科學論道23

二十三、邏輯世界與人工生命
　　
　　 Tierra（西班牙語為“地球”）世界是由美國特拉華大學教授托馬斯.雷(Thomas.S.Ray)於1990年創建。雷教授是一位博物學家，熱帶植物學家。多年來，他一直在探尋地球上生命進化的奧秘。後來，他想到了在計算機上創建不同於自然界生命的數字生命的構想。
　　
　　他設計的計算機實驗是這樣的：把關於生命進化的概念引進計算機領域，用數字計算機提供的資源（RAM單元，CPU時間以及操作系統）為數字生命提供一個生存環境，同時引進相應的機制，如死亡機制、變異機制，由此來探索生命進化過程中出現的各種現像、規律以及復雜系統的湧現行為。
　　
　　 1990年1月9日，雷教授編寫了一個指令長度為80的具有自復制能力和變異能力的彙編語言程序，隨後將該程序置入計算機系統中。第二天，托馬斯·雷驚喜地發現，Tierra果真生出許多生命體，並且在上千次計算機換代之後，物種通常呈現出多樣性，有不同大小和不同規格，有不同壽命，不同的生態關系（獨立性、寄生、共生等）。在Tierra的運行過程中，隨著進化的推進，數字生命種類日益增多，“單細胞”逐漸進化為“多細胞”，形成自己的數字生態環境，同時也出現了類似於自然界中物種大爆發那樣的物種爆發現像。此外，Tierra還能產生（對寄生物有免疫能力的）特定生物。經過一段時間的進化，還會產生數字社會。這種數字生命世界與真實生命世界之間的相似之處還在於，在我們的真實生命世界中，生命利用太陽獲得自己所需的物質和能量，這些自然生命形式在地球的自然環境中誕生，然後不斷進化。在Tierra中，數字生命（表現為具有自復制能力的計算機程序的形式）利用計算機的中央處理器時間去組織機器的存儲空間。
　　
　　在自然界中，生命逐步進化，為食物、住所、配偶而開展生存競爭。那些留下較多後代的基因型隨時間推移而不斷增加，群體中適應度低的後代其數量逐漸減少直至滅絕。在Tierra世界中，數字生命經歷同樣的歷程，這些（表現為自復制程序的）數字生命為爭奪中央處理器時間和內存而開展競爭。它們不斷變化自身策略以互相利用，那些能夠獲得更多時間和存儲空間的程序可以留下更多的復制品（後代）。在自然界中，生命的生存、進化依賴於自然環境；在Tierra世界中，計算機的中央處理器和內存構成進化過程賴以進行的物理環境（即賽場）。在自然界中，生命由碳水化合物有機合成；而Tierra世界的數字生命由機器的彙編語言編寫的自復制程序所組成。因此，Tierra中的生命也就是我們真實生命世界的生命形式的數字版本。換言之，與地球上真實生命相似的各種行為，自然進化中所有的特征，都可以出現在Tierra世界的合成數字生命的之中。
　　
　　 Tierra世界中的數字生命，現在稱之為“人工生命”。“人工生命”概念的出現，使得人們對生命的定義不得不重新思考。這些說起來只不過是一些程序的東西，能稱得上是生命嗎？如果不是，為何其形態以及發展進化規律與真正的自然生命如此相似？如果是的話？那它們與真正的生命到底有何區別？
　　
　　 為了找到這些問題的答案，我們必須首先弄清楚“人工生命”的本質到底是什麼。
　　
　　 Tierra世界中的所有後來出現的生命都源於雷教授編寫的第一條程序，此程序是所有生命的祖先。雷教授就是它們的“上帝”。不過雷教授這位“上帝”對我們來說並不神奇，任何一個有一點彙編語言基礎的學生都可以去當一回“上帝”，因為那段始祖程序實在是很簡單。那麼現在的問題是，這段程序究竟有何神奇的功能從而承擔了生命始祖的角色呢？
　　
　　所謂的程序，不過是一些簡單的規則和指令。程序根據規則和指令，要麼復制自身，要麼使自身產生變異。這段程序並沒有“自我”的意識，它所做的只是一種機械的步驟。例如我們使用電飯鍋做飯，飯做好了，電飯鍋自動跳閘。電飯鍋只不過機械的執行人們設定的程序，我們並不能說電飯鍋具有“自我”意識或智能。又比如一顆精確制導炸彈，它根據事先設定的程序跟蹤搜索目標並最終炸毀目標，這一切都是我們人為的設定，我們並不能說炸彈具有“自我”意識，會主動找尋目標並最後實施自殺攻擊。“人工生命”也是一樣，只不過機械的執行人的指令。指令的變化，反映在基礎層面上，就是“0”和“1”或者說“開”與“關”兩種狀態的不斷轉換。這是一種純粹機械的過程。但是奇怪的是，這種純粹機械的，邏輯的操作過程，其結果和進程竟與現實自然世界的生命非常相似。
　　
　　我們注意到，在Tierra世界的生命演化過程中，大部分時間是處於緩慢的發展進程之中。然而在某個較短的時間內，Tierra世界裡的物種會出現井噴式的大爆發，有時又會出現物種的大規模滅絕。在發展的某個形態，又會出現類似人類社會的組織結構。這種現像稱之為湧現（Emergence）。對於湧現的概念，我們可以這樣定義：所謂湧現，就是在簡單規則或行為的個體上沒有，但隨著時間序列的演化，在群體中會出現的一種個體所不具備的功能、屬性、特征或行為的現像。湧現現像還可以理解為是一種在時間序列上的動態的分形結構。
　　
　　在真實的自然界中，湧現現像普遍存在。比如蟻群，單只的螞蟻其行為非常簡單，基本上就按照幾條簡單的指令來行事，但是整體的蟻群卻經常表現出超脫於個體的智慧。例如，單只的螞蟻無法判斷兩條路徑中的哪一條是捷徑，但是一小群螞蟻卻總會選擇最短的那條路把食物拉回巢穴。我們模仿蟻群的行為，設計出了一種特別的算法，就叫做蟻群算法。利用這種算法，可以使程序自動找到最短的路徑。2000年，美國西南航空公司的貨運業務遇到了麻煩。盡管飛機平均只用了7%的貨艙空間，但有些機場卻沒有足夠的空間來容納計劃裝載量的貨物，這成了西南航空公司貨運航線和搬運系統的瓶頸。後來他們學習了螞蟻的經驗，在最繁忙的貨運站，貨物轉運率降低了80%之多，搬運工人的工作量減少了20%，每年因此節省的經費達上千萬美元之多。
　　
　　在生物進化領域，有確鑿的考古證據表明，生命在寒武紀有著大爆發的現像。即在一個相對較短的時間裡，物種呈現井噴式爆發。而在另一個較短的時間裡，大量物種卻突然滅絕，其中最有名的當屬恐龍的滅絕。這些令人難解之謎，在Tierra世界裡竟然真實再現，並且這種規律表現出一種循環往復的態勢。2000年，英國《自然》雜志刊載了一些科學家的研究成果，這些科學家研究了數千種水生生物化石，分析了這些生物在過去5億年裡多次滅絕的具體情況，結果出乎意料地發現了一條生物滅絕規律。該規律是一種周期循環，其平均周期為6200萬年。規律顯示，地球每經歷5900萬年到6500萬年，就會爆發一次滅絕生命運動。而上次滅絕就發生在6500萬年前。這種周期性變化的規律與佛家所描述的事物“成、住、壞、空”的周期性變化發展規律是吻合的。
　　
　　 種種跡像表明，現實世界的生命爆發和滅絕現像極有可能也是湧現現像的表現之一。那麼問題隨之而來，難道我們現實世界的生命也是邏輯化的生命？難道我們每個人只不過是一段程序代碼？難道真有一個上帝制造了那麼一段源程序，然後任其在地球上自由發展？
　　
　　 要回答以上的一些問題，我們必須仔細比較現實世界與邏輯世界的異同點，如果完全相同，那麼毫無疑問，我們很有可能就是一段程序。如果不同，那麼不同點在哪兒？我們能否從這個不同點上找到生命真正的奧秘呢？