论数字生命的实在论地位

论数字生命的实在论地位 2008 10 17 16 25 03 来自 sdpfoue 晒母昂油 论数字生命的实在论地位 作 者 李建会 北京师范大学哲学系 北京 100875 20 世纪的计算革命导致了自伽利略以来又一场新的方法论革命 这场方法论革命的产物之一就是计算机 和生物学交叉的前沿学科 人工生命的诞生 作为一门学科 人工生命以计算机为工具 力图在计算机 或现实世界中创造出具有生命特征的人工实体 人工生命 人工生命主要有两种形式 虚拟人工生命 也叫数字版本的人工生命 和现实人工生命 又叫机器人版本的人工生命 数字人工生命主要采取软 件的形式在计算机中创造人工生命 机器人人工生命主要采取硬件的方式在现实世界中创造展示生命特征 的人工生命 对于机器人版本的人工生命的实在论地位问题 人们并没有什么疑问 然而 对于数字人工 生命的实在论地位问题 人们的认识并不一致 它们是真实的生命吗 它们的世界和我们的世界具有相同 的实在论 或本体论 地位吗 本文试图回答这些问题并对一些反对意见进行批判性的分析 一 数字生命研究的主要内容 数字生命的研究可以追溯到图灵 A Turing 和冯诺伊曼 John von Neumann 图灵证明生物的胚胎发育 可以用计算的方法加以研究 冯诺伊曼则试图用计算的方法描述生物自我繁殖的逻辑形式 到了 20 世纪 70 年代和 80 年代 随着计算机速度的大幅度提高以及个人计算机的普及 在康韦 J Conwey 等人有 关 生命游戏 研究的基础上 兰顿 C Langton 提出了在计算机虚拟环境中创造展示生命特征的人工生 命的思想 1987 年 9 月在美国圣菲研究所的支持下 兰顿主持召开了第一届国际人工生命研讨会 这次 会议宣布了一门新的计算机与生物学交叉的前沿学科的诞生 自 1987 年至今 包括数字生命在内的人工 生命研究得到了越来越多的计算机专家和生物学家关注 出现了 生物形态 Tierra 世界 Avida 阿米巴世界 等数字生命模型 其中一些模型曾是著名科学杂志 自然 和 科学 报道的热点 下面 我们举两个例子说明数字生命研究的主要内容 1 生物形态 在首届国际人工生命研讨会上 著名生物学家道金斯 R Dawkins 展示的一个被称为 生物形态 Biomorphs 的程序格外引人注目 生物形态从一个默认的简单线条画开始 随后产生若干变异了的线 条 程序使这些变异出现在计算机屏幕上 可以使使用者看到 使用者这时扮演大自然的角色 根据自己 的喜好 在屏幕上选择最喜欢的图画 程序接着复制这种图画 并使它发生新的变异 使用者接着选择最 喜欢的图画使它发生新的复制和变异 多次重复上述突变和选择过程 道金斯最后得到了许多个不相同的 生物形态图案 这些生物形态与自然界的许多生物形态有着惊人的相似性 在道金斯之后 皮克奥弗采用了一种新的更为简单的方法创造出更令人惊异的生物形态 皮克奥弗的方法 是 在一个二维的平面上选取一个初始点 然后规定产生下一个点的特殊的函数规则 选择不同的初始点 经过大量的迭代后 我们就会得到与真实自然界中的放射虫等生物具有惊人相似性的计算机生物形态 详 细规则和图形可参见卡斯蒂 1998 中文版 45 2 Tierra 世界 1990 年是数字生命发展的一个不平凡的一年 美国热带雨林专家托马斯 雷 Thomas Ray 编写的 Tierra 西班牙语意为地球 模型轰动了整个人工生命界 雷宣称 他的 Tierra 中的 生物 事实上就是 活的 他把他的模型命名为 地球 其意就在表明 人们已经在扮演上帝 开始了第二次创世纪 雷在编写他的模型时 与大多数数字生命的模拟研究不同 他的目标不是直接模拟自然的生命 而是制 造出完全不同于在我们周围看得见的生命形式 一般地说 生命都具有新陈代谢 复制和进化的能力 在自然界中 生物是由有限的食物供给和有限 的生存空间约束的 在 Tierra 中 生物 由一系列能够自我复制的机器代码或程序组成 它在计算机中 的复制分别受到计算机的存储空间和 CPU 时间约束 能有效地占有内存空间和利用 CPU 时间的生物体 将具有更高的适应度 传递到下一代的机会就越大 在 Tierra 中 计算机的 RAM 随机访问存储器 中有一块专门的空间 这个空间中放置了一个 祖 先有机体 该祖先有机体根据它的汇编程序代码中的指令开始复制对它的生存是基本的代码 随着有机 体的数目的增加 RAM 中的空间减少了 因此有机体为了自己的生存空间开始竞争 为了运行包含在有机体汇编程序代码中的指令 有机体需要计算机中央处理器的一定的时间 CPU 时 间 因为每个有机体应该是一个独立的实体 所以 每个有机体都能接近它自己私人的 CPU 这一点在 并行处理器上是很简单的 但是 因为大多数计算机是串行处理器 所以必须做一些折衷处理 Tierra 使 用的解决方法是在单个处理器上给每个有机体依次分配 一段 时间 这是任何运行多任务操作系统的计 算机使用的相同的方法 这些工作其实并不是真的同时运行的 而是给每个工作分配一定的时间 在这段 时间内它进行一定数量的工作 如果在这段时间并没有完成这个工作 它就临时中断 开始运行下一个工 作 直到所有的工作运行了一些时间后 第一个工作重新启动 开始新一轮的运行 因此 在 Tierra 内 某个有机体得到一段时间 在这段时间内 它可以执行固定数目的指令直到它变成休眠状态 然后机会就 给予了另外一个有机体 这就在模型中引入了另外一种竞争 那种在较少时间内实现其功能的有机体 将 处于优势地位 因为它比它的邻居能够更快地复制 因此它能够在其它的有机体占有空闲的内存空间之前 占有更多的内存空间 Tierra 的祖先有机体包含 80 个汇编程序指令 包括一个扩展的代码 其中有产生子代有机体的方法 因为每一个由汇编程序指令编码的行动具有一定的执行错误的概率 因此进化是可能的 为了避免快速复制的有机体快速填满所有可用的内存空间 Tierra 包含一个 收割器 功能 以模拟 自然 死亡 一旦群体达到某一临界水平 收割器 就开始消灭有机体 一般情况下 有机体一出生 它就进入收割器队列 当收割器功能判定到了要求有牺牲者的时候 它总是清除队列前面的有机体 产生 错误的有机体被提到队列的前面 而有效地完成行动的有机体则被拉回来 雷在运行它的 Tierra 时吃惊地发现 他的电子世界的的确确生出许多 生物 开始时只有一个祖先 生物 但经过 526 万条指令的计算之后 仿佛寒武纪生物大爆发在区区数小时内发生了 这时 在 Tierra 虚拟世界中游动的是 366 种不同大小的生物 在运行 25 6 亿条指令后 1180 种不同大小的生物产生了 在新产生的生物中 不但出现了一些寄生生物 而且也出现了超寄生生物 靠其它寄生者生活的寄生者 甚至超 超 寄生生物 与真实世界中的生命演化类似 Tierra 生物最终产生了对寄生生物具有免疫能力的 生物 Tierra 中也演化出了一些长期进化的特征 间断平衡现象在 Tierra 模型中也被观察到 另外 在 Tierra 世界中甚至可能演化出一些社会性行为 Ray 1991 总之 差不多自然演化过程中的所有特征 以及与地球生命相近的各类功能行为组织 全都出现在 Tierra 中 雷的实验是限制在单个的计算机中的 由于这台计算机的 CPU 和内存规定了 Tierra 的边界 因此可 能产生的演化生物的种类受到了一定程度的限制 雷已经提出在国际互联网上建立 Tierra 这样就可以利 用网上计算机中闲置的空间 作为 Tierra 资源的一部分 雷期望在这种新的条件下 他的祖先生物会演化 出更多的物种和更多的存活和繁殖策略 二 虚拟的真实性 前面我们提到的道金斯的生物形态 皮克奥弗的放射虫 雷的 Tierra 等 都是计算机根据简单的规则 产生的 如果根据人们建立科学模型的一些标准 比如简单性 清晰性 无偏见性和易操作性等来衡量 那么 它们的完美性不容置疑 毕竟 几乎没有哪个规则能够比前面皮克奥弗用来产生放射虫所采用的 规则更简单 更清晰 卡斯蒂 1998 中文版 49 根据这种完美性 我们能说它们可以作为真实世 界生物体形式的一种模型吗 问题似乎并不那么简单 虽然这些计算机形态与我们今天在地球上看到的真 实生物在某些方面非常相似 但也有很多差异 真实生物体是三维的对象 有丰富的内部结构 然而 生 物形态仅仅是二维创造物 根本没有体积 而且 生物形态实际上什么都不做 它们仅仅是数学对象 所 以 当这些计算机创造物面对 可信度 问题时 无一幸免地遭到了失败 很难使人们相信 像放射虫 的硅形式这样一个简单三次方程模型 与大自然用来创建真实世界放射虫的规则极为相近 同上 但是 如果我们换一种视角 即是说 如果我们不考虑这些人工生命模型与真实世界的联系 而是单 从计算机内部来看模型 那情况会是怎样的呢 这时 我们会发现 模型本身是计算机内部的一种符号系 统 它们按着规定的规则在计算机内部活动和表现 以皮克奥弗的放射虫为例 如果我们只是从计算机硅 世界本身来看它 那么 它就不再是放射虫的模型 而是一种计算机生物形态自身的定义 在那个人工 世界中 产生放射虫的规则就是生命 同上书 50 这就是说 如果我们放弃对人工生命模型与真实生命的联系的关注 而去思考作为一个硅世界的人工 生命系统 我们前面讲到的人工生命例子 从道金斯的生物形态 一直到雷的 Tierra 世界 就都成为 计算机硅世界中的 居民 而不仅仅是现实生命世界的模型 这个 硅世界 中的 居民 事实上都是 真实的存在 很多人可能会觉得这个结论完全不可思议 但正如卡斯蒂所说 那仅仅是一种偏见 根本没有理由 认为 我们所熟悉的世界拥有任何享有特权的本体状态 并且比我们用硅而不是体外创建的世界更加真实 如果从计算机内部 而不是从通常的外部的观点看它们的话 那么 这些计算机世界与我们自己的真实世 界具有相同的真实性 卡斯蒂 1998 中文版 51 三 数字生命实在性的理论论证 计算机在刚产生时 主要目的是为了完成工作量巨大的数值计算 然而今天我们知道 计算机不仅可 以计算 而且可以创造 计算机不只是一个数字 捣弄机 而且是一种创造新世界的工具 在计算机产 生之前 我们被限制在一个世界中 即我们真实的地球世界 而今天 计算机的产生和发展已经使我们有 可能创建许多可供选择的世界 人工生命世界就是这样的世界之一 这种关于计算机的全新观点不可避免 地提出了一些关于实在的基本的物理学和哲学问题 拉斯穆森 Steen Rasmussen 就认为 计算机新工 具的出现 不仅可以使我们从新的视角提出问题 而且可以使我们从新的视角回答这些问题 他说 我 相信 我们理解生命的努力迫使我们发展一个新的关于信息 生命 实在和物理过程关系的概念 Rasmussen 1991 768 拉斯穆森曾尝试对数字生命的实在性问题进行理论论证 强人工生命 即 相信数字生命是真实的生命的支持者的思想在拉斯穆森这里得到了最鲜明的反映 根据图灵 创造通用的计算机是可能的 而根据兰顿 1991 和弗里德金 E Fredkin 1990 物理世界支持通用的计算 物理事物的过程本身实际上也可以被看作是计算 所以 拉斯穆森得出了他的 第一个逻辑前提 公理 1 图灵机层次上的通用计算机可以模拟任何物理过程 物理的丘奇 图灵命题 从冯诺伊曼到兰顿 人工生命支持者的一个核心思想是 生命的本质是形式而不是具体的物质实体 是物质组织的性质 而不是物质事物本身 因此 我们可以得出第二条公理 公理 2 生命是一种物理过程 从公理 1 和公理 2 我们可以得出如下一条推论 推论 1 因为图灵机可以模拟任何物理过程 而生命是一种物理过程 所以 用通用图灵机模拟生命过程 是完全可能的 我们知道 定义生命是非常困难的 但不管怎样 定义生命是可能的 虽然我们给出的定义有些人可 能并不赞同 但随着生命科学的进一步发展 人们的认识可能最终会达成共识 据此 我们又可以得出这 样的公理 公理 3 存在着一些标准 根据这些标准 我们可以区分生命和非生命 从公理 3 我们可以得出这样的推论 推论 2 既然原则上可以根据确定的标准区分生命和非生命 那么 根据这些标准应当能够确定一些计算 机过程是否是有生命的 生命的一个重要特征是它与外界环境的灵活适应的关系 这意味着 即使是最简单的生命客体也必定 有原始的自我和自我的外部环境的概念 因此 在我们创建的计算机生命程序时 我们也需要为这种生命 创造一个适应它生存的环境 这样 在计算机中 计算机生命就和它的环境发生适应性反应 甚至在计算 机环境的 自然选择 下 计算机生命会发生适应性进化 就像 Tierra 中的有机体因为内存空间和 CPU 时间的限制而发生进化一样 这样 计算机生命与其环境之间就形成了一个自我封闭的系统 这个系统我 们可以把它看作是一个新的实在世界 正像我们的实在世界按着自然的规律产生出支持生命的环境并进而 产生出生命一样 计算机世界也可以产生出支持生命存在的环境 并进而产生计算机生命 因此 我们可 以得到如下的公理 公理 4 人工生命必然能感受到一个实在 R2 这个实在对它的真实性 就像真实的实在 R1 对我们的真实 性是一样的 从逻辑上说 我们可以在计算机中创造一个与外部真实世界的物理过程完全不同的世界 比如我们可 以在 R2 中创造一个引力为负的世界 在这些新世界中 我们遇到的事物完全可以根据它们所代表的那个 世界的规则加以评判 因此 R1 和 R2 的性质可能完全不同 但从原则上说 R2 是一个独立的世界 所 以 我们又可以得到这样的公理 公理 5 R1 和 R2 具有相同的实在论地位 从公理 5 和推论 1 我们可以得出第三个推论 推论 3 在计算机中产生的生命过程有着自己独立的实在论地位 而不仅仅是对现实生命的模拟 四 哥德尔定理与数字生命 1 一种批评的观点 数字人工生命的最高形式可能就是在计算机中创造出像人一样具有智能的生命 计算机专家图灵最早 提出用计算机创造智能的思想 并提出了著名的 图灵检验 作为检验机器智能的标准 然而 图灵的 思想受到了诸多学者的反对 其中比较有名的是美国哲学家卢卡斯 Lucas 卢卡斯的出发点是哥德尔定理 他说 哥德尔定理必须应用于控制论的机器 因为机器的本质应当是一个形式系统的具体实现 这意味 着 给定任何一致的 能够做简单的算术的机器 必定有一个公式机器不能证明它是真的 就是说 该 公式在这个系统中不能被证明 但我们却能看出它是真的 因此 没有机器可以成为心的完全的或适当的 模型 心在本质上不同于机器 Lucas 1961 113 比如 我们说 这个公式在这个系统中是不能证 明的 就是一个不能证明的命题 但是人心却能看出它是真的 后来英国物理学家彭罗斯 Roger Penrose 在 皇帝新脑 一书中 对卢卡斯论证作了进一步的扩展 以证明人心比计算机聪明 与卢卡斯等人利用哥德尔定理否定计算机可以像人一样具有真正的智能类似 人工生命产生之后 有 人也根据哥德尔定理否定计算机可以产生真正的生命 根据拉斯穆森的公理 4 人工生命感受的人工实在是真实的 就像我们感受的真实实在是真实的一样 真实世界的事物都处在真实的时间和空间中 事物与事物之间的各种相互作用受到自然界的各种物理规律 的支配 计算机人工生命世界中的各种事物之间也应当按着自己的特定规则发生相互作用 由于人工生命 的实在世界是我们通过编程创造出来的 因此 这个世界就是一个非常特殊的世界 这个世界实际上跨越 了两个世界 一个是实际的世界 因为计算机本身是由实际世界中的物理器件构成的 它的运行受实际世 界中的物理规律的约束 另一个世界是一个抽象的世界 即数学的世界 因为计算机在计算的时候处理的 是各种算法 换句话说 如果我们把计算看作是现实世界中的计算机器不断地在内存中搬动开关的过程 那么它就是深深根植于物质可观察世界中的过程 另一方面 如果我们把计算看作是根据一组规则的运算 那么它就是一个纯粹的数学过程 属于符号对象及其相互关系的世界 计算世界是按着严格的规则运行的世界 我们在创造数字人工生命客体时 我们同时需要创造这种生 命所要生存的整个的物理环境 数字生命及其物理环境之间需要有非常协调的适应性相互作用 数字生命 本身及其生存的物理环境都需要通过对计算机进行编程得来 因此 数字人工生命创造者必须能够保证 他们能够给计算机系统编制出一组形式模型 这个模型可以产生能够支持数字生命的人工物理过程 苏灵 斯 John P Sullins 曾把数字生命的这个隐含的思想表述成如下的公理形式 存在一组最小的形式系统 它可以被用作创造一个完整的能够支持人工生命的人工物理过程 Sullins 1999 9 由于这样的世界对人工生命来说就像真实世界对我们来说一样真实 所以 对人工生命为真的一切事 件都应当在这个系统中被推演出来 然而 哥德尔的不完备定理告诉我们 建造一个逻辑一致的形式系统 证明所有的算术真理是不可能的 换句话说 哥德尔的不完备定理认为 在任何一个其能力强大到足以表 达任何关于整数的陈述的逻辑一致性系统内 总存在一些陈述 利用该逻辑系统中的规则 它们既不能得 到证明 也不能得到否证 就是说 目前我们还不可能有一个完整的能够把握即使是最简单的数学系统的 全部的形式系统 具体到强人工生命 哥德尔定理意味着 至少有一个为真的实在对象在我们可以想象得 到的人工世界 即一个完备的数学形式系统 中将总是不能出现或者没有保证 由于人工世界总是丢 失实在的一些重要部分 所以 苏灵斯认为 人工实在 R2 在本体论上与我们的实在 R1 并不能真正等同 因此 苏灵斯认为 人工实在不可能支持真正的生命 Sullins 1999 2 对批评的批评 卢卡斯的观点发表后 美国哲学家怀特利 C H Whitely 发表了虽简短但强有力的反驳 怀特利对 卢卡斯论证给出了一个非常有趣的反论证 考虑这样一个陈述 卢卡斯不能一致地肯定这个陈述 这 句话是一个真的陈述 因为如果卢卡斯肯定这个陈述 他自己就会自相矛盾 这就是说 怀特利和我们都 能看到这个陈述是真的 而卢卡斯自己却不能 一当他肯定这个陈述 就等于他否定了这个陈述 由此 怀特利反问道 这是不是意味着怀特利和我们能够证明事情 而卢卡斯不能呢 这是否意味着我们比卢卡 斯聪明呢 显然不能这么说 所以 怀特利认为 卢卡斯的论证是有缺陷的 这个例子说明 问题的关键是我们能不能跳到系统之外去看问题 哥德尔陈述的正确性在系统之内无 法证明或否证 但在系统之外 我们发现这些陈述的确正确 当卢卡斯和彭罗斯在论证人心胜过计算机时 他们把人放在系统之外 但却把计算机放在系统之内 我们让我们自己处在一个更高的层次来确定哥德尔 命题的真伪 却让计算机在其形式系统内部来确定 卢卡斯和彭罗斯等人这样来分析问题 肯定得出对人 有利的结论 人工生命和人工智能的情况稍微有些不同 对于人工智能 人们感兴趣的是计算机能不能比人聪明 但在人工生命的情况下 人们感兴趣的是人工生命的世界能不能建立 苏灵斯在把哥德尔定理运用到人工 生命时 主要是认为 人工生命世界与现实世界不能完全等同 因为在人工世界总有一些性质在系统内部 无法确定 这里似乎隐含着哥德尔定理不适合现实世界 事实上 哥德尔定理在现实世界同样成立 所以 有人就反问道 既然哥德尔的不完全定理在我们的世界也成立 而这并没有影响我们世界的实在性 那为 什么哥德尔不完全定理在人工实在中成立 就要影响它的实在性了呢 反对强人工生命的人要求计算机虚拟世界要与我们的世界完全的一一对应 其实这是完全的误解 我 们已经知道 计算机人工生命并不一定是现实生命的真实的一对一的模拟 比如 Tierra 就是一个完全新 型的人工系统 人工生命主要模拟的是生命的特征 而不是在具体构成上对生命进行一对一的模拟 另外 我们也说过 计算机不仅是一个数字处理机 而且是一个创造的工具 所以 我们说 R2 世界和 R1 世界 具有相同的实在论地位 我们并不是说它们必须一一