技术的终局 | 技术、熵与奇点 Technology, Entropy and Singolarity

From 2001 Space Odyssey 

 

这篇文章的灵感来自一位理论物理学家Geoffrey West 。

根据其本人网站页面的介绍,West 早期的物理学研究主要集中在宇宙的规模法则,后延伸到规模法则下生命的结构和功能。West 于2003年加入了举世闻名的Santa Fe研究所,进行了大量对生命、组织、城市规模法则的研究。最近老爷子带着出版的新书《规模》,在国内好几个地方举行了演讲,还参加了鹅厂11月1日的全球合作伙伴大会。

West在前人研究的基础上,将复杂系统的规模增长分为三类:亚指数增长型(下图a)、指数增长型(下图b)和超指数增长型(比指数曲线更陡峭,下图c)。

West认为人口规模是典型的指数型增长,而由于个人需求也呈现指数型增长,社会总需求(可以简单理解为人口规模*个体需求)则呈现出超指数增长的特征*。在无干预的情况下,超指数增长会在有限时间内到达“奇点”(singularity),并导致崩溃(d)

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Source : Growth, innovation, scaling, and the pace of life in cities. Luís M. A. Bettencourt, José Lobo, Dirk Helbing, ChristianKühnert, Geoffrey B. West. Proceedings of the National Academy of Sciences Apr 2007, 104 (17) 7301-7306; DOI: 10.1073/pnas.0610172104

奇点带来的崩溃是什么样子的?可能是激烈的,如历史上多次发生的世界级的战争;也可能是平静的,就像六十年代早期美国进行的一场小白鼠的无限繁殖实验中,鼠群在超高密度的环境下自发终止了繁殖行为。(一篇知乎文章把这个实验讲得很清楚:https://www.zhihu.com/question/50077611/answer/425413555?from=singlemessage&isappinstalled=0&utm_medium=social&utm_oi=41532497330176&utm_source=wechat_session)

*海狸1号讨论:这里个人需求和社会总需求的增长其实存在可以讨论的空间,West的论证中,人口规模和个人需求的指数增长是基于无限制条件下的“自由欲望”。然而不管是人类还是动物群体的行为都呈现出随外部条件变化的特征,种群规模和需求过大导致的生存压力会反过来降低种群的增长速度,并且我认为这一过程已经出现在世界部分地区,比如日本个体生存空间被挤压背景下的“低欲望社会”。

 

West和诸多学者认为,一直以来人类已经通过技术和创新干预了奇点的到来进程,不断重置奇点到来的时间,让增长得以继续。(Geoffrey West,《规模》)

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Source: Geoffrey West

这个曲线看上去很美好。然而为了避免崩溃,产生重大创新的时间间隔必须越来越短,这已经在地球和人类一万年的发展史中得到证明。

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Source:集智俱乐部对《规模》一书的解读,原文链接在此

如今我们不得不直面一个可能迫在眉睫的问题:真正的奇点是否、以及何时到来?

“centered on the accelerating progress of technology and changes in the mode of human life, which gives the appearance of approaching some essential singularity in the history of the race beyond which human affairs, as we know them, could not continue”   

——Stanislaw Ulam 1958

“你们人类只是一种被设计出来创造更多智能工具的生物机器,你们已经抵达你们物种的金字塔尖了……你们的大限已到;你们已经达成你们被设计出来时所赋予的一切使命。”

——《机器人启示录》2014

如今,很多人都认为未来超级人工智能(Artificial Superintelligence)的到来会打开迈向奇点的大门,机器智能的发展绝尘而去,并将社会带入人类不可理解也不可控制的状态。

更重要的是,普通人对于技术发展的预期,往往与现实差异巨大——在阿尔法狗击败人类顶尖高手之前,几乎所有人都以为计算机在围棋上战胜人类将需要更长时间;在败给深蓝20年后,国际象棋大师卡斯帕罗夫仍然认为人类的创造力会是人工智能的终点(来自作者参与翻译的卡斯帕罗夫的新书《深度思考》)。

也有很多人认为奇点这是技术悲观主义者的臆想,那么,我想继续聊今天的第二个主题:熵

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熵是一个关于系统状态的函数,可以用于描述一个系统的混乱程度——系统从有序变混乱,就是熵增的过程。熵的增加意味着系统做功能力下降,即能量下降。

高中学过的热力学第二定律说:孤立系统的熵永远只会增加,不会减少。

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因此在物理规则中,熵似乎只能朝增加的方向行进——如果没有外部做功,混合的液体永远不可能再分开,摔坏的杯子永远不可能再变完整,不收拾的房间永远只会越变越乱:)。

一切有序的系统,如生命、组织、星球、星系,都是局部的低熵系统(十分喜欢把生命称为低熵体这个说法)。低熵体的维持需要大量的外部能量做功,而人类通过技术的进步,不断提高自身利用外部能量的效率,构建了人类社会这一巨大的低熵系统。

但这种局部的熵降低是以更大范围的熵增为代价的,因为能量转换的效率不可能达到100%,在维持秩序的过程中,外部能量消耗带来的熵增必然大于系统内部熵的减少。而技术带来的能量利用速率的提高意味着熵增的加速,速度越快,系统总体的混乱程度越高。

技术带来的局部低熵总是以总体的熵增为代价,这种代价正在越来越体现在人类社会内部而不是外部,比如越来越加剧的贫富差距、严峻的气候和环境变化形势、动荡脆弱的经济体系,这可能让我们越来越快地接近奇点

宇宙很大,人类能够利用的资源不过是沧海一粟,但指数增长是一个恐怖的武器。根据冯诺依曼的幻想,如果有能够制造出可以进行星际旅行、能够开发其他星系并自我复制的机器人(von Neumann probe,其实就是生命),使其呈现指数增长,那么这种机器人覆盖整个银行系只需要不到500万年。

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事实上这个问题早在阿西莫夫的短篇小说《最后的问题》中已经描述得清清楚楚。人类不断建造的超级计算机,终于有一天能够自我进化、并似乎能够解决一切技术问题。

在它的帮助下,人类不断提高资源利用的效率和广度,成为了如神一样蔓延于宇宙空间的生命体。

但熵增的加速过程并不会逆转。当宇宙的熵增长至极限,整个宇宙将成为暗淡均质的虚无,那就是热寂。到那时,如果超级计算机还存在,它/他/她说的第一句话大概是:

首先,要有光。


后话:其实这文章是一个物理学爱好者的杂想,只不过碰巧比较悲观。

我一直认为所有人,不局限于技术乐观主义者,都有必要了解一点物理,因为物理是对于本质规律和现象背后的意义的追寻(这里我不把数学作为一个学科,而更像一门语言和工具,有相当多的观点认为数学不能被划分为一个学科)。

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我们总是看到有相当的物理学家会“不务正业”地去研究其他领域的主题,因为对于他们来说,一切现象背后都可能是物理规律:

  • 比如薛定谔晚年对生命本质和遗传基因的探寻(当时DNA双螺旋结构还没有发现),对分子生物学的产生了重大影响,对于普通人来说,读一读《生命是什么》也能从负熵、耗散结构这样的概念中得到大量灵感。
  • 比如物理为网络科学、复杂科学、认知科学等学科提供了大量养分。
  • 比如每年都有大批放弃物理研究的同学进入华尔街,研究各种影响整个资本市场的金融工具。

所以我们都可以了解一点物理,就算只是能更好地读读科幻作品, 也是好的。

另,如果北大物理系和中科院物理所需要业余招生&branding专员,请联系我谢谢 > <。


附一些学习资源:

  • 集智俱乐部,一个关注复杂科学的社群,也是Geoffrey West本次中国行的主要组织者,整理了不少相关的学习资料;
  • Geoffrey West的新书《规模》、他发表的各类paper,还有老爷子2011年在TED的演讲 The surprising math of cities and corporations;
  • 生命是什么》,薛定谔,激励了分子生物学的诞生和DNA的发现,从物理规律出发讨论生命的本质;
  • 《哥德尔、艾舍尔、巴赫:集异璧之大成名字很雷,但内容结合了计算理论、数学、文学和艺术,作者是用计算机理论研究认知科学的人工智能研究先锋,虽然他的成果“激励了很多学生开始计算机和人工智能方面的研究”时,他回应说尽管他对此感到高兴,但他本人“对计算机没有兴趣”。

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