有没有想过炒菜用的食盐是由三个物理学规则——库仑定律、泡利不相容定律和量子力学互相作用的结果,开水翻滚和风暴都是浮力(基于密度和重力)压制了表面张力驱动流引起的,太阳系是能量守恒、动量守恒和引力作用的结果。盐晶、风暴、太阳系等都是根据简单的化学和物理规律自发形成的简单无目的无导向的复杂事物(I型)。然而,在我们周围无穷无尽的事物中,还有一类仅仅依赖于简单的化学物理定律自发形成的概率几乎是零的复杂事物(II型),如我们自身和计算机、宇宙飞船等人类智慧产物。地球不同于其他行星的独特之处便是具有II型复杂事物。
那么,这些概率上完全不可能的复杂事情是如何产生的呢?答案在爱荷华州立大学教授所著的《复杂的引擎》这本书中可以找到。作者将信息、复杂性和进化综合考虑,用信息和进化将技术、生物学和计算机联系起来,从独特的角度回答了这个困扰了许多杰出思想家数世纪的关于复杂性来源的问题,读后令人脑洞大开。

从化学和物理学的角度看,II型事物是如此的复杂和不可能以至于很容易认为如果没有超自然力量的干预,它们不可能存在。《复杂的引擎》作者认为II型事物的形成除了化学物理定律外,还需要附加信息也就是“指令”。这些让复杂事物成为可能的附加信息从何而来?答案是“复杂引擎”,也就是对随机变化的积累选择。简单来说,需要有初始输入信息,然后初始信息在某种会产生细微随机变化的复制机制作用下产生出比输入更多的输出信息,这些输出信息被某种带有目的性的(选择规则)选择机制选择,筛选出最符合选择规则的信息,以此作为新的输入,重复循环“输入-复制-选择”直至获得最符合预期的结果。
由于反复选择可以积累有用的信息,信息会变得越来越好并且选择会不断作用于信息的产物,最终的产物也许会变得极为不可能。“复杂引擎”是一个目的性极强的进化机制,可以让概率上不可能生成的复杂事物成为可能。它的核心是产生细微变化的复制和选择最符合某种标准的复制体,本质是计算。
通过控制“复杂引擎”的循环,如引入人为的变化、新的复制方法或者替换选择规则就有可能得到期望的结果。一切发明创造都是引擎运转的结果。发明家将想法动手制作成原型,然后检验、修改,再检验、再修改,不断地反复,直至得出一个满意的设计方案。有时候成品已跟最初的尝试千差万别。现在街上跑着的汽车与德国工程师卡尔.本茨在1885年发明的第一辆汽车已有天壤之别。经100多年来不断地改进、创造,现在的汽车在外形、装载能力、速度和其他性能上都得到了巨大的提升和完善。“复杂引擎”的作用让汽车越来越能满足人类的消费需求。

“复杂引擎”也在我们的身体内运作。当受到病原微生物攻击时,我们身体内的免疫系统会产能识别并与病原物(抗原)结合的抗体,从而阻止其行动,保护我们不因微生物感染而生病。但是病原菌种类多样,免疫系统是如何产生出能识别任何可能的外来病原的抗体的呢?人体的免疫细胞(B细胞)受病原刺激后被激活,进行DNA复制准备细胞分裂。B细胞会产生特定的酶让编码抗体基因的DNA复制容易出错,也就是导致抗体基因突变。突变后产生与抗原(病原菌)结合更紧密抗体的B细胞被选择进行复制分裂,而且会分裂更快。产生的抗体结合不好的B细胞不再分裂,被淘汰。通过这个反复突变和选择过程,对入侵病原具有高度特异性的新B细胞很快就能进化出来,速度比大部分病原菌进化出绕过防御机制的速度更快。因此,“复杂引擎”的运作使我们免于受到大多数病原菌的侵害。
“复杂引擎”的驱动也会给我们的生活带来挑战。抗生素是20世纪最伟大的发明之一,但是使用剂量不当或不遵医嘱,通常会不能杀死所有入侵细菌,而存活的细菌受到抗生素的选择,可能会具有很强的耐药性。如果它们被传染给也不尊医嘱的某个人,又可选择出更强的耐药性。如此反复,强耐药性的菌株便会传播开,进化产生,抗生素失效。这也是为什么在医院通常会有很多耐抗生素菌株,因此在医院被感染危险性比在家里大得多。
“复杂引擎”驱动着生命的进化、社会和技术的进步。它让一切皆有可能发生。如果人类没有消灭自己,也许在我们有生之年可以看到注入血管识别和摧毁癌细胞的纳米机器人,可以看到基因工程师坐在电脑前“设计”抗病的水稻新种或可以降解有毒垃圾的新微生物,可以看到脑机交互的成功,这样人类和机器可以交换信息,人类的记忆和思维将脱离人体的限制而不朽。对于这些“复杂引擎”带来的新实现,你准备好参与了吗?
《复杂的引擎》用非专业读者也能理解的语言探讨复杂性形成的机制问题。本书适合专家、高中以上学生和科研工作者阅读,尤其是在校学生,毕竟人类学习也是由“复杂引擎”运作的。
▼ 点 阅读原文, 购买《第一推动丛书·综合系列:复杂的引擎》
继续阅读
阅读原文