在科学的浩瀚星空中，里查德·达金斯（Richard Dawkins）为我们提供了一个生动的例子来探讨生命的本质。他指出，如果你把一块石头抛向空中，它会按照物理定律画出一条优美的抛物线落下。这是因为石头只能对外界作用力做出简单的反应。然而，当你把一只小鸟抛向天空时，它的行为却截然不同。尽管同样的外界力量也作用在小鸟身上，但小鸟通过处理大量接收的信息，选择飞向树丛。这种差异揭示了有生命的物体和无生命物质之间的本质区别。即使是简单的细胞，其行为也不仅仅是对外力的简单反馈。这引发了一个有趣的问题：受制于信息处理的动力系统是如何从只会对物理力量做出简单反馈的物质中脱颖而出的？ 🕊️
用「相变眼镜」观察计算机现象学
为了回答这个问题，克里斯·朗顿（Chris Langton）提出了一个独特的视角——「相变眼镜」。他认为，通过这个视角可以更好地理解计算机的现象学。例如，在计算机理论课上，我们会学习区分「停止」程序和永远运行的程序。这种区分类似于在相变之上和之下的物质行为。当温度接近相变时，分子需要更长的时间来做出决定。同样，当λ值从0增加到冯·诺意曼宇宙时，分子自动机会在停顿前剧烈搅动一会儿，这相当于多项式时间算法。当λ值更接近相变时，分子自动机会剧烈搅动相当长的一段时间，这些相当于非多项式时间算法。
在相变点上，物质世界中的某个特定分子可能处于有序或流动阶段，而在此之前无法知晓。这种状态类似于第四等级规则，可能是冻结的状态，也可能不是。关键在于，你无法总是预先知道会出现哪种情况。这就是所谓的「不可决定的算法」，超越了任何预测能力。爱伦·图灵（Alan Turing）在三十年代证明的「不可决定的定理」阐述了这种效应：无论你多么聪明，总会有算法能够超越你的事先预测能力。
因此，第四等级的分子自动机与生命如此相似并非偶然。它们存在于唯一的动力王国中，复杂、计算机和生命本身都有可能存在的地方：那里就是混沌的边缘。
类比与意义
朗顿提出了五个非常详尽的类比：
– 分子自动机等级：Ⅰ＆Ⅱ→「Ⅳ」→Ⅲ
– 动力系统：秩序→「复杂」→混沌
– 物质：固体→「相变」→流体
– 计算机：停止→「不可决定」→非停止
– 过于稳定→「生命／智能」→过于喧闹
这些类比的意义在于，「固体」和「流体」不仅是物质的两种根本状态，还是一般动力行为的两种根本等级。这两个等级的存在意味着第三种根本等级的存在：混沌边缘的「相变」行为。在这里，你会遇到复杂的计算机，很可能还会遇到生命本身。
或许有一天，我们可以写出相变的一般性物理规律，解释水的冻结和溶解以及生命起源的奥秘。朗顿认为，生命起源于四十亿年前的初始原汤，可能是某种真正的相变。生命始终处于陷入过分的秩序或被过分的混乱所威胁的危险之中，进化的过程就是生命越来越善于控制自己的参数，以保持在边缘上的平衡。
朗顿的研究之路
1986年，朗顿让工程学院接受了他关于计算机、动力系统和分子自动机中的相变概念作为博士论文的题目。然而，完成这项研究并不容易。在罗沙拉莫斯非线性研究中心，他不仅要解决工作站的问题，还要帮助其他人解决问题，这让他花费了大量的时间。他的导师们一直督促他尽快完成博士论文。
尽管面临种种困难，朗顿仍然坚持组织了1987年9月的人工生命研讨会。这次会议吸引了许多学者，包括里查德·达金斯和阿利斯蒂德·林登美尔等人。会议讨论的主题广泛，从模拟蚂蚁王国的集体行为到黏稠的蛋白分子自我集合成病毒等。所有发言都显示出巨大的潜力，让人感受到一门新兴科学正在形成。
柏德模拟与涌现行为
在返回桑塔费的路上，荷兰德和阿瑟讨论了克内基·雷诺尔兹展示的「柏德」计算机模拟。这个模拟展示了鸟类聚集成群的行为。每个「柏德」遵循三个简单规则：与其他障碍物保持最小距离、与相邻「柏德」保持相同速率、朝相邻「柏德」群的聚集中心移动。尽管没有明确的「聚集成群」规则，但每次都能产生聚集成群的现象。
荷兰德认为，必须小心区分内制行为和真正涌现的行为。他建议改变环境，看看「柏德」是否能产生合理行为。阿瑟则思考什么是真正的涌现行为，如何定义它？这一问题直接关系到人工生命的核心。
回到斯坦福大学后，阿瑟开始考虑如何将这些概念应用于经济学。他设想了一个虚拟的玻璃房农民经济模拟，其中小小的作用者可以通过学习变得聪明，并相互发生作用。这一想法为经济学的发展提供了新的视角。
总结与展望
通过以上讨论可以看出，从简单的物理定律到复杂的生命现象，我们正逐步揭开自然界的神秘面纱。无论是分子自动机的等级划分还是计算机科学中的算法分类，都为我们理解复杂系统提供了宝贵的视角。朗顿的研究不仅推动了人工生命领域的发展，也为其他学科如经济学带来了新的启示。未来，随着技术的进步和跨学科合作的深入，相信我们会更加清晰地认识生命与复杂性的边界所在。🌍