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!( p S; I) G+ T7 n
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。: L; Z( ~/ x% ]/ g |/ H
. w2 l+ k* x' t8 [2 ~. ~/ h1. 生命这玩意儿,到底咋定义?" ~, c) Z- z. u2 S
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!( @- t/ F& k6 {" q2 N
( K; }5 M' P# x9 u) m; }; n
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。! v: w) {9 c& t. S
! |& T" D/ m5 s$ b3 i
2. 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( f. b$ m8 O% O% h$ V; h
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。 + D, q8 q1 c* B( \, |' D* n7 G6 {, k3 s: P/ @% H( C
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。4 v B# ^! ]; H# i6 f: `% p
0 L ?: `! |" u' ?# D0 W0 X5 R9 ]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。 6 H5 _9 L8 E: ]# L 3 ~! V# f, Y4 j ]; Q4 W' Y" S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”。 & k) A7 i$ s# S( e 7 j# x% _3 y" A+ z+ d; H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。 ' A, \% S& s- k+ ? 4 C' }- w$ T4 ^8 R& r8 i3. 不止一种语言,不止一个环境:自我复制者的“生存大挑战”' n0 N# g; [' u# _
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。 " x5 l% Z) M' P5 g' Z9 U3 f/ B 3 B- m6 a( Y: H9 ^" }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。 # P9 b! z% v6 y% m- q; I! C & s; P4 q. u7 f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。 / n6 i- z' k$ N; F x+ ~& ? p+ j8 L: ^
4. 深入程序的“内心世界”:探索自我复制的奥秘 , r$ m }+ W% }8 w+ ?) X" o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。1 f9 ]& c4 i& f
5 L2 w( I4 m3 W) l; X9 b
4.1 计算基质:程序的“游乐场”+ Q* `/ e; \/ z
4 W2 P4 F: p1 Y ^% R' ?1 }9 l
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。 8 j* t7 G# l# `: n) z5 C5 E4 j, U) {& R& Z; T
4.2 自我复制程序的“秘籍” ; _/ Z- p, T8 r- I& T % p0 H/ H4 o' r4 i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。 , T+ {& S+ A) m* W* Z - F/ z# I, g1 a/ k! h: q4 [2 w' W' }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。 7 H% A/ I! s$ v# M, M% v- @; T. A- h1 V3 {! V
4.3 高阶熵:衡量程序复杂度的“尺子”1 g( L e7 O4 Z. }
! I1 y& {# r$ [( {9 t7 m* l- k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。 , h. k9 h8 Z8 ]6 [! d5 O6 }/ X5 u) a/ I M, J. o
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”。6 K' k) f- L; O& U) T. h. {! t
0 U% }6 A: N9 N: h- K; g0 `4.4 模拟实验:观察程序“进化”的“望远镜” . G6 E; f+ e p , w0 J0 X! N/ d/ k# {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。 ( _" t5 v# g; F7 {* v5 ]* Z& }+ y; h S5 N+ e" @( o! H
4.5 状态转换:系统“进化”的“分水岭” 9 w$ o- O, y) W! h 6 E( a3 e$ D% ^* `8 V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。9 O' ]! i. R- U# s
, z/ S E6 K' S+ ]* Y1 `$ J
4.6 自我复制者的演化:从“菜鸟”到“高手”: s* p' K+ x- ^/ \
% \# _0 H6 ?& a! l" F* H/ g: M9 g! j9 y
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”。+ q1 N, E, ^) P) N% W% a
5 }& X$ q3 [- p3 ?( f
4.7 跨基质比较:寻找自我复制的“普遍规律”4 u' a+ B1 C6 w9 ]) a8 o