隨機選擇比“理性選擇”更有效

盛洪

當人們談論生命或智慧生物起源時，總會驚嘆于其實現的概率極低，于是有人就借此證明，如果沒有一個有超級智慧的有意設計，怎么會出現這樣的情形呢？這種假設的含義是，超級智慧可以進行理性設計，其成功率比大自然隨機的選擇要高得多。其實，這是一種似是而非的觀念。實際情形可能正好相反。

我們首先要假定，這個超級智慧并不是一個超理性的神秘存在，而只是具有更高的理性，但一開始并不知道創造生命或智慧生物的結構和參數，他要經過對可以構成生命或智慧的知識進行探索，才能進行設計和創造。我們已經知道，這種生命形態的成功概率非常之小，比如只有一百萬億分之一。這個超級智慧怎么發現這個這么小概率的知識呢？一種方法是隨機地試驗，直到碰到那個對的知識。還有一種方法是先構想一個生命形態的結構，然后按照這種構想設計一種篩選程序，在這一百萬億種可能性中篩選，先篩掉9999/10000，于是就剩下一百億種，再在這里邊隨機選擇。這兩種方法哪種更有效率呢？

初看起來，后一種方法似乎更有效。假如真知識就藏在經程序篩選過的一百億種可能性中，即使對選中的一百億種可能性再進行隨機選擇或順序選擇，也是對一百萬億種可能性進行完全隨機選擇的效率的一萬倍。然而，如果真知識并沒有藏在這一百億種可能性中間，而且人們相信這個篩選程序是對的，那么他們永遠失去了找到真知識的機會。而如果人們再設計一個篩選程序，在上一次篩選過的可能性之外進行選擇，在原則上，這就與全面的隨機選擇沒有區別了。而對一百萬億種可能性進行隨機選擇的方法，也許會比上一種方法幸運時要慢一萬倍，但它絕不會失去找到真知識的機會。如此看來，隨機選擇比“理性”選擇更有效。

問題是，上述假設的那個篩選程序是怎么來的。設計這個篩選程序也是需要知識的。若要使這個篩選程序是有效的，最好的方法是要知道被尋找的潛在知識是什么樣的，但這是一個悖論，因為這正是要找的對象。所以，人們認為是刻意的篩選，在大自然看來只是一種隨機選擇。關鍵在于，如果人們認為他們設計的篩選程序優于隨機選擇，則可能導致更壞的結果，即把真知識漏掉了。我們把全面隨機地選擇稱為“中性的選擇”，那么所有人為設計篩選程序的選擇都是“非中性的”。這意味著，一種篩選程序可能偏向于遠離真知識的方向，而另一種可能偏向靠近真知識的方向。而一種篩選程序到底偏向哪個方向，也只是一種隨機概率。所以平均而言，刻意的篩選不會比隨機選擇更有效率。

那么，既然找到真知識如此之難，近代以來的科學探索難道不是刻意尋找嗎？不是取得了很大成就嗎？難道不比隨機選擇更有效嗎？既然找到真知識的概率如此之小，人類社會幾千年來不是發展了燦爛的文明嗎？首先要清楚，已經取得成功的科學只是在簡單系統領域取得了一些成就。一是因為簡單系統的可能性規則的數量較少，二是因為這些知識是可以直接觀察到現象的知識。人們好像用刻意選擇的方式去選擇，其實事實是，科學家們也是經過多次失敗和曲折后，才找到真知識。這一過程，在大自然看來，其實是隨機的。而人類文明確實是一個復雜系統，但這種復雜系統卻是由極為簡單的規則發展起來的，其規則可能性的數量并不多。我們現在承認，人類文明不是某個聰明人的設計，而是起源于自發秩序。這就是一種隨機選擇。

例如《一種新科學》的作者沃爾夫拉姆（Stephen Wolfram）在對一維三元兩態元胞自動機的規則進行實驗時，他發現一共有二百五十六種可能的規則。他有能力逐個進行實驗，發現了三種有意思的復雜結構，其他規則都是意義不大的。在規則極為簡單時，規則的可能性數量相對較少，人們可以通過逐個實驗來發現，盡管他們感覺是按照理性的設計去尋找，其實他們后來發現了真知識是一種偶然，一種隨機的概率。就如法拉第發現電磁感應是一種偶然一樣。通常的情況是，科學家們提出各種假說，然而進行證實或證偽。如果證偽，就繼續改進假說，或者讓位于另一種假說。如日心說否定了地心說，氧化說否定了燃素說。或者幾種假說之問形成了某種互補，如光的波動說和光的粒子說，最后形成波粒二象性學說。這些做法，從純粹意義上講，都是隨機選擇。

在文明社會形成的規則，看似復雜，但幾乎都形成于極簡的初始規則。如對每一時刻的特定情境，下一步如何做，人們都只有兩種選擇，是或否，隨著時間的推移，就形成了可以觀察得到的有序的規則。這種情況類似于元胞自動機的一維三元兩態模型，可能性規則的數量相對較少。例如在證券市場上，每個人只是根據當下情況決定下一步是買賣還是不改變現狀（已持有繼續持有，已空倉繼續空倉）。所有人都這樣一步一步走下去，就形成了復雜的證券市場的價格和數量結構及時問波動序列。人類目前能做的，就是通過經驗，知道哪些規則是有效的，哪些是無效的，哪些是負面的。市場規則就是經過人類早期的試錯過程，最后發現并掌握的規則。這一過程是隨機的。哈耶克說，市場是人們“偶然發現的”。

而有些復雜系統的基礎規則就不是一維三元兩態元胞自動機模型這么簡單了。例如在自然界中的植物，應該說是三維的。植物生長的每一步都要決定如何向長、寬、高三個方向變化。而一旦元胞自動機稍微復雜一些，如變為一維三元三態，則可能的規則就有7625597484987個。而進入到二維層次，規則可能性的數量就會進一步增大。僅對二維九元兩態的規則限制的種類數量就有4294967296個。如果“系統增加少數幾個元胞，可能類型的總量就絕對是一個天文數字，計量它們就變得完全不可操作”（《一種新科學》，217頁）。可想而知，如果是三維系統的話，規則數量就更不可計數。

在這種情況下，按順序地逐個實驗的方法顯然不可行。按照上述說法，“理性地”設計一個篩選程序也是不可行的。沃爾夫拉姆曾經設計過一個自動搜尋巨大數量的移動元胞自動機可能規則的程序，加入各種他期望移動元胞自動機如何行為的參數，很快搜索了一百萬個可能規則，接著是一千萬。但他“一無所獲”。于是他去掉了這些參數，時間不長，他發現了兩個有趣的圖案。他總結說：“挑戰總是，我們要避免假設;實驗要設計得盡量簡單和直接，以使不會漏掉重要的新現象。”這證實了我們前面得出的結論，即隨機選擇比“理性”選擇要好。即使在極簡的行為規則方面，只要人們并不能直接觀察到，人們也不能通過理性設計比隨機選擇更快地在大量可能規則中尋找到真知識。比如在人類社會這種比動植物簡單得多的有機體中，迄今沒有一樣規則或制度是人造的。反過來，即使依據這些規則形成了某些有機體或自組織，如市場、村社或社會秩序等，由于人們沒有看到它們的起源，也是無法知道當初的基本規則是如何被發現的。哈耶克曾說，習俗等白發秩序形成古早，人們并不知道它們是什么時候形成的，怎樣形成的，其中包含的信息是我們不能完全理解和把握的。這已經足以讓哈耶克強調，人類社會絕大多數規則是自發形成的，而不是人為設計的。

比較而言，地球上的植物和動物則起源得更早，并且生長在三維空間。人類既不可能看到它們的起源，也因它們的生成規則可能性為天文數字，而不可能發現它們生成的真規則。因而人類注定不可能制造生命。他們可以將植物的種子種下，讓它們發芽、開花和結果，他們可以用嫁接的方法改變植物性狀，可以將某一細胞中的染色體植入另一個細胞中，他們也可以模仿已經形成的生命體合成一個生命體，但他們不可能創造一種新的生命類型。據說溫特爾團隊于二0一0年合成出了有機體，但生物倫理學家亞瑟·卡普蘭評論說：“溫特爾并沒有真正創造出生命。”因為任何一種生命類型的形成都像是中了萬億大獎，概率極低。人類如果按順序去找，則要耗費億年時問，這在人類社會幾無可能;而要“理性地”設計一種篩選程序加快這一過程，如前所述，結果會比隨機的選擇還要差。

然而，這樣費時恒久的工作可以讓大自然去做，大自然有的是時間。最好的方法，就是隨機選擇。我們可以想象，在宇宙這個巨大的實驗場上，在萬億個不同地點每時每刻都在發生著隨機的選擇，由于是隨機的，就相當于同時進行萬億個實驗。由于規則很簡單，實驗就沒有難度。我們可以想象，絕大多數、接近全部的實驗都失敗了。但經過相當長時間，一個隨機選擇成功了。成功的行為從時間角度看會呈現出有序的結構，就如同一維三元兩態元胞自動機的第30、90和110規則一樣，顯現出一維空間隨時間推移而形成的圖案，是一種復雜的結構。這種結構的特點，一是會重復，但并非簡單重復;二是會在多個個體之間形成某種協調。由于用進廢退，被肯定的行為不斷地重復，行為在時間維度上的結構就會轉化為空間維度上的結構。

行為就是能量的不同形態，而物質就是能量的空間結構。這與弦理論的解釋很相似。在物質的最基礎層次，只是一些表現為弦的能量形式，或稱“能量弦線”。基本粒子就是弦的空間結構。這種空間結構主要表現為能量行為的重復和協同。“重復”表現為沿環形軌道的運動，或按一定頻率的波動;“協同”則是弦之間的聯系和結構。按照同樣的元規則，無數基本粒子隨機地行為被選擇出真規則，而形成夸克、電子、質子等;又按同樣的元規則而形成原子、分子。這才出現了物質的宇宙，才有太陽系和地球。而所有這些物質的樣貌都與形成它們的基礎性個體的行為有關，即被選中的行為。按同樣道理，出現了更為復雜的空間結構，這就是最初的有機體。

這意味著，它是生命，它可以復制自己。復制過程雖然不是很快，但與隨機選擇真規則的過程相比，簡直就是一瞬間。這些最原始的生命仍然遵循著最簡單的元規則，進行著行為規則的隨機選擇，即進行著是或否，黑或白，0或1的行為選擇，也同樣在地球這個巨大實驗場上同時進行數萬億個實驗。只不過，這一輪隨機選擇并不是最初始選擇的簡單重復，而是有著較大的不同。首先個體不同了。原來還是沒有生命的個體，選擇的空間相對狹小;而現在是生命在選擇，行為能力不同了，選擇的空間變大了，行為規則的復雜度就增加了，同時行為規則的可能性也急劇增加。從最簡單個體到最復雜的生命之間，有著多個這樣的層級。復雜度每上一層，就會重復上面所描述的循環。在每一層次的隨機選擇中，絕大多數的行為規則被證明是無效或失敗的，偶然地有一兩個行為規則是有效的，從而被肯定和持續下去，采用此行為規則的有機體就會發展起來，沒有采用此行為規則的有機體或者只停留在原來狀態中，或者走向滅亡。又一次，新的被選中的行為規則的時間結構轉化為機體的空間結構，有機體變得更為復雜，而這種機體變動有助于被選中行為規則的實行。這就像達爾文演化論所描述的一樣，牛要反芻，所以長出了兩個胃;人要思考，所以大腦容量大。這一規則從開始就是這樣。演化得更為復雜的有機體，又會向各個方向隨機地探索適應新機體的行為規則，這又進行了新的一輪循環。新的行為規則被確定，又引致新的機體變化。

當然，被大自然肯定的行為規則不見得只是一種，很可能是多種。例如即使是一維三元兩態的元胞自動機模型的二百五十六種可能規則中，還有三種呈現出復雜結構來。所以可以看到有各種各樣的微生物、植物和動物，直到人。這些都是在隨機探索中被大自然肯定的有復雜結構的有機體成功方案。在每一個變化分叉中，又會出現多種選擇。如現在的植物雖千變萬化，但它們的枝葉分叉的角度大多為137.5。這說明在植物始祖選擇了這一合適的角度后，又出現了大量不同種類。還有一種可能出現的情形是，一種有時間結構的行為規則及其系統結構被選擇了出來，在相當長時間沒有對手，但并不意味著它是最優的，因為可能更好的規則和結構還沒有被選擇出來。如羚羊角彎曲的角度無需是最佳的，只要比競爭者更好就能稱霸。再者，沒有所謂純粹的最優，只有在特定環境下的最優。這就是達爾文演化論已經揭示的道理。

有些議論認為，如果是隨機選擇，“即便是產生一個極為簡單的原核生命，也需要將近一千億年”。這在只有四十六億年歷史的地球來說，絕對不可能。然而，這種看法是把已經知道的有機體結構出現的概率拿來作為討論的對象。實際上，這并沒有駁倒達爾文的演化論。演化論恰恰是說，今天宇宙中的各種生物物種，都是從最簡單的結構演化而來的。即演化過程是由簡入繁的。這比一下子創造一個復雜體系要容易得多。按照沃爾夫拉姆的“新科學”的看法，大自然是從最簡單的行為規則開始的。即任何一個個體隨機地選擇行為規則。這個規則讓個體根據當前狀態做出下一步的選擇。只有兩種選擇，是或否，黑或白，0或1。而規則的可能性數量雖然也很巨大，但比一個原核生命結構的替代可能組合的數量要少得多，被選擇到的概率要高得多。例如，只有10的14次方的數量。

這種分層的演化路徑極大地減少了假如不分層所面對的行為規則的可能形式的數量，從而本身又節約了隨機尋找和選擇的成本與時問。這種路徑又為另一個作者布萊恩·亞瑟（Brian Arthur）的研究所發現。亞瑟在其《復雜經濟學》一書中指出，復雜性的演化有三種形式。第一種被稱作“協同進化多樣性的增加”，即由于新個體或“物種”的形成和出現，創造了“生態位”，使得其他個體或“物種”更易生成，他們又會產生新的“生態位”;如此互動循環。也就是說，當最簡單的個體產生后，會給以后較復雜的個體生成帶來便利。以后復雜性的每個層次都會有類似的效果。于是，最復雜的結構或“物種”并不是一個超理性的神圣設計而成，也不可能憑空隨機形成，而是由簡入繁地逐級地循序漸進而成，但在每一個層次中，卻是隨機選擇的結果。如此，對行為規則的隨機選擇在地球上生成了生命和智慧生物。我們在前面已經證明，這種方式比“理性”選擇方式，即唯理主義建構論的方式要有效率。它也比證明神造論的機體結構的隨機選擇要簡單得多，以致可以在地球年齡長度內完成形成生命以至人類的工作。而從發生角度看，機體結構的隨機選擇根本就是違反常識。如果不會做簡單的機器，而直接去做復雜的機器，其難度要大大超過按部就班、循序漸進的方式。而行為與機體相比，前者更易變化，后者更難變化。因而演化一定先從行為變化開始，機體再去適應行為，而不是行為去適應機體。更清楚地說，對行為規則的隨機選擇介于“理性”選擇和對機體結構的隨機選擇之間。它的成功概率小到理性選擇不可能比它更好，而經常不如它;簡單到它可以在地球的時間長度內形成生命和智慧生物。

那么，如果理性選擇不如隨機選擇，理性還有什么用？首先，也是最重要的，就是知道“理性選擇不如隨機選擇”。這不是廢話。在人類的文化傳統中，這是最重要的知識。沃爾夫拉姆通過自己對行為規則的搜尋發現，隨機性是保證出現有序結構的最重要的性質。他說：“總體而言，發現有機體的重要新性質的合理方式，就是純粹隨機的選擇。”（《一種新科學》，399頁）這里的隨機性，在人類現有文化中表達為“自由”“自然”“自發秩序”。我們發現，這正是人類文化中最有價值的部分。再仔細看，它們都包含著隨機性的含義。如自由，就是不排除任何可能性，就是可以向任何方向發展，就是不要有任何限制，包括看來“理性”的限制。而自然，直接就排除了人的刻意而為，就是讓自然發生作用，這就是隨機的變化的作用。自發秩序就是排除了人的理性設計的秩序。

在這里，要對兩種隨機性做一下區分。隨機性就是，第一，任何選擇的概率都是相等的;第二，任何一個個體向任何方向變化的可能性都是相等的。然而，個體之間的差異性有不同。如在熵值最大的情況下，不同點的溫度一樣，也就是差異性很小，所以在這里的隨機選擇不會有什么結果，因為每個個體幾乎都一樣。在另一種情況下，如宇宙大爆炸的情況下，宇宙在持續膨脹，個體之間的差異，包括溫度和空間位置都不一樣，甚至還會擴大，這時的隨機選擇就有意義，因為不同的選擇就有不同的結果。因而，這兩種隨機性可分別稱為大爆炸隨機性和大坍縮隨機性，或膨脹隨機性和收縮隨機性。在本文中說的“隨機性”就是指前一種隨機性。在這種情況下，隨機選擇比理性選擇要好。

除此之外，理性還能做什么？第一，對簡單系統的行為規則進行探討。這就是近代以來科學所做的事情。物理或化學定律就是簡單系統的“行為規則”，因其可能規則的數量較少，很多科學家的逐一試錯和愛因斯坦式的天才猜想還有用武之地。第二，對簡單系統本身進行模仿。人造的簡單系統既可以直接對自然簡單系統進行模仿，如古代的房子;也可以依據簡單系統的“行為規則”進行建造，如現代建筑。第三，對有機體已經顯現的行為規則進行探索，如對習俗起源的探索，對DNA的探索;對有機體本身的結構進行簡單模仿，如仿生機器。所謂“簡單模仿”就是粗略得多的模仿，只能實現被模仿對象的一兩項簡單功能，而絕不能等同于被模仿者。如果越過這個邊界，就會帶來問題，甚至是災難，如對已有的社會秩序和結構進行簡單模仿，建立計劃經濟，就是一個拙劣的仿品。

在已經生成有機體和社會體系以后，隨機選擇會受到選擇結果的限制。即它會排除對已經選中的有機體或社會體系的否定。當哈耶克說自由與秩序是一個硬幣的兩面時，就是這個意思。秩序是已被選中的行為規則，遵從秩序并不是否定自由，而是自由的結果。人的大腦就是被選中的行為規則的有機結構，它的思考就是對大腦結構的肯定。因而，大腦對所有行為規則和系統結構的探索，并遵循探索的結果，看似是對隨機性的否定，實際上是對隨機性的結果的肯定。當然，任何已經形成的行為規則或系統結構也還面臨變異和新的選擇，因而大自然也不排除已有規則或結構的變化，所以大腦在肯定已被選中的規則與結構時，也會持有更為寬容的態度，即遵循規則但不排除一定程度的偏離。

那么，證明了隨機選擇可以生成人類，還有神么？其實，神就是人對自己有限性的另一種說法。前面說過，行為規則的隨機選擇要比機體結構的隨機選擇簡單得多，所以容得地球發展出人;但是行為規則的隨機選擇比理性選擇更有效，行為規則的可能數量大大超過人類逐一選擇的能力，因而是人類理性不及的。所以仍然凸顯出人類的有限性。并且，那些潛藏在億萬可能性之中的真的行為規則又是誰安排的呢？如此安排又是遵循什么規則呢？這仍是一個更大的謎。那些大自然中的隨機選擇，那些在人類無知無識的時候白發形成的社會秩序，人類只知道有這些東西，而不知道這些東西是如何形成的;只能冠以“自發秩序”的名稱。而看得見的自發秩序，還可能不是最好的，那藏在后面的自然法也許人類永遠不能知道。因而，證明了隨機選擇比理性選擇更有效后，人們仍應對那全知全能的存在保持敬畏。

（Stephen Wolfram，A New Kind of Science，Wolfram Media Inc.，2002;《復雜經濟學》，布萊恩·阿瑟著，賈擁民譯，浙江人民出版社二0一八年版）