科学论道二十三、

逻辑世界与人工生命

Tierra（西班牙语为“地球”）世界是由美国特拉华大学教授托马斯.雷(Thomas.S.Ray)于1990年创建。雷教授是一位博物学家，热带植物学家。多年来，他一直在探寻地球上生命进化的奥秘。后来，他想到了在计算机上创建不同于自然界生命的数字生命的构想。

他设计的计算机实验是这样的：把关于生命进化的概念引进计算机领域，用数字计算机提供的资源（RAM单元，CPU时间以及操作系统）为数字生命提供一个生存环境，同时引进相应的机制，如死亡机制、变异机制，由此来探索生命进化过程中出现的各种现象、规律以及复杂系统的涌现行为。

1990年1月9日，雷教授编写了一个指令长度为80的具有自复制能力和变异能力的汇编语言程序，随后将该程序置入计算机系统中。第二天，托马斯·雷惊喜地发现，Tierra果真生出许多生命体，并且在上千次计算机换代之后，物种通常呈现出多样性，有不同大小和不同规格，有不同寿命，不同的生态关系（独立性、寄生、共生等）。在Tierra的运行过程中，随着进化的推进，数字生命种类日益增多，“单细胞”逐渐进化为“多细胞”，形成自己的数字生态环境，同时也出现了类似于自然界中物种大爆发那样的物种爆发现象。此外，Tierra还能产生（对寄生物有免疫能力的）特定生物。经过一段时间的进化，还会产生数字社会。这种数字生命世界与真实生命世界之间的相似之处还在于，在我们的真实生命世界中，生命利用太阳获得自己所需的物质和能量，这些自然生命形式在地球的自然环境中诞生，然后不断进化。在Tierra中，数字生命（表现为具有自复制能力的计算机程序的形式）利用计算机的中央处理器时间去组织机器的存储空间。

在自然界中，生命逐步进化，为食物、住所、配偶而开展生存竞争。那些留下较多后代的基因型随时间推移而不断增加，群体中适应度低的后代其数量逐渐减少直至灭绝。在Tierra世界中，数字生命经历同样的历程，这些（表现为自复制程序的）数字生命为争夺中央处理器时间和内存而开展竞争。它们不断变化自身策略以互相利用，那些能够获得更多时间和存储空间的程序可以留下更多的复制品（后代）。在自然界中，生命的生存、进化依赖于自然环境；在Tierra世界中，计算机的中央处理器和内存构成进化过程赖以进行的物理环境（即赛场）。在自然界中，生命由碳水化合物有机合成；而Tierra世界的数字生命由机器的汇编语言编写的自复制程序所组成。因此，Tierra中的生命也就是我们真实生命世界的生命形式的数字版本。换言之，与地球上真实生命相似的各种行为，自然进化中所有的特征，都可以出现在Tierra世界的合成数字生命的之中。

Tierra世界中的数字生命，现在称之为“人工生命”。“人工生命”概念的出现，使得人们对生命的定义不得不重新思考。这些说起来只不过是一些程序的东西，能称得上是生命吗？如果不是，为何其形态以及发展进化规律与真正的自然生命如此相似？如果是的话？那它们与真正的生命到底有何区别？

为了找到这些问题的答案，我们必须首先弄清楚“人工生命”的本质到底是什么。

Tierra世界中的所有后来出现的生命都源于雷教授编写的第一条程序，此程序是所有生命的祖先。雷教授就是它们的“上帝”。不过雷教授这位“上帝”对我们来说并不神奇，任何一个有一点汇编语言基础的学生都可以去当一回“上帝”，因为那段始祖程序实在是很简单。那么现在的问题是，这段程序究竟有何神奇的功能从而承担了生命始祖的角色呢？

所谓的程序，不过是一些简单的规则和指令。程序根据规则和指令，要么复制自身，要么使自身产生变异。这段程序并没有“自我”的意识，它所做的只是一种机械的步骤。例如我们使用电饭锅做饭，饭做好了，电饭锅自动跳闸。电饭锅只不过机械的执行人们设定的程序，我们并不能说电饭锅具有“自我”意识或智能。又比如一颗精确制导炸弹，它根据事先设定的程序跟踪搜索目标并最终炸毁目标，这一切都是我们人为的设定，我们并不能说炸弹具有“自我”意识，会主动找寻目标并最后实施自杀攻击。“人工生命”也是一样，只不过机械的执行人的指令。指令的变化，反映在基础层面上，就是“0”和“1”或者说“开”与“关”两种状态的不断转换。这是一种纯粹机械的过程。但是奇怪的是，这种纯粹机械的，逻辑的操作过程，其结果和进程竟与现实自然世界的生命非常相似。

我们注意到，在Tierra世界的生命演化过程中，大部分时间是处于缓慢的发展进程之中。然而在某个较短的时间内，Tierra世界里的物种会出现井喷式的大爆发，有时又会出现物种的大规模灭绝。在发展的某个形态，又会出现类似人类社会的组织结构。这种现象称之为涌现（Emergence）。对于涌现的概念，我们可以这样定义：所谓涌现，就是在简单规则或行为的个体上没有，但随着时间序列的演化，在群体中会出现的一种个体所不具备的功能、属性、特征或行为的现象。涌现现象还可以理解为是一种在时间序列上的动态的分形结构。

在真实的自然界中，涌现现象普遍存在。比如蚁群，单只的蚂蚁其行为非常简单，基本上就按照几条简单的指令来行事，但是整体的蚁群却经常表现出超脱于个体的智慧。例如，单只的蚂蚁无法判断两条路径中的哪一条是捷径，但是一小群蚂蚁却总会选择最短的那条路把食物拉回巢穴。我们模仿蚁群的行为，设计出了一种特别的算法，就叫做蚁群算法。利用这种算法，可以使程序自动找到最短的路径。2000年，美国西南航空公司的货运业务遇到了麻烦。尽管飞机平均只用了7%的货舱空间，但有些机场却没有足够的空间来容纳计划装载量的货物，这成了西南航空公司货运航线和搬运系统的瓶颈。后来他们学习了蚂蚁的经验，在最繁忙的货运站，货物转运率降低了80%之多，搬运工人的工作量减少了20%，每年因此节省的经费达上千万美元之多。

在生物进化领域，有确凿的考古证据表明，生命在寒武纪有着大爆发的现象。即在一个相对较短的时间里，物种呈现井喷式爆发。而在另一个较短的时间里，大量物种却突然灭绝，其中最有名的当属恐龙的灭绝。这些令人难解之谜，在Tierra世界里竟然真实再现，并且这种规律表现出一种循环往复的态势。2000年，英国《自然》杂志刊载了一些科学家的研究成果，这些科学家研究了数千种水生生物化石，分析了这些生物在过去5亿年里多次灭绝的具体情况，结果出乎意料地发现了一条生物灭绝规律。该规律是一种周期循环，其平均周期为6200万年。规律显示，地球每经历5900万年到6500万年，就会爆发一次灭绝生命运动。而上次灭绝就发生在6500万年前。这种周期性变化的规律与佛家所描述的事物“成、住、坏、空”的周期性变化发展规律是吻合的。

种种迹象表明，现实世界的生命爆发和灭绝现象极有可能也是涌现现象的表现之一。那么问题随之而来，难道我们现实世界的生命也是逻辑化的生命？难道我们每个人只不过是一段程序代码？难道真有一个上帝制造了那么一段源程序，然后任其在地球上自由发展？

要回答以上的一些问题，我们必须仔细比较现实世界与逻辑世界的异同点，如果完全相同，那么毫无疑问，我们很有可能就是一段程序。如果不同，那么不同点在哪儿？我们能否从这个不同点上找到生命真正的奥秘呢？

感恩阅读全文，敬请关注下期精彩内容。