【摘要】生命由細(xì)胞組成，依托物質(zhì)形成有序復(fù)雜結(jié)構(gòu)并逐步演進(jìn)。人體細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和分工協(xié)作是生命的本質(zhì)特征，為人類發(fā)明認(rèn)知機(jī)器提供啟示。信息技術(shù)使人類擁有介入精神、意識(shí)、認(rèn)知性活動(dòng)而非客觀物質(zhì)性活動(dòng)，這是質(zhì)的改變，并非傳統(tǒng)意義上的工業(yè)革命，應(yīng)將圖靈機(jī)和電子計(jì)算機(jī)的誕生作為“智能時(shí)代”的起始標(biāo)志。將生命體的認(rèn)知機(jī)制從人的智慧中剝離，通過物理機(jī)器具象化實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建通過硅基機(jī)器實(shí)現(xiàn)碳基生命智能的物理路徑。認(rèn)知物理學(xué)是認(rèn)知科學(xué)和物理學(xué)跨界的新范式。物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)、時(shí)間構(gòu)成的“認(rèn)知四要素說”，是統(tǒng)攬人和機(jī)器認(rèn)知的第一性原理。智能時(shí)代，應(yīng)該讓人更加智慧、機(jī)器更加智能，形成迭代共進(jìn)的良性循環(huán)，這正是人類生命價(jià)值的意義所在。
【關(guān)鍵詞】細(xì)胞物理學(xué) 負(fù)熵 信息革命 思維軟構(gòu)體 認(rèn)知物理學(xué)
【中圖分類號(hào)】 B842.1/O4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2025.15.002
【作者簡介】李德毅，清華大學(xué)特聘教授，中國工程院院士，國際歐亞科學(xué)院院士，中國人工智能學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長，中國指揮與控制學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長，“吳文俊人工智能最高成就獎(jiǎng)”獲得者。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)工程、不確定性人工智能、認(rèn)知的形式化、機(jī)器認(rèn)知、智能駕駛。謝耘，北京郵電大學(xué)兼職教授，首都科技領(lǐng)軍人才，北京東方通科技股份有限公司首席科學(xué)家。研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)應(yīng)用、技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新，主要著作有《智能化未來：“暴力計(jì)算”開創(chuàng)的奇跡》《創(chuàng)新的真相：技術(shù)邏輯與市場局限的沖突與融合》等。
生命究竟是什么？智能又如何從物質(zhì)中誕生？從古希臘哲人對(duì)生命起源的深刻思索，到現(xiàn)代科學(xué)家對(duì)細(xì)胞分子的觀測，人類從未停止對(duì)生命本質(zhì)的追問。對(duì)生命與智能的探索，始終在科學(xué)與哲學(xué)的交匯地帶碰撞激蕩。隨著物理學(xué)、化學(xué)與生物學(xué)的交叉融合，籠罩在生命之上的神秘面紗被層層揭開。作為生命演化的高階產(chǎn)物，智能的核心或許正是這種有序結(jié)構(gòu)對(duì)外界環(huán)境的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與適應(yīng)性學(xué)習(xí)。
本文圍繞看似神秘的生命與人類智能，嘗試回答以下關(guān)鍵問題：人類為何會(huì)將第三次認(rèn)知革命簡單“誤讀”為信息革命？“死”的機(jī)器是如何“活”過來并具備認(rèn)知能力，超越個(gè)人認(rèn)知能力的？智能時(shí)代，人類自身如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步躍升？這些問題不僅關(guān)乎對(duì)生命與智能本質(zhì)的理解，更深刻影響人類文明未來走向。
生命和細(xì)胞物理學(xué)
為了討論生命智能，研究人一生的認(rèn)知活動(dòng)規(guī)律，構(gòu)建認(rèn)知機(jī)器，使之成為人工智能，我們首先需要了解薛定諤的細(xì)胞物理學(xué)。他于1944年出版的《生命是什么——活細(xì)胞的物理學(xué)》[1]一書，頗具啟發(fā)性。
生命進(jìn)化的過程，依托于相同或不同的物質(zhì)，一步步形成有序又復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)性即組織的有序性，而有序性又體現(xiàn)在分工上，即每個(gè)部分在各自位置上各司其職，從而為某種整體目的而持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。于是，從無機(jī)物到有機(jī)物，從有機(jī)小分子到有機(jī)大分子，從生物大分子到原始單細(xì)胞，從單細(xì)胞到多細(xì)胞；從植物到動(dòng)物，從蛋白質(zhì)到動(dòng)物細(xì)胞，從細(xì)胞到組織到器官，從低等動(dòng)物到高等動(dòng)物，從高等動(dòng)物到人類，生命一直在進(jìn)化。[2]細(xì)胞內(nèi)各單元都有特定的結(jié)構(gòu)和功能，這種分工與協(xié)作不僅是細(xì)胞結(jié)構(gòu)體最能彰顯生命本質(zhì)的特征，也為人類發(fā)明認(rèn)知機(jī)器提供了關(guān)鍵啟示——認(rèn)知機(jī)器在認(rèn)知螺旋中實(shí)現(xiàn)從感知到認(rèn)知、再到行動(dòng)的過程，正是這種分工協(xié)作的體現(xiàn)。
任何生命都無法逃避自然界的“熵增法則”，最終都會(huì)走向死亡。生命體大多由氫、碳、氮、氧、硫、磷、鈣、鐵等化學(xué)元素，按照復(fù)雜的、多層次的化合結(jié)構(gòu)形成，依靠能量維持新陳代謝，依靠負(fù)熵維持生命。細(xì)胞是所有生命的基本結(jié)構(gòu)和最小單位，一個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)充滿活力的世界——眾多物質(zhì)圍繞細(xì)胞核忙碌工作，其目的是確保細(xì)胞核的分裂。細(xì)胞核的分裂是生產(chǎn)或復(fù)制，意味著下一代新生命的開始。目前，人類對(duì)生物的研究已進(jìn)入生物物理學(xué)領(lǐng)域，尤其是分子生物學(xué)階段。[3]生物物理學(xué)研究能量、信息和生命的關(guān)系，而分子生物學(xué)是研究生命物質(zhì)基礎(chǔ)的學(xué)科，關(guān)注細(xì)胞成分的物理和化學(xué)性質(zhì)及其與生命現(xiàn)象的關(guān)系問題。例如，遺傳信息的傳遞，基因的結(jié)構(gòu)、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯，細(xì)胞信號(hào)的傳導(dǎo)等。分子生物學(xué)在一個(gè)更為精細(xì)的世界里，為我們揭示自身存在的全新圖景。
薛定諤指出：從原理層面而言，物理學(xué)和化學(xué)能夠詮釋生命現(xiàn)象。基因是一種非周期性的晶體或固體，突變是由基因分子中的量子躍遷引起的，突變論即物理學(xué)中的量子論，基因和遺傳模式可以用量子理論加以闡釋，染色體是遺傳的“密碼本”。后來DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了細(xì)胞物理學(xué)的判斷是正確的。
生命是物質(zhì)的，由細(xì)胞組成，但充其量是生命物質(zhì)。如果說達(dá)爾文的生物進(jìn)化論在宏觀層面把人從神的位置上拉了下來，那么薛定諤的細(xì)胞物理學(xué)則在微觀層面徹底剝?nèi)ト祟惖纳衩?ldquo;外衣”。他們的研究表明，生命是平等的，人類與其他生命一樣，沒有什么特別之處；人的動(dòng)物性在嬰兒期和終老階段，表現(xiàn)得尤為突出。生命不過是物質(zhì)在宇宙中呈現(xiàn)的一種現(xiàn)象，在一代代的生存中進(jìn)化，通過繁衍實(shí)現(xiàn)生命種群之延續(xù)。
在太陽系的八大行星中，地球是目前已知唯一存在生命現(xiàn)象的星球。地球的表面是一個(gè)生命圈層，植物與動(dòng)物是這一圈層的主要承載者，而在該圈層及整個(gè)生命鏈條中，人類往往自視為處于最高端或主導(dǎo)地位。但這種認(rèn)知的依據(jù)是什么？相較于其他高等生物，人之為“人”的特殊性究竟在哪里？除了基本的生存與繁衍需求，人類的高明還表現(xiàn)在哪些方面？
被“誤讀”的信息革命
物理學(xué)研究的對(duì)象是物質(zhì)與能量。對(duì)于上述問題，長期以來，不少人試圖用“信息”“信息技術(shù)”及“信息時(shí)代”進(jìn)行解釋，將信息與能量、生命置于并列地位。許多觀點(diǎn)認(rèn)為信息是“客觀世界的構(gòu)成要素”，更有甚者聲稱“信息是與物質(zhì)、能量并列的宇宙三基元”。
“信息時(shí)代”的說法始于20世紀(jì)70年代，泛指微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的普及。可惜，在人類集體意識(shí)中，“信息時(shí)代”的稱謂并未站在人類整體文明進(jìn)程的高度，去標(biāo)志某一特定的科學(xué)發(fā)現(xiàn)或者技術(shù)突破的價(jià)值。歐美學(xué)界認(rèn)為人類在1969年進(jìn)入信息時(shí)代，中國學(xué)者則以1984年作為本土信息時(shí)代的開端。“信息時(shí)代”這一稱謂的尷尬之處在于，信息的發(fā)端可追溯至語言和文字的誕生、印刷術(shù)的發(fā)明等歷史節(jié)點(diǎn)，若將其視作人類新的文明時(shí)代的起點(diǎn)，全球尚無公認(rèn)的標(biāo)志性歷史事件，也沒有被大眾普遍認(rèn)可的權(quán)威時(shí)間節(jié)點(diǎn)。至于將“信息革命”解讀為第四次工業(yè)革命，更是一種“誤讀”。我們有必要重新回顧人之為人的人類文明，因?yàn)檫@是其他高等生物不具備的特質(zhì)。
從遠(yuǎn)古開始，無論是石器時(shí)代、農(nóng)耕時(shí)代還是工業(yè)時(shí)代，人類作為地球上的物種之一，面臨的最大問題是生存和繁衍過程中的物質(zhì)滿足。人類始終沿著這條主線發(fā)展，持續(xù)強(qiáng)化自身在物質(zhì)世界中的獲取能力和行為能力，征服并改造物質(zhì)世界，以確保生存與繁衍。而實(shí)現(xiàn)這種能力躍升的關(guān)鍵，便是不斷發(fā)明作用于物質(zhì)之上的工具——物質(zhì)性工具。
近400萬年的自然進(jìn)化，使人類形成基因優(yōu)勢，得以脫離蒙昧、發(fā)明工具；300萬年間逐步形成語言優(yōu)勢；6000年前發(fā)明文字和教育。[4]文明的存續(xù)依托記憶，人腦產(chǎn)生記憶，文字成為歷史載體，形成人類的文化優(yōu)勢和教育優(yōu)勢，這可以看作第一次認(rèn)知革命。近500年來，人們借助物質(zhì)和能量發(fā)明動(dòng)力機(jī)器，形成科技優(yōu)勢，解放人的體力，大大擴(kuò)展人類活動(dòng)的物理空間，形成第二次認(rèn)知革命。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)端于對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而衍生出物質(zhì)科學(xué)和工程技術(shù)，作用于物質(zhì)之上，滿足人類的物質(zhì)需求。改變物質(zhì)的存在狀態(tài)或者性質(zhì)，主要依賴物理學(xué)和化學(xué)。這類科學(xué)和技術(shù)可統(tǒng)稱為“物質(zhì)性、能量性的科學(xué)和技術(shù)”，用以解釋宇宙中物體的規(guī)律。近100年來，人類發(fā)明各式各樣的傳感器和智能的機(jī)器，讓無“生命”的機(jī)器“活”起來，努力實(shí)現(xiàn)包括認(rèn)知大模型在內(nèi)的認(rèn)知形式化，解放人的智力，形成智能優(yōu)勢，從而邁入第三次認(rèn)知革命。[5]三次認(rèn)知革命，一次比一次以更快的節(jié)奏到來。
農(nóng)業(yè)革命本質(zhì)上是工具革命，基于物質(zhì)和結(jié)構(gòu)。人類發(fā)明創(chuàng)造各種各樣的勞動(dòng)工具，以此拓展自身的體力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的躍升。工業(yè)革命本質(zhì)上是動(dòng)力革命，基于物質(zhì)、結(jié)構(gòu)和能量，歷經(jīng)蒸汽機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、航空、電力、原子能、太空飛行等重大科技的突破和躍升，大大解放人類的體力和體能，提升人類生存質(zhì)量與活動(dòng)空間。如果說蒸汽機(jī)的發(fā)明是第一次工業(yè)革命的起點(diǎn)，電力和計(jì)算機(jī)分別是人類第二次、第三次工業(yè)革命的標(biāo)志，那么，把信息革命說成是第四次工業(yè)革命，就過于牽強(qiáng)附會(huì)，實(shí)則誤讀了信息和信息革命的實(shí)質(zhì)。因?yàn)樾畔⒉⒉皇悄茉椿蚰芰浚皇俏镔|(zhì)層面的存在。今天，我們有必要重新認(rèn)識(shí)究竟是什么成就了人類，重新認(rèn)識(shí)信息，重新認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)之父和人工智能之父艾倫·圖靈的歷史貢獻(xiàn)。
人類認(rèn)知的歷史，是在渴望的驅(qū)動(dòng)下，不懈追求認(rèn)知的確定性，而又不時(shí)顯現(xiàn)認(rèn)知的不確定性的歷史。[6]作為一個(gè)物種，人類在宇宙中歷經(jīng)世代進(jìn)化并延續(xù)至今，進(jìn)化軌跡并非單靠某一代人的主觀努力就能改變，其進(jìn)化方向也難以預(yù)測和改變。但人類已然創(chuàng)造并持續(xù)推進(jìn)的文明，以及相伴而生的農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命與認(rèn)知革命，始終在并行發(fā)展中交織起伏。將人類的智能通過文字、文化和教育，借助發(fā)明和創(chuàng)造延伸到體外，轉(zhuǎn)化為工具和機(jī)器乃至人工智能，迭代為長期存在于物理世界的人造物，構(gòu)建起支撐人類后續(xù)發(fā)展的新的智能環(huán)境生態(tài)，成為滋養(yǎng)后代智能和智慧、推動(dòng)人類文明持續(xù)發(fā)展的核心力量，這才是人之為人的特殊性，是其他高等生物未能做到的，也是人類生命除生存和繁衍之外的另一個(gè)重要意義所在。
認(rèn)知科學(xué)與信息技術(shù)是與人類精神活動(dòng)和智能活動(dòng)直接相關(guān)的科學(xué)與技術(shù)，人類語言文字的出現(xiàn)與教育的誕生，以及哲學(xué)、文學(xué)、藝術(shù)、音樂、數(shù)學(xué)和通用可編程電子計(jì)算機(jī)的誕生，開辟了“結(jié)構(gòu)性、時(shí)間性的科學(xué)和技術(shù)”，既可與“物質(zhì)性、能量性的科學(xué)和技術(shù)”比肩，更可用以思維、想象、創(chuàng)造乃至幻想，解釋人類的精神世界。從19世紀(jì)到21世紀(jì)中葉，這250年是人類歷史上科學(xué)與技術(shù)的爆發(fā)期和興旺期，科學(xué)與技術(shù)大大改變了全社會(huì)的形態(tài)和人類生活。在科學(xué)層面，人類實(shí)現(xiàn)以數(shù)學(xué)、物理學(xué)、相對(duì)論、量子物理、化學(xué)、生命科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、社會(huì)科學(xué)為代表的重大突破；在技術(shù)和工程層面，人類取得全方位的進(jìn)展，如合成材料、電力、核能、無線通信、航空、航天、計(jì)算機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等。回顧這個(gè)爆發(fā)期與興旺期的科技?xì)v史事件和杰出科學(xué)家群體，計(jì)算機(jī)和人工智能之父艾倫·圖靈提出的圖靈機(jī)和圖靈測試，開創(chuàng)了用能量激活非生命的物質(zhì)機(jī)器的嘗試——依托時(shí)序形成思維，讓機(jī)器“活”起來，由此開啟計(jì)算智能和語言智能的全新征程。筆者認(rèn)為，人們遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估了艾倫·圖靈、馮·諾依曼這一代科學(xué)家對(duì)認(rèn)知科學(xué)和信息技術(shù)的突破性貢獻(xiàn)。從早期的電子管通用電子計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)，到現(xiàn)在基于集成電路芯片的電腦筆記本、手機(jī)和機(jī)器駕駛腦，它們已不再是傳統(tǒng)的算盤、手搖計(jì)算器等算力工具或者動(dòng)力機(jī)器。物質(zhì)硬構(gòu)體雖無法實(shí)現(xiàn)新陳代謝，但卻能實(shí)現(xiàn)階躍式更新，它們不再是“死”工具，一旦通電，便能依托時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)思維軟構(gòu)體工作，成為擁有潛在思維能力的“活”機(jī)器。正是艾倫·圖靈，基于物質(zhì)、結(jié)構(gòu)、能量和時(shí)間，通過自舉激活讓“死”的物質(zhì)“活”過來，[7]使機(jī)器賴負(fù)熵為生，在時(shí)序更迭中持續(xù)計(jì)算、思考；發(fā)明可以計(jì)算和思維的機(jī)器，用思維軟構(gòu)體的自我復(fù)制，完成人類智能的非生命實(shí)現(xiàn)，證明認(rèn)知可以用物理學(xué)的方法來實(shí)現(xiàn)，由此催生人工智能，開創(chuàng)人類歷史上的第三次認(rèn)知革命。自此，人類智能可以與人工智能迭代發(fā)展，人類進(jìn)入了一個(gè)新的文明進(jìn)步時(shí)代。石器時(shí)代和農(nóng)耕時(shí)代，人類發(fā)明的工具還不是機(jī)器；工業(yè)革命時(shí)代，人類發(fā)明的機(jī)器還不會(huì)思維；當(dāng)前，我們已經(jīng)能夠發(fā)明可交互、會(huì)學(xué)習(xí)、自成長的認(rèn)知機(jī)器，它們不但能思維，還可進(jìn)行變換尺度的暴力思維，或濃縮，或擴(kuò)展。人類智能和人工智能的迭代發(fā)展，使人類能夠以超自然進(jìn)化的速度，改善生存和繁衍的物理世界：從野蠻走向文明，從早先的“覓食者”躍升為“種植者”“勞動(dòng)者”“建設(shè)者”，現(xiàn)今又進(jìn)一步躍升為“創(chuàng)造者”。
因此，應(yīng)該還歷史以真面貌，消除對(duì)信息和信息革命的誤讀，將圖靈機(jī)和電子計(jì)算機(jī)的誕生作為“智能時(shí)代”的起始標(biāo)志。信息并不是構(gòu)成客觀世界的要素，不具備客觀性或物質(zhì)性，而是屬于人類精神世界的。信息是人類所認(rèn)知的物理對(duì)象的特征、狀態(tài)及其變化的人工表述，為人類所獨(dú)有。包括信息在內(nèi)的思維軟構(gòu)體，源于人類的認(rèn)知活動(dòng)，是抽象的結(jié)果、想象的現(xiàn)實(shí)。信息技術(shù)的意義在于，它使人類歷史上首次擁有介入精神、意識(shí)、認(rèn)知性活動(dòng)，而非客觀物質(zhì)性活動(dòng)的技術(shù)。這是一個(gè)歷史性的質(zhì)變，而不是傳統(tǒng)意義上的工業(yè)革命。[8]
機(jī)器和認(rèn)知物理學(xué)
認(rèn)知物理學(xué)是認(rèn)知科學(xué)和物理學(xué)跨界的新范式。物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)、時(shí)間構(gòu)成的“認(rèn)知四要素說”，[9]成為統(tǒng)攬人和機(jī)器認(rèn)知的第一性原理。交叉研究彌合了生物學(xué)和物理學(xué)之間的鴻溝，填補(bǔ)了生物認(rèn)知和機(jī)器認(rèn)知、人的智能和人工智能之間“缺失的連接”。通過厘清機(jī)器在認(rèn)知層面如何像人又不像人的底層邏輯，為從生命智能轉(zhuǎn)變到非生命智能找到了關(guān)鍵突破口。將生命體的認(rèn)知機(jī)制從人的智慧中剝離，通過物理機(jī)器的具象化實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建起人工智能的基礎(chǔ)。這不僅從科學(xué)理論層面闡釋了智能的本質(zhì)，更找到一條通過硅基機(jī)器實(shí)現(xiàn)碳基生命智能的物理路徑。正如個(gè)體胚胎發(fā)育濃縮重演物種自然進(jìn)化的歷程，人類文明濃縮重演人類進(jìn)步的歷程，教育讓個(gè)體得以濃縮重演人類認(rèn)知的歷程，[10]那么，依靠對(duì)物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)和時(shí)間的精細(xì)掌控，具備自我復(fù)用能力且被激活的機(jī)器，同樣能夠?qū)θ祟愓J(rèn)知進(jìn)行濃縮或擴(kuò)展。由此，人類擁有的知識(shí)和智能，可以用物理機(jī)器來解釋并實(shí)現(xiàn)，可以傳承甚至永在。認(rèn)知物理學(xué)，已然成為智能時(shí)代的一門科學(xué)。
認(rèn)知物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，通過人的感官，人腦把物質(zhì)世界構(gòu)建在一個(gè)主觀的“空無”結(jié)構(gòu)之中，即空間。人腦對(duì)物質(zhì)世界的反映，形成了關(guān)于空間的主觀認(rèn)知。空間是人類描述物質(zhì)存在與運(yùn)動(dòng)的“虛空”載體，是一個(gè)主觀虛構(gòu)的場所或參照系。人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的瞬時(shí)記憶、工作記憶和長期記憶，賦予了記憶連續(xù)性，這是人類創(chuàng)造時(shí)間、描述和解釋物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和能量變化的生物學(xué)基礎(chǔ)。因此，空間和時(shí)間都是人類認(rèn)知的精神產(chǎn)物——思維軟構(gòu)體，并非脫離物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立存在物——物質(zhì)硬構(gòu)體。世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，人類則通過空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間度量，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)世界的主觀描摹。從科學(xué)的涌現(xiàn)邏輯來看，物理學(xué)基于原子，涌現(xiàn)出化學(xué)；化學(xué)基于分子，涌現(xiàn)出生物學(xué)；生物學(xué)基于細(xì)胞，涌現(xiàn)出人類學(xué)；人類學(xué)基于人腦，通過抽象、聯(lián)想和交互，涌現(xiàn)出認(rèn)知物理學(xué)。原子、分子、細(xì)胞、器官、人腦，都寄生了不同層次、不同尺度的結(jié)構(gòu)，塑造萬物之形，體現(xiàn)萬物整體之魂，形與魂乃精神產(chǎn)物，是思維軟構(gòu)體。正是思維軟構(gòu)體和物質(zhì)硬構(gòu)體的糾纏，疊加不同層次或者不同尺度的一次次涌現(xiàn)，才演化出越來越復(fù)雜的、不可逆轉(zhuǎn)且難以簡單還原的宇宙和人類社會(huì)。在物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)和時(shí)間的相互作用中，人類智能和人工智能迭代發(fā)展，永無休止。
香農(nóng)開創(chuàng)的信息論，主要討論信息編碼和信息編碼傳輸?shù)牟淮_定性問題，指出在不同噪聲情況下傳輸速率與失真的定量關(guān)系，提出香農(nóng)極限，[11]但并沒有觸及信息自身。維納說“信息不是物質(zhì)，不是能量”，[12]但沒有說明信息究竟是什么。事實(shí)上，信息是人類思考、思維過程中對(duì)物質(zhì)存在或者運(yùn)動(dòng)變化的一種指代，是物質(zhì)硬構(gòu)體的鏡像，是結(jié)構(gòu)和時(shí)間的衍生物，是思維軟構(gòu)體的冰山一角。而結(jié)構(gòu)和時(shí)間，才是把生命智能與非生命智能緊密聯(lián)系在一起的“橋”。機(jī)器能夠在宕機(jī)后重新激活，而物質(zhì)的機(jī)器成為思維的活體是有條件的。物質(zhì)硬構(gòu)體雖會(huì)老化，可以被置換，但自身無須新陳代謝。激活機(jī)器的鑰匙是時(shí)鐘、時(shí)序和遞歸，在能量驅(qū)動(dòng)下，思維軟構(gòu)體和物質(zhì)硬構(gòu)體通過糾纏建立時(shí)間秩序。思維軟構(gòu)體可以自我復(fù)制、自我復(fù)用，抽象形成結(jié)構(gòu)，就有了數(shù)學(xué)；聯(lián)想引發(fā)類比和推理，就有了泛化能力；具身交互可以在物理世界獲得驗(yàn)證。通過抽象、聯(lián)想和交互，機(jī)器就有了認(rèn)知迭代能力，也就具備了生命的部分特質(zhì)——像人又不像人，能夠多次激活。[13]
所謂智力或者智能，只是相對(duì)于體力、體能的類比說法，主要依靠后天的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。智能的量綱不是牛頓，也不是焦耳，它是無量綱的。無論是人的認(rèn)知還是機(jī)器認(rèn)知，無論是人的智能或是人工智能，均可統(tǒng)一定義為“學(xué)習(xí)的能力，以及解釋、解決現(xiàn)實(shí)問題的能力”。人類智能是人工智能的“原生家庭”，而人工智能或機(jī)器智能則是人類智能的體外延伸，構(gòu)成人類智能的文明生態(tài)。[14]人的智能與意識(shí)緊密聯(lián)系，但機(jī)器智能能夠擺脫人的意識(shí)、欲望、情感和信仰的困擾。機(jī)器長于思維，長于控物，長于一以貫之的工具性，服從人賦予它的使命，成為物理世界的存在物。借助機(jī)器，能夠提高人類社會(huì)的認(rèn)知能力和生產(chǎn)能力，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，這正是人類智慧所在。需要明確的是，物質(zhì)的機(jī)器無須具有，也不可能具有生命的意識(shí)、欲望、情感和信仰，它無須達(dá)到，也不可能達(dá)到人之為人的全部智慧。[15]
人類文明因記憶而存續(xù)，而記憶是智能之母。在類腦研究中，類腦記憶比類腦計(jì)算更重要。記憶與遺忘是同一塊硬幣的兩個(gè)面，記憶偏向結(jié)構(gòu)，遺忘偏向時(shí)間。霍普菲爾德和辛頓借助固體物理學(xué)的方法，即人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器學(xué)習(xí)，尤其是深度學(xué)習(xí)，這一范式屬于基于記憶驅(qū)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知模式。進(jìn)一步來看，認(rèn)知機(jī)器中表達(dá)記憶智能的，是預(yù)置的、可訓(xùn)練、可重置的“智痕元胞”網(wǎng)絡(luò)。[16]以智痕元胞作為寄生在機(jī)器人工神經(jīng)元之上的思維軟構(gòu)體，用智痕元胞之間的連接強(qiáng)度和變化體現(xiàn)物理神經(jīng)元之間的突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)的作用，便可實(shí)現(xiàn)記憶的調(diào)整和控制，完成記憶的重塑。記憶網(wǎng)絡(luò)具有冪律分布、無標(biāo)度、自相似和小世界特性等數(shù)學(xué)屬性。[17]當(dāng)特定注意力觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其在特定側(cè)面、特定尺度上的整體拓?fù)錉顟B(tài)被激活，進(jìn)而完成回憶與再認(rèn)的記憶提取過程。用納秒甚至皮秒級(jí)響應(yīng)的電子電路和集成芯片，可以濃縮毫秒級(jí)響應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)生物化學(xué)過程的信號(hào)傳遞和處理，形成暴力思維和多元認(rèn)知。如此一來，一個(gè)百歲生物人畢生的思維活動(dòng)，便可能被認(rèn)知機(jī)器在一分鐘內(nèi)濃縮重演。
突破計(jì)算機(jī)器中孤立計(jì)算、忽視記憶和孤立思維、忽視具身的局限后，類腦認(rèn)知的物理機(jī)器有望成為一種通用結(jié)構(gòu)。其物質(zhì)硬構(gòu)體可采用CPU、DPU、GPU、TPU、QPU、FPGA、SSD等并行處理單元，形成分布式、并行化、異構(gòu)化系統(tǒng)，且自身無需新陳代謝。[18]認(rèn)知機(jī)器被激活后，可用于構(gòu)造虛擬機(jī)器人，成為人的智能代理，也可用于打造替代人類勞動(dòng)崗位、形態(tài)各異的具身機(jī)器人。在機(jī)器多元認(rèn)知的螺旋上升中，存在的認(rèn)知模式有記憶驅(qū)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健⒅R(shí)驅(qū)動(dòng)的推理模式、聯(lián)想驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)造模式和假設(shè)驅(qū)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)模式。這些模式雖均帶有不確定性，[19]卻共同開辟了各智其智、智人之智、智智與共的新一代人工智能，構(gòu)建了人類文明的新生態(tài)。
大多數(shù)情況下，機(jī)器依靠記憶驅(qū)動(dòng)或知識(shí)驅(qū)動(dòng)，既能接受指導(dǎo)學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)，也能自主學(xué)習(xí)，完成由人設(shè)定的任務(wù)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)使命對(duì)齊，并展現(xiàn)出一定的泛化（通用）能力。至于創(chuàng)造，只是極少數(shù)智能機(jī)器在特定環(huán)境中，經(jīng)由難得的聯(lián)想驅(qū)動(dòng)或假設(shè)驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，是人機(jī)使命對(duì)齊、共生共創(chuàng)、反復(fù)迭代的結(jié)果，可遇不可求。不過，隨著時(shí)間的推移，這類小概率事件的發(fā)生，終將成為一種必然；而一旦發(fā)生，機(jī)器認(rèn)知對(duì)人類文明的貢獻(xiàn)是巨大的。未來已來，智能時(shí)代各式各樣的智能體，都將成為人類認(rèn)知的代理。認(rèn)知物理學(xué)，終將成為屬于所有人的物理學(xué)。
沿著薛定諤“生命賴負(fù)熵為生”的思路，機(jī)器在時(shí)鐘、集成電路芯片構(gòu)成的機(jī)器主板、BIOS和OS的支撐下，依靠ROM-BIOS引導(dǎo)加載第一批控制指令，類似于承載生命基因編碼的DNA，被稱作機(jī)器預(yù)置的初始認(rèn)知核。[20]人的智能固然和基因相關(guān)，但主要依賴后天學(xué)習(xí)和積累。每一代人都必須從零開始，重新接受教育，通過終身學(xué)習(xí)與實(shí)踐構(gòu)建認(rèn)知，且個(gè)體認(rèn)知具有獨(dú)立性，其反應(yīng)速度受限于生物器官的生理特性，這一局限難以突破。機(jī)器則不同。認(rèn)知機(jī)器的誕生，體現(xiàn)人類文明的發(fā)展和演進(jìn)。機(jī)器的初始認(rèn)知核反映科學(xué)技術(shù)發(fā)展的累積性，外部干預(yù)可升級(jí)換代機(jī)器的物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行重新激活；通過物質(zhì)硬構(gòu)體和思維軟構(gòu)造體，預(yù)置特定領(lǐng)域的背景，壓縮并預(yù)置豐富的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、常識(shí)和知識(shí)，因而具備很高的認(rèn)知起點(diǎn)。此外，機(jī)器配置的傳感器更趨豐富多樣，其具身行為智能在短時(shí)間內(nèi)即可發(fā)生顛覆性變化，還能擁有多元智能，實(shí)現(xiàn)智智與共。這是生命智能和機(jī)器智能最大的不同。激活機(jī)器的鑰匙是時(shí)鐘、時(shí)序和遞歸。[21]機(jī)器的自舉過程，是認(rèn)知核中的硬構(gòu)體和軟構(gòu)體糾纏形成的正反饋過程，它引發(fā)涌現(xiàn)，讓機(jī)器有了認(rèn)知的能力。人工智能和人類智能的同一性，都源于結(jié)構(gòu)、時(shí)間、物質(zhì)和能量組成的“認(rèn)知四要素說”。它們?cè)谖锢砩贤矗瑪?shù)學(xué)上同構(gòu)，操作上同序，差異僅在于思維周期濃縮或者擴(kuò)展的尺度。由此，圖靈測試將不再局限于“模仿游戲”，既可以用人的智能為基準(zhǔn)測試機(jī)器智能，也可以用機(jī)器智能為基準(zhǔn)測試人類智能。
結(jié)語
工業(yè)革命以來，人們長期在生產(chǎn)線上如同機(jī)器般勞作，這種狀態(tài)正迎來根本性的轉(zhuǎn)變。人類創(chuàng)造認(rèn)知機(jī)器，用機(jī)器替代、拓展人類的體能和智能，這就是我們身處的智能時(shí)代。認(rèn)知機(jī)器在物理空間的具身系統(tǒng)和具身智能，依靠感知智能和行為智能支撐。這是一種交互式、直覺化的快速思維方式，能夠處理日常生活中的大部分任務(wù)，如識(shí)別物體、表情、語言理解和作出簡單決策等。感知智能常常以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過模式識(shí)別、聯(lián)想和類比，快速完成與外部世界的交互，因此也被稱為交互智能。而機(jī)器在認(rèn)知空間的認(rèn)知系統(tǒng)和認(rèn)知智能，依靠記憶智能和計(jì)算智能支撐。這是一種分析式的思維方式，通過邏輯推理、規(guī)劃和長期決策，需要投入更多注意力和算力來運(yùn)作，以便處理較復(fù)雜的問題。
認(rèn)知機(jī)器的能力超過個(gè)體認(rèn)知能力是必然的，但要讓機(jī)器真正進(jìn)化為人工生命，仍有漫長的路要走。[22]智能時(shí)代人類文明的發(fā)展，應(yīng)該讓人發(fā)揮人的智慧，機(jī)器發(fā)揮機(jī)器的智能，用人的智慧培育機(jī)器想象力和創(chuàng)造力，用機(jī)器暴力思維、創(chuàng)新思維的成果反饋人類，形成迭代共進(jìn)的良性循環(huán)，這正是人類生命價(jià)值的彰顯。與千萬年的人類文明相比，一代又一代人的人生雖短暫，卻一定會(huì)用人造智能物改善自身生存和繁衍的物理環(huán)境，借助長期積存于物理世界的、包括各式各樣的認(rèn)知機(jī)器在內(nèi)的實(shí)體存在，確保人類自身更加智慧、更加自律、更加尊嚴(yán)、更加優(yōu)雅地生活。
注釋
[1]S. Erwin, What Is Life? With Mind and Matter and Autobiographical Sketches, India: Cambridge University Press, 2012.
[2]查理·達(dá)爾文：《物種起源》，韓安、韓樂理譯，北京：新星出版社，2020年。
[3]菲利普·納爾蓀：《生物物理學(xué)：能量、信息、生命》，黎明、戴陸如譯，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2019年。
[4]吳軍：《文明之光》，北京：人民郵電出版社，2017年。
[5]D. Y. Li, "Cognitive Physics—The Enlightenment by Schrödinger, Turing, and Wiener and Beyond," Intelligent Computing, 2023, 2.
[6]李德毅、杜溢：《不確定性人工智能（第二版）》，北京：國防工業(yè)出版社，2014年。
[7]A. M.Turing, "Computing Machinery and Intelligence (1950)," The Essential Turing: The Ideas That Gave Birth to the Computer Age, 2012, pp. 433-464.
[8]謝耘：《工具的覺醒—智能、理解和信息技術(shù)的本質(zhì)》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2025年。
[9]李德毅等：《機(jī)器認(rèn)知四要素說》，《中國基礎(chǔ)科學(xué)》，2023年第3期。
[10]李德毅、馬楠：《人工智能看教育》，《高等工程教育研究》，2023年第3期。
[11]楊義先等：《通信簡史》，北京：人民郵電出版社，2020年。
[12]維納：《人有人的用處》，陳步譯，北京大學(xué)出版社，2014年。
[13]李德毅：《機(jī)器如何像人一樣認(rèn)知》，《中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊》，2022年第10期。李德毅：《機(jī)器如何不像人那樣認(rèn)知》，《中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊》，2024年第7期。
[14]李德毅：《論智能的困擾和釋放》，《智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)》，2024年第1期。
[15]李德毅：《人工智能看智慧》，《科學(xué)與社會(huì)》，2023年第4期。
[16][20]李德毅等：《認(rèn)知機(jī)器的結(jié)構(gòu)和激活》，《智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)》，2024年第6期。
[17]李德毅：《網(wǎng)絡(luò)時(shí)代人工智能研究與發(fā)展》，《智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)》，2009年第1期。
[18]李德毅等：《認(rèn)知的形式化》，《中國基礎(chǔ)科學(xué)》，2024年第2期。
[19]李德毅等：《認(rèn)知機(jī)器如何創(chuàng)造》，《中國基礎(chǔ)科學(xué)》，2024年第6期。
[21]尼克：《馮諾依曼與人工智能》，《人工智能簡史（第2版）》，北京：人民郵電出版社，2021年。李德毅：《認(rèn)知物理學(xué)基礎(chǔ)：認(rèn)知自然和人類自身的奠基石》，《人民論壇·學(xué)術(shù)前沿》，2024年第14期。
[22]D. Y. Li; W. He and Y. K. Guo, "Why AI Still Doesn't Have Consciousness?" CAAI Tansactions on Intelligenice Technology, 2021, 6(2).
Cognitive Machines: The Inanimate Embodiment of Intelligence
Li Deyi Xie Yun
Abstract: Life is composed of cells, forming ordered complex structures through material substrates and evolving progressively. The hierarchical organization and collaborative division of labor among human cells, tissues, organs, and systems constitute the essential characteristics of life, offering inspiration for humanity's invention of cognitive machines. Information technology enables human intervention in mental, conscious, and cognitive activities—rather than objective physical activities—representing a qualitative shift distinct from traditional industrial revolutions. The advent of the Turing machine and electronic computer should thus be regarded as the inception marker of the "Intelligence Era". By decoupling cognitive mechanisms from human biological intelligence and physically materializing them through machines, we establish a pathway for realizing carbon-based life's intelligence via silicon-based machines. Cognitive physics emerges as a novel cross-disciplinary paradigm bridging cognitive science and physics. The "Four Fundamental Elements of Cognition" consisting of matter, energy, structure, and time is the first principle governing the cognition of both humans and machines. In the Intelligence Era, humanity should cultivate greater wisdom while enhancing machine intelligence, fostering a virtuous cycle of iterative co-advancement—this embodies the intrinsic value of human existence.
Keywords: cellular physics, negative entropy, information revolution, soft constructs of thought, cognitive physics
責(zé) 編∕張 貝 美 編∕梁麗琛
