超级墨迹

1、新的思维范式

当前复杂系统的研究中，主要充斥着两种思维范式：多Agent系统和复杂网络。从这个观点看，你会认为复杂系统就是网络中一群Agent在那里相互作用，涌现出新的Pattern。沿着这个思路下去，你就会认为，这个世界就是一个类似Matrix一样的虚拟世界，万事万物（智慧生命）无非是一些很复杂的计算结果。因此，这就给强人工智能者提供了无比强大的信心，即我们能够创造一种人工的智慧生命，透过复杂的计算，智慧自发涌现而出。然而，这个思路有很多问题，例如，对于一个复杂的人工神经网络，我们要等多长时间才能让它“长出”自己的智慧？现在的Internet网络是否已经有了自己的智慧，只不过我们无法理解？所有这些问题都不能在原来的思维范式：复杂适应系统，以及原来的人工智能、人工生命学科内部进行求解的，我们需要一个全新的思维范式！从另一个角度思考问题！

假如我说，我创造了一个计算机中的智慧生命。它是一个很复杂的程序，它能吞进去一堆0和1，并吐出来一堆01。只不过这个家伙用的语言和我们已知的所有语言都不一样，他不能翻译为我们能理解的语言，但是他活在他的那个虚拟宇宙中，并有着自己的生命和意识。那么，你觉得这个程序有意义吗？

我们忽略了什么？观察者！一切的意义，包括生命、智能全部是我们人类观察者赋予系统的！按照分形和全息的宇宙观，一粒沙，一世界。我们之所以觉得只有我们看到的生命才有生命，那完全是因为我们刚好处于了人类这个宇宙尺度之中，所以你觉得更低的尺度（分子、原字）以及更大的尺度（宇宙、星系）没有生命，而只有中间的尺度才有。

同样，对于人工智能的构建者们，我也想提出这样一条建议，与其说我们要创造一台智慧机器，不如说，我们要创造一台让观察者认为它有智慧的机器！（说白了，我们要造一个能足够骗人的机器）

这并不是一个简单的同义反复，而是一整套新的思维范式，以及一整套“人类中心论的”世界观！传统的复杂系统、人工智能、复杂网络等思维范式就是缺少这个！一个复杂的计算系统一定要有一个观察者去观察它，他才能有意义！其实这套思维范式早已经在量子物理中有所体现了，只不过我们始终不愿意去接受它罢了！

这套世界观和思维范式其实已经有了他的理论根源，这就是统计物理和熵！

2、意义、价值与熵

为什么说熵这个概念以及整个统计物理能提供这个以“观察者为中心”的思维范式的理论基础？让我们从意义开始讨论。

当我们评价外界事物的时候，往往喜欢用“意义”作为开始。说白了，也就是说，某某事物对我们（并不一定是某一个具体的人，而是人类整体）有意义，也就是他们“有用”。对这种有用性量化了，就变成了价值。所以，说A比B对于我来说更有价值，就是说A比B更有意义。而熵这个概念刚好就定量地刻画了这种广义的价值的反面。所以，有人说负熵就等于价值。

为什么这么说呢？让我们先从克劳修斯的熵的定义式开始：dS=dQ/T。这里dS是系统熵的增量，dQ是系统吸收的热量，T是系统的温度。这个式子不好理解，我们把它颠倒一下符号：-dS=-dQ/T=dW/T。这么来看，-dS就可以定义为价值。dW相当于我们往系统投入的能量，按照第一定律，它应该平衡系统排出的热量dQ。但是系统的状态是不同的，这就反映为温度。温度越高，也就意味着你往这里面投入的能量会非常不起眼，所以产生的熵减（负熵增）越小。

要理解这个，最好的办法是把dW理解为投资的资本，把T理解为经济发展水平（或者等价的看作是物价水平）。比如两个城市A和B，A是大城市，人们的生活水平高，这样平均物价也高；B是一个小城镇，生活水平低，物价也低。所以，你往大城市A投资10000元的效果和往小城镇B投资的效果完全不同。显然，往经济水平越低的地方投资效果就越明显，价值也就越大。如果，用T来表示物价水平，dW为投资的总钱数，那么投资的实际效果-dS就与dW呈正比，与T成反比，也就是-dS=dW/T。值得说明的是，我们通常认为投资的钱本身dW就是价值。这是错误的！原因就是10000元仅仅是一种符号而已，它对于不同的经济区域有不同的实质价值！

同样，在热力学中，我们说给一个经济系统做功就相当于给那个系统投资。做功当然就能构造一些我们觉得有价值的东西，但是功本身并不是价值，而真正的价值应该是熵减。这就是克劳修斯熵的定义式。所以，从系统的角度来讲，熵反映了价值！

3、热力学第二定律、时间

我们都有过这样的体会：屋子不打扫就会铺满灰尘，WinXP操作系统使用过一段时间后就会“伤痕累累”需要重装系统，所有的机器（汽车、空调、电视机、计算机）都会慢慢变老，甚至人类也有衰老和死亡！这几乎是一条不言自明的“真理”，这条真理就作为一条全新的假设而提出，这就是热力学第二定律。其实与其说它是一个定律，还不如说是一条公理，因为人们并不能从牛顿物理，甚至量子物理在不使用新假设的时候直接导出这个结论。

按照上面对熵的解释（价值的反面），第二定律就可以翻译为：在没人维护的条件下，任何系统的价值都会丧失！这是一个人类中心版本的热力学第二定律。它很符合我们的日常生活经验：任何一种事物，如果你不管它，它就会慢慢地变得衰退，以至于它对你的价值也越来越低。

显然，这种衰退现象是跟时间有关系的。也就是说，时间越长，你损失的价值也就越多，这也就是热力学第二定律被称为时间之箭的真正原因！我们甚至可以反过来说，正是因为有了价值判断（我们总知道逐渐趋向死亡的过程是价值的损失，因为人人都有死），我们才真正体会到了时间的意义！考虑一个没有价值变化的世界，随着时间的流逝，你没有任何价值损失，那么时间对于你来说也就失去了意义。

4、熵产生

但是，随着我们人类对系统的维护，我们不但可以让一个系统的价值保持不变（例如，通过我们时常对系统进行维护、保养，就能让系统能够保持长时间的有用状态，从而减小、抵制那个讨厌的价值损失。甚至，我们还能通过往系统中注入负熵流而让系统产生更多的新价值。

要理解这一点，最好的方法还是考虑你个人的经济系统。比如你有一间豪宅，由于第二定律，这座豪宅会逐渐走向衰败，因此它的价值要不断的损失！于是，你就需要向物业支付不小的一笔维护保养费！这样，通过新的价值注入，你暂时保持住了这个房子的价值不变（始终对你有用）！当然，你努力的工作不仅仅能支付房租，而且还有盈余，这笔赢余就可以导致你用来做其它（更有意义）的事情，例如给你的豪宅添家具，或者购买新的住房等等，总的来看，你的总价值可能产生了！

这就是非平衡态热力学所讲的故事！考虑普里高津的著名公式：dS=deS+diS，其中，deS是外界给系统输入的熵流，diS是系统凭空出现的熵产（熵产生：Entropy Production）。仍然用价值的语言来理解这个公式会更方便：-dS=-deS+-diS。也就是说，系统总的价值净增长等于输入给系统的总价值加上系统本身的价值增加（也就是减去系统本身的价值损失）。

这样，热力学第二定律也就体现为diS>0，所以-diS<0，也就是说，无论如何，系统总会有价值的损失，也就是熵产生永远是不可避免的。因此，我们的研究重点就转移到了熵产生上面。那么，熵产生究竟是什么呢？

让我们仍然用经济系统作比喻来说明。仍然是两个城市A和B，A的经济水平T高，B低。显然，B城市的人都愿意去购买A城市的商品（比如，在改革初期，我们普遍认为进口的商品更好，都愿意购买美国、日本、韩国的产品），于是有货币流从B到A产生，这就必然会导致一种价值的损失。比如B城市花了10000元购买A城市的产品。那么，A要输出货币，他的价值损失就是：10000/T2，而这笔钱流到了A城市，A城获得了10000元的投资，价值就增长10000/T1，但因为T1>T2，所以整个过程的价值减少就是：-diS=10000(1/T2-1/T1)。

这恰恰就是熵产生在非平衡态热力学中的表达式！同样考虑两个容器，温度分别为T1和T2,且T1>T2，有热流dQ从T1流到T2，这样第一个系统的熵流输出就是：dQ/T1，这股热流流到了T2系统中，他会输出熵dQ/T2给低温系统，这样虽然整个过程能量守恒（T1的能量输出=T2的能量输入），但是总的熵却无情的增长了，这个自发过程的熵产生是：dQ(1/T2-1/T1)。

我们可以把温度T理解为某种广义的势能，温度越高，势能越大。这样两个城市的经济水平差异，或者两个容器的温度差异就体现为广义的势差，也就是广义的力。所以熵产生可以写为：dQ(1/T2-1/T1)=dQdT/T2=JX。这里J就是dQ，即为了弥补两个系统的差异而产生的广义流。X是dT/T2，即温度差所产生的广义的力。所以，熵产生就是广义流乘以广义力。这就是普里高津对非平衡热力学最大的一个贡献（即认识到熵产生为广义流乘以广义力）

5、统计物理与观察

下面回到正题。究竟观察者这种视角是怎样影响系统的呢？其实，这就是熵的统计解释。我们刚才看到了，熵体现为观察者所认为的系统的一种价值，那么这种价值究竟是什么呢？熵的统计解释就是要参透这个概念。通过玻尔兹曼等人的努力，我们发现，其实，熵这个东西就是观察者由于观察空间尺度和时间尺度上的缺陷，而导致的对系统信息的损失。换句话说，熵本身并不存在，它不过是观察者眼睛中的一种幻觉。什么时间之箭啦，价值啦，生命啦，智慧啦，都不过是观察者严重的幻觉，它们本身并不存在。这是典型的佛教中的观点，即万物皆空。在统计物理中，时间之箭以及熵在更微观的层次（原子、分子），但是因为观察者站到了高层次，所以它就会产生熵和时间之箭的幻觉。

这套观点从Janyes的主观统计物理中才算真正表现了出来。别看西方人很早就认识到了熵这个东西，但是他们始终坚持“客观”的观点，即总想把熵解释为客观系统固有的属性。直到20世纪50年代，Jaynes的主观统计物理才开始从观察者角度看问题。他说，熵就是我们对一个系统了解的无知程度。之所以熵要被最大化，是因为我们对系统一无所知。这样，热力学第二定律就可以改写为：随着客观系统的自由演化，如果我们不去观察（测量）它，那么我们会对它越来越不了解！

在这里，Jaynes明确指出来，观察者是指全人类，观察是指人类（可以是某个人）对物理系统的一种测量（Measurement）。所以，我们测量系统一次，就获得了有关他的信息，也就会导致系统的熵减少。究竟一次测量能减少多少信息按照Jaynes的解释就是统计物理的具体任务了。它的确能计算出来。

让我们再来看第二定律，之所以万事万物都要损失价值，都要衰退，就是因为这些系统总要经历自然的变化，而我们人类不能追踪一个系统每个部分所有变化的细节，从而导致我们对它的了解越来越少了，所以熵增加了，所以万事万物都会衰退。为什么我们能够通过维护而抵抗熵增呢？那是因为，我们不断对系统进行观察，或者修改系统的状态，使他按照我们设想的方式运转，从而导致我们对系统地了解越来越多，这就导致了熵的减少。

按照这种说法，有序并不一定非要通过注入能量获得，只要我们能够获取系统的信息，他的熵就能减少，价值或者有序就能增加。

这套观点告诉我们一个很大的启示：观察就等于秩序之源！

人类的观察的本质又是什么呢？它无非就是一种区分！只要我们对系统进行了区分（仅凭看），甚至什么动作都不做，有序都会自发出现！！！这一点对我们实现人工智能或者人工生命没有本质启发吗？