透過技術的表象看本質

陳凱

霍金在他的著作《大設計》中這么說：“如果你在任何尺度上對生命游戲的宇宙觀察一會兒，你就會推知制約那個宇宙中物體的規律……你可以在這個宇宙的任何水平上創立整個物理學。”所謂生命游戲，指的是數學家約翰·何頓·康威（John Horton Conway）在20世紀70年代所發現的一種數學游戲，用紙筆就可以玩這個游戲（當然用電腦來玩更加便捷）。首先畫出如圍棋棋盤一般的正方形的網格“宇宙”，每個格子以兩種狀態（如留空或涂上顏色）來代表格子中“細胞”的死或生，任何細胞在下一個時刻生死的狀態，取決于相鄰8個格子中其他細胞的狀態，具體規則如下：①如果一個細胞周圍有3個細胞為生，則當前細胞為生（若原先狀態為死，則轉為生）;②如果一個細胞周圍有2個細胞為生，則該細胞狀態不變;③其他情況該細胞狀態轉為死。

舉例說，格子中的初始狀態是，第3行第2列本來有一個活著的細胞，但因為周圍其他活著的細胞太少，于是下一時刻它就死去了，而第3行第3列的那個活著的細胞，因為周圍有著2個細胞，于是下一時刻仍然活著。其他格子的狀態以此類推，于是這個圖形在下一時刻就變為的樣子。但在下一時刻，圖案又變回到原來的樣子。

雖然說規則很簡單，但某些形狀的變化出人意料，如有一個叫做“滑翔機”的圖案，它連續變化四次后會出現怎么樣的情況呢？觀察圖1：連續變化了三次的“滑翔機”，試著計算一下，下一時刻會變成什么樣子？

這個圖案在連續變化了四次后又恢復到原來的形狀，但位置卻發生了移動。如果將整個過程“快進”的話，就能發現“滑翔機”在網格宇宙中沿著斜線方向“飛行”。對此，霍金幽默地稱其為“滑翔機沿對角線移動定律”。但“滑翔機”的意義，遠不只是好玩。兩架“滑翔機”如果撞到一起，就會“墜毀”而變成靜止的“磚塊”，滑翔機也可能因為碰到了某個“轉向”裝置而改變航向。圖2為兩個即將碰撞的“滑翔機”。

數學家們發現，利用“滑翔機”的這個特性，就能在生命游戲的“宇宙”中創造出各種邏輯門，并進一步以這些邏輯門為基本組件，裝配出一個計算裝置。圖3是在生命游戲“宇宙”中創造出來的邏輯與門，是生命游戲與門的初始狀態，執行的計算為True and True，有興趣的朋友可以用開源的Golly軟件自己耐心畫一下，對運行效果加以驗證。

圖4是輸入信號正在傳送中的狀態，注意左側有兩個“機頭”朝向右下方、運行方向一致的“滑翔機”分別是輸入信號A和輸入信號B，而最右面的一個“機頭”朝向左下方的“滑翔機”是參與狀態判別的信號，而不是輸入信號。

下頁圖5是中間和右側的兩架“滑翔機”相撞，只有最左側的“滑