如果草履虫也能提问，它会抛出怎样的宇宙难题？

对于那些超出我们想象范围的事物，我们如何了解它们？大脑的认知边界是固定的吗？人类的智力是不断拓展的吗？对于这些问题，圣塔菲研究所（Santa Fe Institute）的大卫·沃尔珀特（David H Wolpert）教授或许能带给我们一些洞见。

大卫·沃尔珀特

David Wolpert

圣塔菲研究所（SFI）教授

大卫·沃尔珀特是美国圣塔菲研究所的教授和物理学家，里雅斯特国际理论物理中心副研究员，阿尔伯特·爱因斯坦高级研究所外部成员和IEEE会员。他专注于复杂系统科学的跨学科研究。他近期与同事提出了一个新框架，利用“随机过程”分析历史数据集，以捕捉传统模型未曾注意的模式，为理解历史发展提供了新的视角和方法。

尽管我的狗在很多事情上体现出了一定智力，但我怀疑有些概念是它无法构想的，甚至连想都不会想。它可以听从指令乖乖坐着或者将球捡回来，但我猜它想象不到为它盛食物的金属罐是由岩石加工制成的。同样，它无法想象天空中慢慢拉长的白线也是由岩石制成的“机器”所产生的，就像狗粮罐一样。我猜它同样无法想象，这些在空中专供飞行的“狗粮罐”看起来如此之小，只是因为它们太高了。我很想知道：我的狗有没有可能知道这些想法的存在?很快，我的思维开始发散。我开始思考那些我不了解的概念：我甚至无法怀疑这些概念的存在，更不用说对它们加以思考了。对于那些超出我想象范围的东西，我又能知道些什么呢？

试图回答这个问题，只会引出更多的问题。在这篇文章中，我将通过十个问题，让大家了解我们如何思考和回答这类问题。我们能知道什么是超越我们想象力极限的东西，这个问题一部分受限于智力的生物基础，另外便和我们最有力的认知工具相关——特别是人类语言和数学。对于这些问题的研究和回答能够提供一种远超我们人类自身物理现实的可能性，又或许可以在先进的计算机中进行无尽的模拟现实。这些人类的“科技后代”，可能在认知上超越我们。从我的这十个问题来看，人类例外论（human exceptionalism）变得非常不可靠。或许，我们不得不承认，我们其实更像狗或者单细胞的草履虫。尽管人类历史上充满了对人类聪明才智的狂想曲，但这一系列问题却展现出一幅不同的画面。而我想强调的是，我们已有的成就，包括我们的语言、科学和数学，是多么令人生畏而又局限。

第一个问题很简单。

Q1

在一些定义不明的客观尺度上，我们是聪明还是愚蠢的？

在漫长的时间里，地球上最高的智力水平似乎增加得非常缓慢，即使是现在，我们的大脑在处理感觉-运动信息时也会使用各种算法的“诡计”，让我们能够尽可能少地进行实际思考。这说明，与智力相关的成本很高。事实证明，按单位质量计算，大脑新陈代谢的成本很大，远超除心脏和肝脏以外的其他器官。因此，一个生物体越聪明，它需要的食物就越多，否则就会死亡。从进化的角度来说，变聪明是件“愚蠢”的事。

我们还不太了解这些神经硬件究竟是如何赋予我们抽象的智力，同样地，我们目前也不清楚 “大脑如何产生思想”。但考虑到更高的智力需要更多的大脑质量，进而需要更多的代谢成本，人们可能会认为，在智人时期发展的精确生态位*中，生存所需的抽象智力水平是最低的，直到我们幸运地踏入新石器时代。

*生态位是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称，表示生态系统中每种生物生存所必需的生境最小阈值。

这个结论正确吗？为了深入理解我们是聪明还是愚蠢这一问题，我们应当指出一个事实：生物存在着多种类型的智力。感知外部世界的能力是一种认知能力；记住过去发生的事情的能力也是一种认知能力；而计划未来一系列行动的能力则是另一种表现形式。此外还有无数的认知能力是其他生物体具备而人类所不具备的。即使我们只考虑我们所创造的智能体也是如此：现代数字计算机在多方面的计算能力上远超人类。此外，我们能比数字计算机做得更好的那一小部分认知任务，也在逐年大幅缩减。

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也许数学只能捕捉到现实的沧海一粟。

而这种局面将会持续改变。未来陆地生物的能力可能会超过我们目前通过数字化增强所达到的智能水平。在历史上，这种认知扩张的感觉并非我们当下所处的阶段所独有的。我们可以尝试理解生活在地球上的所有生物体的集体认知能力这一概念，并试着在脑海里绘制出这种集体能力在几十亿年内的变化图表。可以肯定的是，无论我们使用何种精确的时间序列分析技术，也无论我们如何正确地定义“认知能力”，我们都会得出这样的结论：整个图像发展的趋势线斜率为正。毕竟，在任何时期，陆生生物圈中任何生物所拥有的某种特定认知能力的最高水平都没有缩减，整个生物圈也从未失去参与某种认知的能力。而且，随着时间的推移，所有陆生物种中每种认知能力都在增长，具备某种认知能力的种类也在增长。生命在以不同的形式变得越来越聪明，如果我们粗略地将这一趋势推断到未来，就可以得出：未来的生物体将拥有目前地球上的物种所不具备的认知能力——包括人类。

尽管我们在集体的幻镜前炫耀人类有多聪明，但与我们（或其他地球生物）在未来所拥有的能力相比，我们当下的认知能力似乎仍很有限。

然而，在对这个结论感到洋洋自得之前，我们需要仔细审视我们的集体能力图谱。直到大约5万年前，地球上的集体智慧一直在稳步增长。但随后，现代智人开始走上了一条特别的道路，并最终催生了现代科学、艺术和哲学，集体智慧因此实现了重大飞跃。目前，我们似乎仍处在这样一个“巨大飞跃”的历史进程之中，我们的认知突飞猛进，我们的智力似乎远超我们的智人祖先。

Q2

为什么我们智人祖先的认知能力与现代科学家、艺术家和哲学家的认知能力之间似乎存在着巨大的鸿沟？

对于一只在热带草原长大的无毛猿来说，能够进入位于物理现实最深层的认知宫殿，如粒子物理的标准模型、柴廷型不完全性定理，又或者是禅宗大师廓庵师远的寓言故事“十牛图颂”，这些并不能帮助它在草原的食物链中取得绝对性优势。事实上，拥有这样的能力需要消耗更多的体力。那么，我们为什么还要拥有这些能力呢？

为了解决这个问题，分析最能形象展示人类认知能力的形式——科学和数学，我们或许能有所收获。从印刷术到人工智能，科学和数学的发展和应用极大地丰富了人类的认知工具和思维方式。此外，随着时间发展，文化和技术齐头并进，不断积累，放大了这些扩展思维的能力。而反过来，这些扩展思维也加速了文化和技术的发展。这种反馈循环使我们得以进一步扩大认知能力，而非仅仅拥有由基因演化所带来的能力。很有可能正是因为这种良性循环，我们的智人祖先与现代科学家、艺术家和哲学家的认知能力之间才产生了巨大的鸿沟。

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尽管反馈循环极大地扩展了我们最初的认知能力（那些基因演化所带来的认知能力），但我们并不清楚它是否能催生全新的认知能力，而目前的理论事实表明，这似乎是无法实现的。也就是说，通过这种循环而不断发展前进的数学和科学形式，也许将永远受限于基因演化所带来的认识能力之中。

这表明有另外一种不同的方法可以消弭我们智人祖先和现代人认知能力之间的“鸿沟”。也许这个差距根本不能被称为“鸿沟”，它更像是一个充满各种可能的巨大知识领域中的一个小缺口。在一篇题为“数学在自然科学中不可思议的有效性”的文章中（发表于1960年），匈牙利裔美国理论物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner）问道：为什么我们的数学理论在捕捉物理现实的本质方面如此有效？对于这个问题我们给出的答案或许是：数学根本没有那么有效。数学所能够解决的只是现实的冰山一角，而我们认为它如此有效只是因为我们的目之所及仅限于我们所能感知的部分现实。

问题的关键并不在于为什么我们的增强型思维似乎优于我们祖先生存所需。相反，我们想知道，这种思维是否能让我们具有掌握现实所需的最低能力。这才是它的有趣之处。

Q3

即使在扩展思维的帮助下，我们能否创造出全新的科学和数学形式，帮助人类理解超出我们认知的物理现实的各个方面，还是说我们永远只能在认知范围内发展已有的形式？

1927年，英国科学家约翰·波顿·桑德森·霍尔丹（John Burdon Sanderson Haldane）在其著作《可能的世界》（Possible Worlds）中提出了这个问题的早期版本。他写道：“现在，我自己的怀疑是，‘宇宙比我们能设想到的更古怪’。”在随后的几年里，常有类似的言论提出。但由于这并非他们研究的主要内容，这些早期著作的作者很少详细地解释他们的意思。但他们却经常暗示：宇宙可能比我们目前所能想象到的更奇特，这是因为目前科学认知的局限性，而不是基于人类思维具有无限潜力所产生的内在限制。例如，霍尔丹认为，一旦我们接受了“不同的观点”，现实就会向我们敞开大门：“有一天，人类能以一种非人类思维来看待现实的存在。”

在此后的几十年里，有不少学术论文探讨了这一问的其他形式，大多数与“意识难题”和“身心分离论”紧密相关。相关研究呼应了霍尔丹的观点，从章鱼、病毒、昆虫、植物甚至整个生态系统的维度来寻找超越人类的智慧。

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我们是否存在于一种模拟现实中？也许并不重要。

这些研究很多都是非正式的，试图反映“意识难题”的含糊不清、难以确定。幸运的是，我们可以以一种更加严谨的方式来思考我们能否超越目前限制的潜在问题。我们可以想想最近重新流行的“套娃”猜想，我们的宇宙可能是由某个高度进化的外星种族在计算机中创造的模拟现实。这种想法可以被无限延伸：也许模拟我们宇宙的外星人本身也可能是其他高等物种在电脑中模拟出来的，而这些物种又是更高等的外星人所创造的。换个角度想，或许在不远的将来，人类也可以在“模拟宇宙”中创造出具有认知能力的实体，而这些模拟产生的实体又可以创造他们自己的模拟宇宙。以此类推，最终将产生一个物种序列，其中的每个物种都在运行一个计算机模拟以生成仅次于该物种本身的模拟宇宙，而我们就处在这个无尽序列的某个地方。

我们是否身处模拟宇宙实际上并不重要：尽管在一些宇宙中我们是模拟出的存在，但在另外一些宇宙中则不是。为了便于进行以下讨论，我们不妨假定我们所处的宇宙确实是模拟生成的，这便引出了下一个问题。

Q4

一个只存在于计算机模拟中的实体有可能对模拟它们的“高等”实体进行准确的计算机模拟吗？

如果答案是“不能”，那么我们在宇宙中所思考的东西只是那些序列上游的人所能知道的一小部分，而这些人所处的虚拟世界更为复杂，这也意味着现实中存在着连想象都无法触及的更深层次的东西。

而如何精准地定义诸如“模拟”和“计算机”这样的术语，很大程度上将影响这个问题的答案。形式系统理论和计算机科学提供了许多定理，表明无论我们采用何种定义，问题的答案确实是否定的。然而，与其阐述这些表明我们的认知能力是有限的定理，不如退一步说，这些定理是我们数学内容的例证，是我们数学能力和想法的例证。这些内容中的大部分已经表明我们的认知能力太有限，无法完全反映现实。那么数学的其他方面是否也一样呢？

Q5

除了内容以外，科学和数学的形式本身是否也能表明人类的认知能力受到了严重限制？

翻阅任何一本数学教科书，你会看到由解析性的句子串联起来的等式。实际上，人类的数学不过是有史以来每本数学教科书中每个方程式和解析句的总和。

每一个解析句和等式都是一个由视觉符号组成的有限序列，包含拉丁字母表的52个字母以及一些特殊符号，比如“+”和“=”。例如，1+1+y=2x是由有限集的8个元素组成的序列。我们所谓的“数学证明”就是由这种有限序列串起来的字符串。

人类数学的这一特点对理解最广泛意义上的现实具有深远影响。用伽利略的话说，我们目前所有关于物理学的知识——即我们对物理现实基础的形式理解——是由数学语言写成的。即使是不那么形式化的科学，也仍然是在人类语言结构的基础上，像数学一样使用有限的符号串来阐释，这就是我们知识的表现形式。我们对现实的理解不过是一大串有限的字符串序列，每一个都包含有限个元素。

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需要注意的是，一只羊被献祭后，人们会在其内脏中发现序列；龟壳加热后，人们也能从上面的裂纹图案中发现序列，而教科书里的任何符号序列都不比这些序列更有意义。这一观察所得并不新鲜。哲学中的许多研究内容都是对这一观察作出的反应，即我们的科学和数学只是一组有限的符号序列，并不具备内在意义。这项研究试图将这种有限序列指代自身以外事物的精确方式形式化——即认知科学和哲学中所谓的“符号接地问题”。数学领域对这一观察的反应方式类似，也就是扩展形式逻辑，将现代模型理论（研究解析句和其所描述的模型之间关系）和元数学涵盖其中（用数学研究数学）。

现代科学和数学是通过一系列符号制定的，真正令人震惊的是其排他性：在现代数学推理中，除了这些有限的符号序列，并无他物。

Q6

这些有限的符号序列串究竟是物理现实的必要特征，还是人类将现实形式化的能力有限的有力证据？

而这立刻又会引出另一个问题。

Q7

如果人类数学被扩展到包含无限的符号序列串，我们对现实的看法会发生什么变化？

如果以有限的速度进行计算，具有无限行数的无限证明将永远无法在有限的时间内得出结论。为了在有限时间内得出结论，以我们目前的认知能力而言，需要进行某种“超级计算”或“超级图灵计算”，这些都是推测性计算机的花哨方式，而这些比我们目前所能构建的任何计算机都要更为强大。（超级计算机的一个例子：火箭上的计算机。它接近光速，由于相对论的时间膨胀原理，可以将任意大的计算量挤压到有限的时间里。）

即使有了超级计算，对我们当前数学形式的扩展仍然会以人类数学的形式呈现。而一个形式无法用有限字母表中的有限符号序列来描述的数学会是什么样子呢？

依据美国哲学家丹尼尔·丹尼特（Daniel Dennett）和其他人的观点，人类数学以及我们更普遍的科学形式，恰好与人类语言的形式是相吻合的。事实上，从路德维希·维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）开始，人们普遍认为数学是人类语言的一个特例，就像人类对话中出现的语法那样，它拥有自己独特的一套语法。

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我惊叹于人类语言的局限性，而这些局限性似乎是普遍存在的。

人与人之间交流的精巧设计与形式逻辑和图灵机理论的设计相匹配。一些哲学家认为这是一个奇妙的幸运之举，因为我们碰巧有一个辅助认知的工具——人类语言，它能够捕捉到这种形式逻辑。哲学家们推测这意味着我们完全有能力捕捉到物质宇宙的规律。

一个愤世嫉俗的人此时可能会充满讽刺地评论说：“能有多幸运？人类完全拥有捕捉各维度的物理现实所需的认知能力，再无余力！”愤世嫉俗者也可能会想，一只蚂蚁只能用信息素的轨迹来制定“宇宙规则”，是否可以说，蚂蚁恰好具备这样的认知能力，这是一个巨大的幸运；或者，我们是否可以认为，光合植物恰好有追踪太阳的认知能力，这意味着它们可以制定自己的宇宙规则。这同样也是因为好运气。诺姆·乔姆斯基（Noam Chomsky）等语言学家惊叹于人类语言所具备的递归功能，使我们可以从有限的字母表中产生任意的符号序列。他们同样惊叹于人类可以创造出数量惊人的语言。但我更惊叹于人类语言的局限性，我们的科学和数学是如此有限，而这种局限性还是普遍存在的，这实在令我惊叹。

Q8

数学和物理现实可以用我们目前的认知能力来呈现，这是一个幸运的巧合吗？还是说，我们无法想象那部分不能用现有的认知能力来表述的数学和物理现实？

对于漂浮在海洋或死水潭中的单细胞椭圆形草履虫来说，这个问题或许更为明显。但是就像我的狗一样，如果事物或议题对它们的行为没有直接影响，那么草履虫是无法构建出“问题”这一概念的。草履虫不能理解我们对现实问题的可能答案，但也不能理解问题本身。然而，更根本的是，没有草履虫能够想到提出一个关于物理现实的问题。问答的认知概念可能是理解物理现实的重要工具，从这一点出发，草履虫缺乏理解物理现实所需的工具。就人类对这个术语的定义而言，它们大概甚至不理解“理解现实”是什么意思。归根结底，这是因为草履虫拥有的认知能力有限。但人类真的如此不同吗？就我们的认知能力而言，我们几乎肯定有类似的局限性。所以，本文想要论述的倒数第二个问题是：

Q9

正如“问题”这一概念将永远超越草履虫的认知一样，是否存在理解物理现实所必需的认知结构，但由于我们大脑结构的局限性，这些认知结构对我们来说仍然是不可思议的？

大卫：通过否定法或许可以帮我们理解这个问题。首先问题的答案一定不会是目前我们所知道的、以及永远无法知道的事物。我们可以设想到许多我们甚至永远无法“了解”的事物，但在这些永远保持未知的事物中，有一个严格意义上更小的子集，即我们无法想象的事物。问题是，从这个子集中我们能感知到什么。

例如，我们可以设想量子力学众多领域的其他分支，即使我们不知道这些分支中究竟发生了什么。我不去考虑这些无法探知的事情，也不关心仅仅因为我们不能直接观察而不为我们所知的事物，诸如哈勃望远镜之外的视野，或黑洞里的未知量等等。这些事物将永远是未知的，这并非因为人类智慧所构建的科学和数学模型存在天然的局限性，而是由于我们的辅助认知工具无法胜任这项任务。它们客观来说是可以为我们所知的，但我们却找不到通往这些知识的路径。

本文关注的是，可能存在哪些我们永远无法意识到，更不用说描述（或实现）的认知概念。

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我们的后代似乎有比我们更丰富的想象空间。

草履虫甚至不能想象出“问题”这一认知概念，更不用说提出或回答问题。我想请大家注意思考一个问题：是否有一些认知建构是我们无法想象的，但对于理解物理现实来说，它们却和问题的简单建构一样关键。我强调的是，有些东西是可知的，但对我们来说不是，因为我们首先没有能力构想出此类知识。

这又让我们回到了上面简略讨论过的一个问题，假设可以被理解但无法被想象的事物是存在的，假设我们可以知道一些我们的确无法想象的事情，在这种前提下，我们所能想象的事物的范围在未来会如何演变？

Q0

我们能想到什么方法以检验未来的科学和数学能否完全捕捉物理现实？

从某种角度来看，这个问题似乎是阴谋论的科学版本。有人可能会说，它与其他无法解决的宏大问题并没有什么不同。无论是理论上还是经验上，我们无法证明鬼魂不存在；同样也无法证明古巴比伦的守护神马杜克真的没有干预人类事务。然而，至少有三个理由让我们合理怀疑我们实际上可以找到这个问题（某些方面）的答案。

首先，如果我们有一天建造了一台超级计算机，并利用它来考虑什么样的知识是超越我们认知的问题，我们可以取得一些进展。更为投机的观点则是，随着我们认知能力的增长，我们也许能够通过观察、模拟、理论或其他一些过程来确定我们永远无法想象的东西的存在。换句话说，我们扩展的思维和技术之间的反馈回路可能确实让我们摆脱了形成我们人类祖先大脑的演化性事件。

第二，假设我们遇到了地外智慧生命，并且可以参与一些宏大的星系范围内的跨物种对话，这些对话中包含了一个宇宙的问题和答案库，而我们如果想要确定物理现实中是否有可知但人类甚至无法想象的方面，可能只需要向宇宙论坛提出这个问题，然后便能获得其他智慧生命分享的答案。

如果将演化后代的概念进一步扩展，他们不仅可以是通过常规的新达尔文演化论演化而来的变种，还可以是经我们有意设计出的任何有机或无机（或者两者兼具）的物种。大概率可以推断出，这些后代的头脑可以想象比我们更为丰富的东西。

或许我们的那些认知能力超强的“孩子”在下个世纪内便能降临，而就像所有好父母为他们的孩子让路一样，不难推测，在他们到来之后，我们将很快灭绝。因此，在我们完成历史舞台的最后一次谢幕，当我们瞠目结舌地注视着后代时，或许可以试着向他们提出以上这些问题。

来源：https://aeon.co/essays/ten-questions-about-the-hard-limits-of-human-intelligence

翻译：李欣悦 | 审校：Vicky | 编辑：lixia | 排版：张心雨桐

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