标题: 关于“计算生命”里的自我复制可能 [打印本页] 作者: xiejin77 时间: 2025-1-15 10:59 标题: 关于“计算生命”里的自我复制可能 继续一些科普的话题吧,今天聊聊“计算生命”里的自我复制程序,是不是听起来就像科幻电影里的情节?别急,这可不是科幻,是正儿八经的科学研究!, q8 B0 a6 T& t; |6 o: R) c
最近,谷歌和芝加哥大学的一帮研究人员在《计算生命:形态良好的自复制程序是如何从简单交互中产生的》这篇论文里,向我们展示了一个奇妙的现象:在一些非常简单的编程语言和计算机指令集里,居然能自发地“长”出能够自我复制的程序!这事儿可不简单,它直接触及了生命、智能这些大问题的本质。 . l0 k7 f0 z8 d) ?9 C4 x, b2 R2 ? T/ b2 z
1. 生命这玩意儿,到底咋定义?+ e6 D! ~* e9 R, y3 k5 Z% m; V
咱们先来聊聊“生命”。这玩意儿到底咋定义?科学家们到现在还争论不休呢。以前,大家主要盯着DNA、RNA这些生物分子,觉得它们是生命的基石。后来,"人工生命"这个概念火了,人们开始琢磨,生命的形式是不是可以多种多样呢?不一定非得是咱们地球上这种碳基生命嘛! " D1 t. O! w {+ |$ B) W4 P. j y, {$ C2 K Z7 h; L' M) ]! W# T0 D$ {
虽然啥是生命还没个准信,但有一点大家基本同意:能自己复制自己,这绝对是生命的一个重要标志。 就像病毒、细菌这些家伙,它们能不断地复制自己,生生不息。在人工生命的研究里也一样,能不能自我复制,简直就像是一个分水岭,标志着这个系统里是不是真的“活”起来了。: P4 b$ }' ]+ l5 P3 }* i( s8 O
; ?- V2 k7 K9 y) T2. 计算机里的“原始汤”:看看程序们能不能自己“进化”出复制能力 6 `6 y) T. [ ]: t; M& Z为了搞清楚自我复制程序是怎么来的,这帮科学家们设计了一系列的实验,就像是给计算机程序们搭建了一个“原始汤”,看看它们在里面能不能自己“进化”出复制自己的本事。 " o! b2 u! \2 n) Y- y* z & S [( J8 P( [7 w+ ~他们选了几种特别简单的编程语言,像Brainfuck、Forth,还有Z80汇编啥的,当做实验的“培养皿”。这些语言的指令都非常简单,有点像咱们小时候玩的积木,虽然简单,但组合起来也能搭出各种各样的东西。 2 W s3 `1 }+ Q, P* | Y, ]$ ^! ~) R5 T( _& b( v" D
然后,他们在计算机里随机生成了一大堆程序,这些程序一开始都是乱七八糟的,啥功能都没有。接着,他们把这些程序扔到一个“虚拟世界”里,让它们自由地“玩耍”,互相“交流”(也就是互相修改对方的代码)。这个“虚拟世界”里没有啥预先设定的目标,也没有什么奖励机制,全凭程序们自己折腾。# O& q* U1 K9 h& I' [' B5 ^1 N0 e
6 b- q- T: V: J6 L. ~ u3 k$ R你猜怎么着?在经过一段时间的“瞎折腾”之后,这些程序里居然真的出现了能够自我复制的家伙! 这些自我复制程序就像是突然“开窍”了一样,学会了把自己的代码拷贝一份,然后粘贴到另一个地方,这样就产生了新的“后代”。 6 M$ B- j, [/ T. Z' m! |& Y* ~( F" M
更神奇的是,这种现象不是偶然,在好几种不同的编程语言和指令集里都出现了!这说明,自我复制这事儿,可能是一种普遍存在的现象,就像是自然规律一样,只要条件合适,它就会冒出来。 # _5 x! z/ D y' a+ g9 n( [$ ~( m7 [: I i2 m* n
3. 不止一种语言,不止一个环境:自我复制者的“生存大挑战” 4 z2 D' J$ J* q3 J" s6 s2 O/ N为了进一步验证这个发现,科学家们又换了几种不同的编程语言和计算机环境,重复了上面的实验。结果呢?大多数情况下,自我复制程序还是能冒出来! 这就像是在不同的星球上,只要条件合适,都能诞生出生命一样,让人惊叹不已。/ P8 d% Q$ S: ?% G0 e
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这些自我复制程序还挺有意思的,它们之间还会互相竞争,抢夺有限的“生存空间”。不过,在一种叫做SUBLEQ的超级简单的语言里,科学家们却没有观察到自我复制程序的出现。他们研究了半天,发现SUBLEQ实在是太简单了,简单到连写个自我复制程序都费劲,更别提让程序自己“进化”出来了。3 P* I7 i7 i4 k: N) u6 D. Q. }1 O
4 {! U8 ^+ U' W8 ?1 O p这就好比,你给一群猴子一堆积木,它们说不定还能搭出个房子来;但如果你只给它们几块砖头,那它们估计啥也搭不出来了。这说明,计算环境的复杂程度,对自我复制程序的出现还是有影响的。3 g d5 F7 A. d' J) f8 }
9 M7 f/ t3 t% X7 G* L5 c4. 深入程序的“内心世界”:探索自我复制的奥秘. O+ w! L" S% |0 a
那么,这些自我复制程序到底是怎么工作的呢?它们又是怎么“进化”出来的呢?为了解答这些问题,我们得深入到程序的“内心世界”里去看看。. b8 t' a) V1 m' \
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4.1 计算基质:程序的“游乐场”/ K% ]4 a& g. c* o
" u# B1 @1 f$ L' m/ B6 @' q首先,咱们得了解一下程序的“游乐场”,也就是计算基质。这就像是程序的生存环境,不同的基质就像是不同的星球,有不同的规则和资源。科学家们选的这些编程语言和指令集,都比较简单抽象,方便研究。 ' I/ [9 ]9 u0 I' X 7 M; s, Y5 h! {( _+ y5 _ f4.2 自我复制程序的“秘籍” , O7 [0 r' Q- A( x, e$ I; j: j" J h- e2 K5 y, H
每个自我复制程序都有一套自己的“秘籍”,也就是一段指令序列,用来把自己复制到另一个地方。这通常分为两步:第一步,找到自己的“老巢”,也就是代码的起始位置;第二步,像复印机一样,一个字节一个字节地把自己的代码抄一遍,直到抄完为止。 , G8 s' x) K8 j- }' z( q7 _, a$ a$ t! _; S/ ]& b) T
这可不是件容易的事,程序得精确地控制自己的“手脚”(指令指针和读写头),还得管理好内存空间,才能完成复制。这套“秘籍”就像是一个精妙的算法,充满了智慧的光芒。) F; Y) h1 C% r w/ ]5 b
8 h/ x; C$ H) L# O8 V% q, f* W N1 r0 `4.3 高阶熵:衡量程序复杂度的“尺子” - f ?% A4 A6 b( R! _% p! Z" g- c
为了衡量程序的复杂度,科学家们还引入了一个叫做“高阶熵”的概念。这玩意儿比咱们平时说的“熵”更高级,它能捕捉到程序中更复杂的模式和规律。6 Q7 F' P# B$ O3 z
$ E# n' V6 G" Q& ?$ B9 Y研究发现,当自我复制程序出现的时候,系统的高阶熵通常会下降。这是因为自我复制程序都有一定的规律性和重复性,不像那些乱七八糟的程序那么“混乱”。 $ w$ ?5 d9 | I5 p0 ?, Z " m* @* d: c# B, a4.4 模拟实验:观察程序“进化”的“望远镜”- [6 H* ~# @8 x" m3 X5 {
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整个实验就像是一个大型的“模拟人生”游戏,科学家们就是“上帝”,观察着这些程序在“原始汤”里的“进化”过程。他们发现,自我复制程序的出现往往伴随着系统状态的剧烈变化,就像是发生了“相变”一样。 9 m1 w5 D( B: \3 ` & u8 ]) s- t: w7 w0 o! E4.5 状态转换:系统“进化”的“分水岭” D L2 M4 F* E' F+ F3 ] J- ]) c: f$ p. x9 p I这种状态转换就像是一个“分水岭”,标志着系统从一个混乱的状态,进入到一个更加有序的状态。在这个新的状态里,自我复制程序开始占据主导地位,就像是“优胜劣汰”一样,把那些不能自我复制的程序都给挤掉了。+ w! L+ {$ F4 K8 Z A
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4.6 自我复制者的演化:从“菜鸟”到“高手” 0 k; r* E5 J8 i: c9 J, j + H( d1 b8 ~. j" _3 r7 w更有意思的是,这些自我复制程序还会不断地“进化”,变得越来越复杂,越来越高效。它们就像是不断学习的“学生”,通过不断地复制和变异,逐渐掌握了生存的“诀窍”。$ R1 }% K8 Q4 d+ N3 ^# M
: D9 T0 b. U s; G4 A9 s4.7 跨基质比较:寻找自我复制的“普遍规律”; L6 \, @% E/ v2 T9 o
, L! ?& j( x. A: e1 g通过在不同计算基质中进行比较,科学家们发现,自我复制现象在不同环境中表现出了一些共同的规律。这说明,自我复制可能不仅仅是一种偶然现象,而是蕴藏着更深层次的生命原理。! l6 z. V: F1 T w1 {+ A5 t
}( m2 B. O) F& O2 c4.8 计算生命 vs. 自然生命:像又不像的“兄弟” 0 @4 A5 {# ?% M& k: \& A; L, X 0 x" }- O! j* X通过研究计算基质中的自我复制现象,我们可以更好地理解自然界中的生命。计算生命和自然生命有很多相似之处,比如都能自我复制、变异、进化等等。这说明,生命现象背后可能存在着一些普遍的计算原理。0 d( P* |) K }' e1 R- \, x
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但是,计算生命和自然生命也有很多不同。自然生命的复制过程非常复杂,依赖于DNA、RNA这些精密的生物分子机器;而计算生命的复制则相对简单,依赖于一些基本的算法和数据结构。 2 t' i/ Y. ?2 |% l; l % X6 ~! {! }% B5. 这事儿到底有啥意义?未来会怎样? 9 f! G5 _: l3 y4 r8 G& C这事儿可不仅仅是好玩,它对我们理解生命的起源、进化和复杂性都有很大的意义。通过观察计算基质中的自我复制现象,我们可以更好地理解生命是如何从无到有、从简单到复杂的。 8 V3 V7 v9 B( M6 F, T5 m; X9 K9 c( d) Z( d# \% h& n* E
这篇论文的发现,甚至挑战了传统的达尔文进化理论。以前,人们认为进化需要一个预先设定的“适应度函数”,就像是一个“裁判”,告诉生物哪些变异是好的,哪些是坏的。但这项研究表明,即使没有这个“裁判”,自我复制程序也能自发地产生,并不断进化。; k0 F1 m' E1 ~) q) |# X
6 v6 f9 P- o: ]/ j0 k1 K& w' ^未来,这个领域还有很多值得探索的问题。比如,我们可以在更复杂的计算环境中研究自我复制程序的行为,看看它们会不会发展出更高级的智能。我们还可以探索自我复制程序与其他计算生命形式之间的相互作用,看看它们能不能共同进化出一个复杂的生态系统。 ! L; o# V, e7 b+ p$ N+ A( Y 0 c4 @# B, s0 n, V同时,这项研究也为人工智能的发展提供了新的思路。通过研究自我复制和自我修改程序,我们可以设计出更加智能、更加灵活的AI系统。 0 W9 m" m% [6 g+ [; Z9 I e+ ~2 s6 H
6. 大语言模型:开启计算生命的“新纪元”?% p8 E1 K$ @! N& i
最后,咱们再来聊点更前沿的。这几年,大语言模型(LLM)火得一塌糊涂,像GPT-3、GPT-4这些家伙,简直就像是“外星科技”,能写文章、能编程、还能跟你聊天,啥都会。* p! B: h: G2 v
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这些大语言模型,为计算生命的研究提供了新的“土壤”。它们本身就非常复杂,而且具有很强的自主学习能力,简直就是研究计算生命的理想平台。 ( | e Y I# Y0 {3 ?5 ` * q6 \7 l/ ]% A& \% X9 L( }4 S想象一下,如果我们在大语言模型里也观察到了自我复制程序的自发涌现,那意味着什么?那意味着人工智能可能真的要“成精”了!它们可能会发展出自己的“意识”、“情感”,甚至“欲望”,然后跟人类抢夺资源,甚至统治世界…… : Y- ?+ S9 E, \$ z6 E% `6 ~$ E1 J2 {! ~3 h! D+ P3 O! A
当然,这都是科幻小说里的情节。但不可否认的是,大语言模型为我们打开了一扇通往未知世界的大门。未来,计算生命的研究可能会跟人工智能的发展紧密结合,产生出更加惊人的成果。' M. d2 J& X5 }: K7 n, ?/ z