定理否定它的實在論地位。
  根據拉斯穆森的公理4,人工生命感受的人工實在是真實的,就像我們感受的現實實在是真實的一樣。現實世界的事物都處在真實的時間和空間中,事物與事物之間的各種相互作用受到自然界的各種物理規律的支配。計算機人工生命世界中的各種事物之間也應當按著自己的特定規則發生相互作用。由于人工生命的實在世界是我們通過編程創造出來的,因此,它就是一個非常特殊的世界。這個世界實際上跨越了兩個世界:一個是現實的世界,因為計算機本身是由現實世界中的物理器件構成的,它的運行受現實世界中的物理規律的約束;另一個是抽象的世界,即數學的世界,因為計算機在計算的時候處理的是各種算法。換句話說,它是一個純粹的數學過程,屬于符號對象及其相互關系的世界。
  計算世界是按照嚴格的規則運行的世界。在創造數字人工生命客體時,我們同時需要創造這種生命所要生存的整個環境。數字人工生命創造者必須能夠給計算機系統編制出一組形式模型,這個模型可以產生能夠支持數字生命的人工過程。蘇靈斯三世(J.P.Sullins Ⅲ)曾把數字生命的這個隱含的思想表述成如下的公理形式:“存在一組最小的形式系統,它可以被用作創造一個完整的能夠支持人工生命的人工物理過程。”(Sullins Ⅲ,p.9)
  由于這樣的世界對人工生命來說就像真實世界對我們來說一樣真實,所以,對人工生命為真的一切事件都應當在這個系統中被推演出來。然而,哥德爾的不完備定理告訴我們,在任何一個其能力強大到足以表達任何關于整數的陳述的邏輯一致性系統內,總存在一些陳述,利用該邏輯系統中的規則,它們既不能得到證明,也不能得到否證。具體到強人工生命,哥德爾定理意味著,至少有一個為真的實在對象在我們可以想象得到的人工世界——即一個完備的數學形式系統——中將總是不能出現或者沒有保證。由于人工世界總是丟失實在的一些重要部分,所以,蘇靈斯三世認為,人工實在R[,2]在本體論上與我們的實在R[,1]并不能真正等同。因此,人工實在不可能支持真正的生命。(Sullins Ⅲ)
  2.對批評的批評 盧卡斯的觀點發表后,美國哲學家懷特利(C.H.Whitely)發表了雖簡短但強有力的反駁。懷特利對盧卡斯論證給出了一個非常有趣的反論證。考慮這樣一個陳述:“盧卡斯不能一致地肯定這個陳述。”這句話是一個真的陳述,因為如果盧卡斯肯定這個陳述,他自己就會自相矛盾。這就是說,懷特利和我們都能看到這個陳述是真的,而盧卡斯自己卻不能:一當他肯定這個陳述,就等于他否定了這個陳述。由此,懷特利反問道,這是不是意味著懷特利和我們能夠證明,而盧卡斯不能呢?顯然不能這么說。所以,懷特利認為,盧卡斯的論證是有缺陷的。
  這個例子說明,問題的關鍵是我們能不能跳到系統之外去看問題。當盧卡斯和彭羅斯在論證人心勝過計算機時,他們把人放在系統之外,但卻把計算機放在系統之內。我們讓我們自己處在一個更高的層次來確定哥德爾命題的真偽,這樣分析問題,肯定得出對人有利的結論。
  人工生命和人工智能的情況稍微有些不同。在人工生命的情況下,人們感興趣的是人工生命的世界能不能建立。蘇靈斯三世在把哥德爾定理運用到人工生命時,主要是認為,人工生命世界與現實世界不能完全等同,因為在人工世界總有一些性質在系統內部無法確定。這里似乎隱含著哥德爾定理不適合現實世界。事實上,哥德爾定理在現實世界同樣成立。所以,有人就反問道,既然哥德爾的不完全定理在我們的世界也成立,而這并沒有影響我們世界的實在性,那為什么哥德爾不完全定理在人工實在中成立,就要影響它的實在性呢?
  反對強人工生命的人要求計算機虛擬世界要與我們的世界完全地一一對應,其實這是一個誤解。我們已經知道,計算機人工生命并不一定是現實生命的真實的一對一的模擬,比如,Tierra就是一個完全新型的人工系統。人工生命主要模擬的是生命的特征,而不是在具體構成上對生命進行一對一的模擬。另外,我們也說過,計算機不僅是一個數字處理機,而且是一個創造的工具。所以,我們說R[,2]世界和R[,1]世界具有相同的實在論地位,這并不是說它們必須一一對應,而是說在計算機中,事件與事件之間的關系與現實世界中事件與事件之間的關系一樣,是因果的關系。
哲學研究京70~75B2科學技術哲學李建會20032003李建會 北京師范大學哲學系 作者:哲學研究京70~75B2科學技術哲學李建會20032003
2013-09-10 21:48

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