皇帝新腦

前言

　　許多偉大的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家覺得，要寫一本外行能理解的書，如果 不是不可能的話，也是非常困難的。直到今年，人們也許還認(rèn)為，羅杰· 彭羅斯，這位世界上最博學(xué)和最有創(chuàng)見的數(shù)學(xué)物理學(xué)家之一，也屬于這個 范疇之內(nèi)。我輩讀過他的非專門性的文章和講演的稍微了解一些底細(xì)。盡 管如此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)彭羅斯在他的研究之余花費大量時間為見多識廣的外行寫 下了這樣美妙無比的書時，人們的確感到驚喜。我相信，該書會成為一部 經(jīng)典。 雖然彭羅斯廣泛地涉及相對論、量子力學(xué)和宇宙論，其關(guān)心的焦點乃 是哲學(xué)家所謂的“精神一身體問題”。幾十年來，人工智能專家盡力說服 我們，再有一兩個世紀(jì)的時間(有些人已把這些時間縮短到50年!）電腦就能 做到人腦所能做的一切。他們因為受年輕時讀到的科學(xué)幻想的刺激，而堅 信我們的精神只不過是“肉體的電腦”(正如馬文·閔斯基曾經(jīng)提出過的） 。他們想當(dāng)然地認(rèn)為，當(dāng)電子機(jī)器人的算法行為變得足夠復(fù)雜時，痛苦和 快樂、對美麗和幽默的鑒賞、意識和自由意志就會自然地涌現(xiàn)出來。 有些科學(xué)哲學(xué)家(最著名者為約翰·西爾勒，他的大名鼎鼎的中文屋子 的理想實驗為彭羅斯所深入討論）。強(qiáng)烈地反對這種看法。對他們來說，電 腦和用輪子、杠桿或任何傳遞信號的東西運行的機(jī)械計算器并沒有什么本 質(zhì)的不同(人們可用滾動的彈子或通過管道流動的水流制造電腦）。因為電 流通過導(dǎo)線比其他能量形式(除了光）走得更快，它就能比機(jī)械計算器更快 地擺弄信號，并因此能承擔(dān)龐大復(fù)雜的任務(wù)。但是，一臺電腦是否以一種 比算盤更優(yōu)越的方式“理解”它的所作所為呢?是的，現(xiàn)代電腦能以大師的 風(fēng)度下棋。它們是否比一群電腦迷曾經(jīng)用積木搭成的方格游戲機(jī)(一種西文 的初級游戲）對游戲“理解”得更好些? 彭羅斯的書是迄今為止對強(qiáng)人工智能的最猛烈的攻擊。幾個世紀(jì)以來 ，人們就一直反對還原主義者關(guān)于精神只不過是已知物理定律操縱的機(jī)器 的宣稱。但是，因為彭羅斯憑據(jù)從前的作者不能獲知的資訊，所以他的攻 擊更加令人信服。從這本書可以看出，彭羅斯不僅是一位數(shù)學(xué)物理學(xué)家， 而且是一位第一流的哲學(xué)家，他毫無畏懼地和當(dāng)代哲學(xué)家斥之為無稽的問 題進(jìn)行搏斗。 彭羅斯還不顧一小群物理學(xué)家的越來越強(qiáng)烈的否定，敢于認(rèn)可堅定的 實體主義。不僅宇宙是“外在的”，而且數(shù)學(xué)真理自身也有其神秘的獨立 性和永恒性。正如牛頓和愛因斯坦那樣，彭羅斯對物理世界和純粹數(shù)學(xué)的 柏拉圖實體極其謙恭和敬畏。杰出的數(shù)論學(xué)家保羅·厄多斯的口頭禪是， 所有最好的證明都記載在“上帝的書”上，數(shù)學(xué)家偶爾地被允許去瞥見一 頁半紙。彭羅斯相信，當(dāng)一位物理學(xué)家或者數(shù)學(xué)家經(jīng)歷一次突然的“驚喜 ”的洞察，這不僅是“由復(fù)雜計算作出”的某種東西，而是精神在一瞬間 和客觀真理進(jìn)行了接觸。他感到驚訝，莫非柏拉圖世界和物理世界(物理學(xué) 家已將其融入數(shù)學(xué)之中）真的是合二為一? 彭羅斯用了不少篇幅論及以其發(fā)現(xiàn)者貝內(nèi)特·孟德勒伯洛特命名的孟 德勒伯洛特集的著名的類分?jǐn)?shù)維結(jié)構(gòu)。雖然其局部放大在統(tǒng)計的意義上是 自相似的，它的無限地卷旋的模式卻以不可預(yù)見的方式不斷地改變。彭羅 斯(和我一樣）覺得，若有人不認(rèn)為這一奇異的結(jié)構(gòu)不像喜馬拉雅山那樣是 “外在的”，而且有待人們像探險叢林那樣去勘探，那真是不可理喻。 彭羅斯是數(shù)量不斷增加的一伙物理學(xué)家的一員，認(rèn)為當(dāng)愛因斯坦說他 的“小指”告訴他量子力學(xué)是不完備時，他并非頑冥不化或昏頭昏腦。彭 羅斯為了支持這一爭論，把你指引向涵蓋眾多課題的旅途，諸如復(fù)數(shù)、圖 靈機(jī)、復(fù)雜性理論、哥德爾的不可決定性、相空間、希爾伯特空間、黑洞 、白洞、霍金輻射、熵、頭腦的結(jié)構(gòu)以及許多當(dāng)代研究的核心問題。狗和 貓對其自身有“意識”嗎?傳遞物質(zhì)的機(jī)器可能在理論上把一個人好像在電 視影集星際旅行中那樣把航空員從上往下地掃描的辦法從一處向另一處運 送嗎?進(jìn)化在意識的產(chǎn)生中發(fā)現(xiàn)了什么存活的價值?是否存在超越量子力學(xué) 的一種水平，它為時間的方向以及左右之間的差別刻上烙印?量子力學(xué)的定 律，也許甚至更高深的定律，是否對精神現(xiàn)象具有根本的作用? 彭羅斯對上述的最后兩個問題的回答是“是”。他的著名的“扭量” 理論——在作為空間——時間基礎(chǔ)的高維復(fù)空間中運行的抽象的幾何對象 ——因為過于專門化而不能被包括在此書之中。它是彭羅斯花費了超過20 年的對比量子力學(xué)的場和粒子更深刻的領(lǐng)域進(jìn)行探索的努力。在他對理論 的4種分類，即超等、有用、嘗試和誤導(dǎo)之中，彭羅斯謙虛地把扭量理論和 現(xiàn)在激烈爭論的超弦以及其他大統(tǒng)一方案一道歸于嘗試類中。 彭羅斯從1973年起擔(dān)任牛津大學(xué)的羅斯·玻勒數(shù)學(xué)教授。這個頭銜對 他甚為適合。因為W·W·羅斯·玻勒不僅是一位著名的數(shù)學(xué)家，還是一位 業(yè)余魔術(shù)家。對數(shù)學(xué)游戲的強(qiáng)烈興趣使他寫下該領(lǐng)域的英文經(jīng)典著作《數(shù) 學(xué)游戲及漫筆》。彭羅斯和玻勒一樣地?zé)嵝挠谟螒颉Ｋ谀贻p時發(fā)現(xiàn)了一 種稱為《三桿》的“不可能物體”(一個不可能物體是由于其自相矛盾的原 因而不能存在的立體形態(tài)的圖畫）。他和他的父親列奧尼，一位遺傳學(xué)家， 把三桿轉(zhuǎn)變成彭羅斯樓梯，毛里茲·伊歇把它用于兩幅眾所周知的石板畫 ：《升降》和《瀑布》之中。有一天彭羅斯躺在床上，他在“一陣熱狂” 之后摹想到了四維空間中的不可能的物體。他說，它是這樣一種東西，甚 至一個四維空間的生物遇到它的話也會驚叫：“天哪，這是什么東西?” 20世紀(jì)60年代，當(dāng)他和朋友史蒂芬·霍金合作研究宇宙論時，做出了 也許是他最著名的發(fā)現(xiàn)。如果相對性理論“一直下去”都是成立的，在物 理學(xué)定律不再適用的每一黑洞里必須有一奇點。甚至這一項成就和他近年 的另一項成就相比較也顯得黯然失色，彭羅斯只用兩種形狀的花磚就能以 伊歇鑲嵌的方法把平面鋪滿，但是這種鑲嵌只能采取非周期性的形式。(你 們可在拙著《彭羅斯鑲嵌》中見識到有關(guān)這些討人喜歡的形狀。）與其說他 發(fā)明了它們，不如講發(fā)現(xiàn)了它們，當(dāng)時一點也沒預(yù)料到它們有何用場。當(dāng) 人們發(fā)覺，他的鑲嵌的Z維形式是物體的奇異的新形態(tài)基元時，不禁大為驚 奇。晶體學(xué)現(xiàn)代最活躍的研究領(lǐng)域便是探討這類“準(zhǔn)晶體”。這也是好玩 的數(shù)學(xué)找到預(yù)想不到應(yīng)用的現(xiàn)代富有戲劇性的事件之一。 彭羅斯在數(shù)學(xué)和物理上的成就——我只能觸及一小部分——源于他畢 生對“存在”的神秘和美麗保持好奇之心。他的小指頭告訴他，人腦不僅 僅是小導(dǎo)線和開關(guān)的集合。他的序言和跋中的亞當(dāng)一部分是知覺生命的緩 慢進(jìn)化的意識曙光的象征。依我看來，他也就是彭羅斯——坐在離開人工 智能領(lǐng)導(dǎo)者第三排的地方——敢于直言人工智能的皇帝沒有穿衣服。彭羅 斯的許多看法都富有幽默，但這件事體絕不是鬧著玩的。 馬丁·伽特納

內(nèi)容概要

本書對電腦科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、宇宙學(xué)、神經(jīng)和精神科學(xué)以及哲學(xué)進(jìn)行了廣泛、深入淺出的討論，體現(xiàn)了作者向哲學(xué)上最大問題——“精神-身體關(guān)系”挑戰(zhàn)的大無畏精神。書中充滿了天才般的猜測，貫穿著探索真理的靈感和激情。這是一本這者的精心杰作，它闡釋科學(xué)論題的新方式令人眼前為之一亮。這本巨著重新衡量相對論和量子理論。作者提出他對現(xiàn)代物理及人工智能的新看法，建議人們必須徹底改變時間與空間的觀念。本書曾在《紐約時報》的暢銷書排行榜上連續(xù)許多星期。

作者簡介

羅杰·彭羅斯
英國數(shù)學(xué)物理學(xué)家，從1973年起擔(dān)任牛津大學(xué)的羅斯·波勒數(shù)學(xué)教授，是全世界公認(rèn)的最博學(xué)和最有創(chuàng)見的科學(xué)家、思想家、哲學(xué)家。
譯者簡介
許明賢，1947年出生于上海，1968年清華大學(xué)無線電系畢業(yè)，之后任教于中國科技大學(xué)。目前在美攻讀博士學(xué)位。
吳忠超，1

書籍目錄

譯者序
前言
感謝
序言
第一章電腦能有精神嗎？ 
第二章算法和圖靈機(jī) 
第三章數(shù)學(xué)和實在 
第四章真理、證明和洞察 
第五章經(jīng)典世界 
第六章量子魔術(shù)和量子神秘 
第七章宇宙論和時間箭頭 
第八章量子引力的尋求 
第九章真實頭腦和模型頭腦 
第十章精神物理的尋求 
跋
索引
　

章節(jié)摘錄

　　圖靈檢驗 讓我們想象一種新型的電腦被推廣到市場上來，它的記憶容量和邏輯 單元的數(shù)目可能超過了人腦。還假定為此機(jī)器仔細(xì)地編了程序，并提供了 合適種類的大量數(shù)據(jù)。制造者宣稱這種儀器實際上在思維。他們也許還宣 布它們真正是有智慧的?；蛟S他們還走得更遠(yuǎn)，并提出該儀器實際上感到 痛苦、快樂、慈悲、驕傲等，并且自己知道以及實際上理解它們自己的所 作所為。的確，它們仿佛就要被宣布是有意識的。 我們?nèi)绾尾拍芟嘈胖圃煺叩男Q呢?當(dāng)我們通常買一臺機(jī)器時，完全根 據(jù)其所提供的服務(wù)來判斷其價值。如果它令人滿意地完成了我們規(guī)定的任 務(wù)，我們就很高興。若不是這樣，就把它送回去修理或代換。為了檢驗該 制造者所宣稱的該儀器實際上具有人類的屬性，我們會根據(jù)這一判據(jù)，簡 單地要求它在這些方面是否能和人類一樣地行為。假定它令人滿意地做到 這些，我們就沒有原因去抱怨制造者，也沒有必要把這臺電腦退回修理或 代換。 這就為我們提供了有關(guān)這些事體的非常有效的觀點。假定該電腦的動 作和一個人在思維時的動作方式不能區(qū)分，行為主義者就會說它在思維。 我在此刻暫且采納行為主義者的這一觀點。當(dāng)然，這不意味著我們要求電 腦以一個人在思考時可能行走的方式移動。我們更不指望它會活靈活現(xiàn)地 像人類：這些和電腦的目的無關(guān)。然而，這意味著我們要求它對任何我們 介意問它的問題產(chǎn)生擬人的答案。假定它以一種和人類不能相區(qū)別方式提 供這些答案，則我們就宣稱對它的確在思維（或感覺、理解，等等）這個事 實表示滿意。 阿倫·圖靈在題為《計算機(jī)和智力》的著名文章中有力地論證了這一 觀點。該文于1950年發(fā)表在哲學(xué)性雜志《精神》上（Turing 1950）。（我們 以后還要時常提到圖靈。）現(xiàn)在稱作圖靈檢驗的觀念就是首次在這篇文章中 描述的。這是為了檢驗一臺機(jī)器是否能合情理地被說成在思維的企圖。讓 我們假設(shè)一臺電腦（正如上面描述的、我們制造者所叫賣的）確實被宣稱為 在思維。按照圖靈試驗，該電腦和某個人類的自愿者都躲開到（知覺的）質(zhì) 問者的視線之外。質(zhì)問者必須依賴向他們雙方提出檢驗問題，來決定兩者 何為電腦何為人類。這些問題以及更重要的是她收到的回答，全部用一種 非人格的模式傳送，譬如講打印在鍵盤上或展現(xiàn)在屏幕上。質(zhì)問者不允許 從任何一方得到除了這種問答之外的信息。人的主體真實地回答問題并試 圖說服她，他確實是人而另外的主體是一臺電腦；但是該電腦已被編好了 “說謊”的程序，為了試圖說服質(zhì)問者它反而是人。如果質(zhì)問者在一系列 的這種檢驗的過程中，不能以任何一致的方式指明真正的人的主體；那么 該電腦（或電腦程序、或程序員、或設(shè)計者籌）肯定是通過了這一檢驗。 現(xiàn)在人們也許會爭辯道，這種檢驗對于電腦實際上是不甚公平的。因 為如果交換一下角色，使人的主體被要求去假裝成電腦，而電腦作真實的 回答，那么要質(zhì)問者去發(fā)現(xiàn)哪個是哪個就太容易了。她所要做的一切只是 要求這些主體進(jìn)行某些復(fù)雜的算術(shù)計算。一臺好的電腦能夠一下子準(zhǔn)確地 回答，而人很容易被難倒。（然而，人們對此要稍微小心一些。有些“計算 奇才”具有非常驚人的心算技巧，從不算錯并且顯得輕松勝任。例如約翰 ·馬丁·薩查里阿斯·達(dá)斯，一位文盲農(nóng)夫的兒子，他從1824年至1861年 生活在德國。他能在比1分鐘短的時間內(nèi)用心算完成兩個8位數(shù)的乘法，或 在大約6分鐘時間內(nèi)完成兩個20位數(shù)的乘法!很容易錯認(rèn)為這是一臺電腦在 計算。在更近代，亞歷山大·愛特金和其他人的計算成就也一樣地令人印 象深刻。愛特金是20世紀(jì)50年代愛丁堡大學(xué)的數(shù)學(xué)教授。質(zhì)問者對此檢驗 所選擇的算術(shù)問題必須比這個更令人絞盡腦汁，譬如講，在2秒鐘內(nèi)乘2個 30位數(shù)，一臺好的現(xiàn)代電腦可輕而易舉做到這一點。） 這樣，電腦程序員的部分任務(wù)是使電腦在某一確定方面比它實際更“ 愚蠢”。因為如果質(zhì)問員要問該電腦一個復(fù)雜的算術(shù)問題，正如我們上面 考慮過的，那么現(xiàn)在電腦必須假裝回答不了或者馬上放棄!但是我相信以這 種方式使電腦變“愚蠢”不是電腦程序員面臨的特別嚴(yán)重的問題。使之回 答一些最簡單的人類不會感到有任何困難的“常識”問題正是他們的主要 困難! 然而，在引用這類特例時存在一個固有的問題。因為不管人們會首先 提出什么，很容易設(shè)想～種方法使電腦正如一個人的樣子去回答那個特殊 問題。但是，在電腦方面的任何真正理解的缺乏都會因為不斷地詢問而顯 露出來，尤其是對于具有創(chuàng)造性和需要真正理解的問題。質(zhì)問者的一部分 技巧在于能設(shè)計出如此創(chuàng)造性的問題，另一部分是利用設(shè)計來揭示出是否 發(fā)生某些實在“理解”的探測性的其他問題去追蹤它們。她偶爾也可以問 一個完全無聊的問題，看看電腦能否檢測出差別來，她或者可以加上一兩 個表面上聽起來像是無聊的、而實際上有一點意義的問題，例如她可以說 ：“我聽說，今天上午一頭犀牛在一個粉紅色的氣球中沿著密西西比河飛 。你怎么理解此事?”（人們可以想象該電腦的眉頭上，泛出冷汗——用一 不適當(dāng)?shù)谋扔?）它也許謹(jǐn)慎地回答：“我聽起來覺得這不可思議?！钡酱?為止沒有毛病。質(zhì)問者又問：“是嗎?我的叔叔試過一回，順流逆流各一回 ，它只不過是淺色的并帶有斑紋。這有什么不可思議的?”很容易想象，如 果電腦沒有合適的“理解”就會很快地暴露了自己。在回答第一個問題時 ，它的記憶庫非常有助地想到它們沒有翅膀，甚至可以在無意中得到“犀 牛不能飛”，或者這樣地回答第二個問題“犀牛沒有斑紋”。下一回她可 以試探真正無意義的問題，譬如把它改變成“在密西西比河下面”，或者 “在一個粉紅色的氣球之中”，或者“穿一件粉紅色夜服”，再去看看電 腦是否感覺到真正的差別! 讓我們暫且撇開是否或何時能造出通過圖靈檢驗的電腦的問題。讓我 們僅僅為了論證的目的假定，這種電腦已被造出。我們可以問，一臺通過 檢驗的電腦是否應(yīng)該必須說出思維、感覺和理解等。我將要很快地回到這 事體上來。此刻我們且考慮它的一含義。例如，如果制造者的最強(qiáng)的宣布 是正確的，就是說他們的儀器是一個思維的、感覺的、敏感的、理解的、 意識的生物，那么在我們購買該儀器時就涉及到道義的責(zé)任。如果制造者 的話是可信的話，事情就應(yīng)該是這樣子的!開動電腦僅僅是為了滿足我們的 需要而不考慮其自身的感情應(yīng)受到譴責(zé)。那在道義上和虐待奴隸沒有什么 差別。一般地說，我們是應(yīng)避免使電腦經(jīng)受制造者宣稱的它會感覺到的痛 苦。當(dāng)它變得和我們很親近時，要關(guān)掉也許甚至賣掉它，在道義上對我們 都是困難的。就會出現(xiàn)因我們和其他人類或其他動物的關(guān)系而要把我們卷 入的其他無數(shù)的問題。所有這些現(xiàn)在都變成緊密相關(guān)的事體。這樣，讓我 們（以及當(dāng)局!）知道制造者的宣布是否真的，便具有極大的重要性!我們假 定這個宣布是基于他們?nèi)缦碌臄嘌裕骸懊恳慌_思維的儀器已被我們的專家 嚴(yán)格地進(jìn)行了圖靈檢驗?！?我仿佛覺得，盡管這些聲稱的某些含義、尤其是道義上的明顯荒謬性 ，把成功地通過圖靈檢驗當(dāng)作存在思維、智慧，理解或意識的有效指標(biāo)的 情形，實際上是相當(dāng)有力的。如果我們不采取交談的話，何以判斷他人也 具備這些品質(zhì)呢?實際上還有其他的譬如面部表情、身體運動以及一般動作 等判據(jù)，它們會大大地影響我們所做的這種判斷。但是，我們可以想象（也 許在更為遙遠(yuǎn)的將來）可把一個機(jī)器人制造得能成功地模擬所有這些表情和 動作。這下子就不必要把機(jī)器人和人的主體躲藏在質(zhì)問者的視界之外，但 是質(zhì)問者隨意支配的判據(jù)在原則上可和以前相同。 P5-9

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