人工生命

当朗顿最后终于在1976年秋季到图森的亚利桑那大学上学时，虽然他的膝盖和右臂还需要手术，但他已经能够杖拐跛行了。他是一个二十八岁的大学一年级学生，跛行而脸色死灰，他自己都感到自己很怪异，就像正在野外演出的马戏团里跑出来的小丑。

“这很怪异。因为亚利桑那大学的大学生联谊会和女大学生联谊会里都是些漂亮的人儿。而且，我的神志状态也并不很好，我经常发现自己神志涣散，无论在什么样的谈话中我都会走题，我突然意识到我根本不知道人们的谈话从何而起。我能够保持注意力的时间非常有限。所以我感到我的神志和我的身体都很离奇。”

但另一方面，亚利桑那对朗顿而言确实有非常好的一面，那就是大学的医院，以及第一流的理疗措施和康复运动。朗顿说：“大学的理疗法真使我受益匪浅。大夫坚持让我不断努力，取得进步。我看到必须通过关口，必须经历一场接受自己目前现状的转变，并从这儿开始努力，不应该对此抱不良感觉，而要对自己的进步感到高兴。所以我决心接受这种放逐感和怪诞感。在课堂上我仍然会回答问题，虽然有时我的回答会离题，让人感到有点怪怪的。但我仍然不断努力。”

不幸的是，虽然他的大脑和身体都在逐渐康复，但朗顿发现亚利桑那并不是一个学习天文学的理想圣地。他从来没有打听过这个天文学之都是否设置天文学本科课程。这个大学确实有天文学博士学位课程。但要达到进修博士课程的水准，本科生就必须先学物理学，毕业后再转为天文学。但对朗顿来说，唯一的问题是，亚利桑那大学的本科物理学不灵。“本科物理学科的组织完全处于混乱状态。教本科物理学的教师们没一个会说英文。实验室的科目非常原始，设备也不配套。谁也说不上来我们应该学些什么。”

好在他并不后悔。亚利桑那大学的哲学系非常好，哲学很吸引朗顿，因为他对思想史非常入迷。亚利桑那大学还有一个同样优秀的人类学系，这个学科也非常吸引朗顿，因为他很喜欢灵长类研究中心的猴子。第一个学期，他就选修了这两个系的课程，来完成校方对综合学科学分的要求。

这样的选择至少也是个奇怪的混合。但对朗顿来说选择这两个系的课程却是个再好不过的组合了。当他步入韦斯利·赛尔蒙（Wesley Salmon）的科学哲学教室的时候就感觉到了这一点。“赛尔蒙对这门学科有很好的见解。”朗顿说。他不久就要求赛尔蒙做他的哲学课程的导师。“赛尔蒙是维也纳圈中的哲学家汉斯·里汉巴奇（HansReichenbach）的弟子。这些哲学家研究的哲学带有非常强的技术性，他们研究的是关于时空的哲学、关于量子的机制、以及关于地球引力对时空的弯曲。我很快意识到，我更感兴趣的不是对这个宇宙的某种特殊的和流行的观点的了解，而是我们的世界观是如何随时间的推进而演化的。我非常感兴趣的是思想的历史。而宇宙学只凑巧是对此进行研究的最佳通道之一。”

同时，在人类学系，朗顿听说了人类丰富多采的行为规范、信仰和习惯、文明的兴衰、人类的起源和三百万年的逐步演化。确实，他的人类学系的导师史蒂芬·泽古拉（Stephe Zegura）是一个非常出色的教师，同时又是一个非常优秀的人，对进化学理论功底颇深。

朗顿说，所以，在各个方面“我都得以浸淫于信息进化的概念之中。这很快就成为我的主要兴趣，非常合我的胃口。”确实，他的那种神秘感觉这时起了压倒一切的作用。他说，不知为什么，他知道他已经快要寻到他的那种神秘感觉的踪迹了。

朗顿最喜欢的漫画之一是格雷·拉森（Gary Larson）的《在远方》（The Far Side）。这幅漫画表现了一个装备完善的登山者正要下降到地面上的一个巨大无比的洞穴。一位记者手持麦克风喊到：“因为那洞根本就不在那儿！”

“那正是我的感觉，”朗顿笑道。他说，他越学习人类学，越觉得这门课有一个很大的裂缝。“人类学基本上是一个一分为二的学科。一方面是完整而清晰的对生物进化的化石记录，附之于严谨而完整的达尔文理论体系作为诠释。这个理论包括了信息编码，以及信息代代相传的机制。另一方面是人类学家所发现的对文化进化的完整而清晰的化石记录。但研究人类文化的人不会去思考、讨论关于化石记录的理论，甚至不会去听这类的理论。他们好像是在故意回避对这方面的研究。”

给朗顿的印象是，文化进化的理论仍然保留了19世纪以来的社会达尔文主义的烙印。当时人们以“适者生存”为理由，来为战争和社会不公辩护。而他当然可以看到其问题之所在。毕竟，他这一生的大多数时间都在反对战争和社会不公，他就是无法接受人类学上的这个裂缝。如果你能创建真正的文化进化理论，以此反对为现状辩护的伪科学，那你也许就能了解文化究竟是如何发展的。重要的事情是，要对战争和社会不公有所行动。

现在，他有了一个值得追求的目标。更重要的是，他找到了感觉。朗顿意识到，这不仅仅是关于文化进化的问题，也是关于生物进化、知识进化、文化进化、关于概念的组合、重组、以及概念在人类思维上跨越时空的传播的问题，这是所有这一切的组合。在最深的层次上，这些都是同一件事的不同方面。还不止这些，它们就像 “生命游戏”，或从这个意义上来说，就像他自己摔成散乱片断的心智。这里有一种凝聚力，这是一个关于所有的元素逐渐聚拢，然后演变出结构、再演变出有能力成长和生存的复杂体系的普通故事。如果他能够学会从一个正确的方式来研究这种凝聚力，能够把它的运作规则抽象成某种正确的计算机程序，那么他就有可能抓住进化的所有重要特点。

“事情最终在我头脑里汇聚成一个完整的概念。”但这还只是一种想象，一种还无法陈述清楚的想法。“但这是驱动我的唯一的力量，是我一直在思考的问题。”

1978 年春，朗顿把他的想法写成一篇二十六页的论文，题目是：“信仰的演化”。他的基本观点是，生物和文化的进化是同一个现象的两个不同的方面。文化的“基因” 是信仰，信仰反过来又被记录在文化的基本“DNA”上，即语言上。他说，现在回想起来，那篇论文是个相当天真的尝试。但那是他的宣言，也是他选择攻读跨学科的、自己设计的博士学位题目的提议。这个提议能够让他对这个问题展开研究。而且这篇论文已足以说服他的人类学系课程的导师泽古拉。“他确实是一个非常好的人，也是一个出色的教师，一个相信我的人。”朗顿说。“他是当时唯一能理解我在说什么的人。他当时的态度是：‘按你想的干吧！’”但泽古拉也提醒他说，攻读这样一个特殊的博士学位，必须还要从其它学科邀请指导老师。泽古拉作为一个物理人类学家，无法同时在物理、生物学和计算机科学上也给他提供指导。

所以朗顿在亚利桑那大学读本科四年级时开始四处物色合适的导师。“这时候我开始把我的想法称为‘人工生命’，它或多或少类似于人工智能。”他说。“我得给它取一个精确洗练的名字，让人们一看就明白其研究范围。大多数人或多或少都知道一些人工智能。人工生命就是尽力像人工智能抓住和模仿神经心理学一样抓住和模仿进化。我不是要准确模仿爬行动物的进化，而是想在计算机上抓住进化的抽象模型，为此展开实验。所以我用‘人工生命’这个词组，起码可以向人们敞开了解该项研究的大门。”

但不幸的是，朗顿总是一张口就吃闭门羹。他说：“我和计算机科学方面的人谈过，但他们不知道我在说什么。他们的领域的谈话内容是编程、数据结构和计算机语言。他们甚至连人工智能都不研究，所以计算机领域里甚至没有人能够愿意听我谈。他们点看头说：‘你的想法和计算机没有任何关系。’”

朗顿在生物学家和物理学家那里遭到了同样的冷遇他说：“我一直受到类似把你当疯子看待的眼光。情况使人非常沮丧，特别是在我受伤之后，我无法确信我在做什么，我是谁。”客观地说，朗顿到那时已经取得了巨大的进展，他不但能够集中注意力，而且身体强壮，一口气能跑五英里。但他仍然觉得自己很怪、很难看、头脑不健全。“因为我的神经系统紊乱，我搞不清楚自己的状况究竟如何。我对自己的思路再也不敢确信。所以这次我对自己的想法也没有把握。没有人理解我在说什么，这种情形对恢复我的自信没有丝毫的帮助。”

但他仍坚持努力。他说：“我觉得这是我喜欢干的事。我愿意不断推动事情的进展，因为我知道我认准的这个研究方向与我在发生事故前神志清醒时和正常时所思考的问题有关系。那时我对非线性动力学一无所知，但我对涌现的特点、对各个部分的相互作用、对许多单个因素无法做到，但集合为集体就能做到的那些事情却有很强的直觉。”

不幸的是，本能不能解决问题。到大学四年级结束时，朗顿不得不承认，所有这些努力都白费了，他陷入了困境。泽古拉很支持他，但泽古拉无法独自一人承担指导朗顿的责任。他只能撤退，重组力量。

就在这期间，1979年12月22日，朗顿和爱尔维拉·色格拉（Elvira Segura），一位活跃好争、谈吐直率的图书馆学硕士生结婚了。他们是在史蒂夫·泽古拉的人类学课上相识的。“刚开始的时候我们只是好朋友，后来事情就发展了下去。”1980年5月，他以双学位毕业，主要因为他积累了太多学分，所以校方坚持授予他双学位。他毕业后就和爱尔维拉搬进了学校以北的一个租来的双卧室的房子。

他们的生活暂时很稳定。他妻子在大学图书馆谋到了一个很不错的职位。朗顿自己在做双份小时工。他在一个家庭装修公司做木匠，他觉得这份活儿有很好的锻炼疗效，他还在一家彩色玻璃店当伙计。确实，他性格中的某一部分让他很满足于就这么一直干下去。他说：“好玻璃有自己的生命。你可以把许多小块的玻璃拼成一起，合成一个完整世界的效果。”但朗顿也知道他必须做出严肃的抉择，而且越早越好。他在泽古拉的支持下已经被大学人类学系录取为研究生了，但是还没有获得专攻交叉学科的人工生命的准予。这意味着，他要浪费很多时间来修那些他不想修、或不需要修的课。所以，他是不是应该干脆完全放弃对人工生命的研究？

这绝不可能。“我现在已经醒悟了，就像已经改变了宗教信仰。我知道我必须走下去，必须在这个领域攻读博士学位。只是对走什么途径还不太明确。”

他决定，他要做的是弄一台计算机来，用计算机来清楚地陈述自己的思想。这样，他就能够谈论人工生命了，起码能向人们展示他的一些想法了。所以他向彩色玻璃店老板贷了一笔款，买了一台苹果二型个人电脑，把它支在了小卧室里。他还买了一台小彩电来当计算机监视屏。

“我一般都是晚上上机工作，因为白天我必须去上班。我基本上每夜都熬到两三点钟。不知是什么道理，我的脑子总是在夜晚这段时间最活跃、最清醒，我的思维也是在夜晚最自由、最富创造性。我会醒过来，脑海里盘旋着一个想法，于是我就会从床上起来，尽力捕捉这个想法。”

他妻子对此并不高兴。他会听到她从另一间卧室传来的声音：“回来睡觉！明天你会累坏的！”今天回想起来，爱尔维拉认为朗顿当初这么熬夜是值得的。但当时她对她丈夫把家当作办公室的做法非常恼怒。对她来说，这所房子是家，是一个家庭所在，是逃离外界的归隐之处，但她同时也很明白，朗顿需要这么做。

朗顿最初对人工生命研究的尝试极其简单：只是一个比一列基因表复杂不了多少的“生物体”。“这个表上的每一个条目都是这个生物体的一个基因类型，比如，这个生物体的寿命有多长？多久产生新的一代？是什么颜色的？它存在于空间的何处？然后还有一些环境问题，好比鸟儿飞过，捡起背景中显得过多的东西。生物就这样演化，因为当他们繁衍后代时，就会有变化的机会。”

起初，当朗顿完成了这个程序，看到它能够运作了，感到非常高兴。生物体确实在演化。你可以看到它们的演化过程。但他很快就泄了气。“整个演化都是线性的。” 他说。生物体在做着明白无误的事情。它们不会演化到超出他的理解之外。他说：“这不是真正的生物体。我的这个基因表是被外在的上帝——程序——所操纵的。繁衍如神话般地发生。我所需要的是更封闭的过程——这样繁衍的过程会自动发生，成为基因类型本身的一部分。”

在不知道从何开始做起的情况下，朗顿认为应该去亚利桑那大学图书馆，在那里进行一番计算机知识方面的阅读。他试图用“自我繁衍”这个关键词找到有关书籍。

“我抱回了大量这方面的书籍！”他说。其中有一本参考书立刻引起了他的注意：由约翰·冯·诺意曼撰写、勃克斯编辑的《自我繁衍自动机理论》。还有一本，《细胞自动机论文集》，也是这个叫勃克斯的家伙编辑的。另外还有一本发明了相关数据库的泰德·考德（Ted Codd）撰写的《细胞自动机》。这类的书有很多很多。

“哇！这就对了。当我发现这些书时，我对自己说：‘嘿，也许我是疯了，但这些人起码和我一样疯狂！’”他读了冯·诺意曼、勃克斯、考德的书，以及所有他能在大学图书馆发现的这方面的书籍。没错！都在那儿呢：进化、生命游戏、自我集合、涌现的繁衍等所有这一切。

他发现，冯·诺意曼从四十年代末开始就对自我繁衍的问题发生了兴趣。当时他和勃克斯、戈德斯坦已经设计出了可编程的数字化计算机。当时可编程的计算机这个概念还很新奇，数学家和逻辑学家都渴望了解这种可编程的机器能干什么，不能干什么，这个问题几乎是不可回避的：一台机器能通过编程来复制自己吗？

冯· 诺意曼会毫不犹豫地给予肯定的回答，起码在原则上他认为回答应该是肯定的。毕竟植物和动物已经自我繁衍了几十亿年了，在生物化学这个层次上，动植物不过像星球一样遵循着同样的自然规律。但这一事实并不能给予他很大的帮助。生物的自我繁衍极其复杂，包括基因、性、精子和卵子的结合、细胞分裂和胚胎发育，更别说具体而详细的蛋白和DNA的分子化学了，这些在四十年代几乎完全不为人们所了解。而机器则显然没那么复杂。所以，冯·诺意曼在能够回答关于机器的自我繁衍的问题之前，他必须将这个过程简化至其本质，其抽象的逻辑形式。也就是说，他必须在头脑中形成编程员在许多年以后建造虚拟机器时的那种概念：他必须撇开具体的生物化学机器，找出自我繁衍的重要特点之所在。

为了找到对这些问题的感觉，冯·诺意曼先做了一个思维实验。他说，想象一台机器飘浮于一个池塘的水面，这个池塘里还有许多机器的零部件。接着，再想象这台机器是一个宇宙建设者：只要给出任何一台机器的描述，这台机器就能在池塘中一直划到寻找到制造机器所需要的合适的零部件，然后就制造出了这台机器。特别是，如果向它描述一下它自己，他就能够复制出自己来。

冯· 诺意曼说，这听起来像自我繁衍了。但却还不是，起码，还不完全是。新复制出来的机器的零部件全都很合适，但它不会描述自己，这意味着它不可能继续拷贝自己。所以冯·诺意曼同时也假定，最初的机器应该具有一个描述复印机：即对下一代机器的复制性描述。他说，一旦发生这种情况，下一代就具有了无穷无尽进行繁衍的条件。然后就有了自我繁衍。

冯· 诺意曼对自我繁衍的分析作为思维实验来说是非常简单的。如果我们用更正式一点儿的方式重申的话，冯·诺意曼说的是，任何自我繁衍系统的基因材料，无论是自然的还是人工的，都必须具有两个不同的基本功能。一方面，它必须起到计算机程序的作用，是一种在繁衍下一代的过程中能够运行的算法。另一方面，它必须起到被动数据的作用，是一个能够复制和传给下一代的描述。

这个分析结果变成了一个令人震惊的科学预测：几年以后的1953年，华生和克拉克终于拆解开了DNA的分子结构之谜。他们发现这个结构正好完全具备冯·诺意曼所指出的两个基本要求。作为一个基因程序，DNA编入了制造细胞所需要的酶和结构蛋白的指令，作为一个基因数据仓库，DNA的双螺旋结构在每次细胞分裂为二时都能解开和自我复制。进化以令人羡慕的节俭方式将基因材料的这种双重本质嵌入了DNA分子本身的结构之中。

但还有其他的情况。当时冯·诺意曼知道，光有思维实验是不够的。他的关于在一个池塘里的自我繁衍机器的想象仍然太具体，与过程的具体材料绑得太紧了。作为一个数学家，他需要非常正式和完全抽象的理论。结果就有了后来被称为“分子自动机”这个形式的理论。这是他的同事，住在罗沙拉莫斯的波兰数学家斯坦尼斯劳斯 ·乌兰建议的。乌兰自己也一直在思考这些问题。

乌兰建议的是约翰·康卫二十多年前发明生命游戏时所用的框架。确实，康卫当时非常清楚，生命游戏只不过是分子自动机的一个特例。乌兰对冯·诺意曼的建议是，最根本的是要想象一个可编程的宇宙。在这个宇宙中，“时间”被定义为宇宙之钟的滴答声，“空间”被定义为一个个分离的细胞格。每一个细胞都是一个极为简单的、定义抽象的计算机，一个有限的自动机。在任何一个时间和任何一个细胞中，自动机都会只存在于无限状态中的唯一一种状态中，它可以被想象成是红的、白的、蓝的、绿的、黄的，或1、2、3、4，或死的、活的，或不管什么。而且，宇宙之钟每滴答一次，自动机就会转入一种新的状态，这种新的状态是根据其当前的状态以及其邻居当前的状态所决定的。宇宙的“物理规律”因此就会被编入其转换表内：就是能够告诉每一个自动机根据其邻居可能转换的状态做出改变。

冯· 诺意曼喜爱这个分子自动机的概念。这个系统简单抽象到能够进行数学分析，但又能丰富多采到足以使他能抓住他正尽力想弄明白的过程。而且这又正好是一个你可以实际在一台计算机上模拟的系统。起码从原则上来说是可以这么做的。1954年，冯·诺意曼死于癌症，未能完成他对细胞自动机的研究，但应邀编辑冯·诺意曼在这项研究上的所有论文的勃克斯后来编辑了他的成果，并填补了冯·诺意曼尚末来得及完成的细节，于1966年以《自我繁衍自动机理论》为名结集出版。该书的要点之一是，冯·诺意曼证明了起码有一种确实能够自我繁衍的分子自动机模型的存在。他发现的这个模型极其复杂，要求大量的细胞格，而且每一个细胞有二十九种不同的状态。这是任何现有计算机的模仿功能都无法胜任的。但这种自动机确实存在的事实回答了根本的原则问题：一旦将自我繁衍看作是有生命的物体的独一无二的特征，那就能让机器也做到这一点。

朗顿说，当他读到所有这一切时，“他突然感到自信心大增。我知道我的思路没有错。”他返回到他的苹果二型计算机上来，很快编写出了一个一般性功能的分子自动机程序。这个程序能够使他在屏幕上观察彩色方块格的分子世界。苹果机只有64千字节分存储量意味着，他只能把每个分子的状态限制在不超过八种，根本达不到冯·诺意曼的二十九种自我繁衍状态的要求，但却仍然有在这种限制下找到一个自我繁衍系统的可能性。朗顿运行了他编的程序，以此来尝试他想要的任何状态和任何转变表。他的程序中的每一个细胞都有八种状态，这样他就只能得到十的三万次方的不同基因表的可能性。他着手尝试。

朗顿早就知道，他的探索并不像表面看上去那样毫无希望。他在阅读中发现，泰德·考德（Ted C0dd）已经在十多年前就发现了一种具有8种自我繁衍状态的模型。那时泰德·考德在密西根大学读研究生，在一个叫作约翰·荷兰德的家伙手下干活。由于考德的类型对苹果二型机来说仍然太复杂了，朗顿就想，也许通过对付这个模型的各个部分，他能够在这种限制下找到比较简单的操作方法。

朗顿说：“考德的自我繁衍状态的所有部件都像是数据途径。”那就是，考德的系统八种状态中的四种起的是数据的作用，另外四种状态起到各种辅助作用。特别是，一种状态起导体作用，另一种状态起绝缘体作用，这样共同组成让数据能够在细胞之间流动的渠道，就好像铜线一样。所以朗顿从考德的“周期性发射体”结构开始入手：这基本上就是一个回路，有一位数据就像钟表的分针一样在其间不断转圈，同时，回路的侧面长出某种手臂，周期性地发射出在回路中绕圈的数据的复制品。然后朗顿就开始模拟这个发射体，在其手臂上扣了顶帽子，这样信号就不会跑掉了，他用加上第二个环绕信号的方式来做这顶帽子，并把规则表扭曲过来，让它永远这样。他知道，如果他能使手臂伸出去，再向里弯过来，形成和第一个一样的回路，他就算做成功了。

这个实验进展得非常缓慢，朗顿每夜只工作很少几个小时，他妻子爱尔维拉已经尽力耐住性子了。朗顿说：“她关心我所感兴趣的事和我认为会发生的事，但她更关心的是：我们该怎么办？我所做的这些能给我们带来什么结果？这些事对目前家庭状况的进展会起到什么作用？这两年我们会在哪里？而这很难解释。你已经做了所有这一切，而你所做的这一切又会怎么样呢？我并不知道，我只知道这很重要。”

朗顿只能坚持不断努力。“我不断在这儿取得一点儿进展、在那儿取得一点儿进展。我先开始制定规则，然后完善它，再完善它，然后就把我自己逼到了死角。保留的规则表灌满了十五张软盘，这样我就可以在备份后再从另一个角度开始。所以我不得不非常小心地记录什么规则产生什么样的行为，改变了什么，我又备份了些什么，在哪一张软盘上做的备份。”

从他最初读到冯·诺意曼到他最终得到他所想要的结果，一共花了两个月左右的时间。他说，有一天晚上，所有的部分终于汇聚到了一起。他坐在那里看着那些回路伸出手臂，又弯过来，形成新的、与前一个同样的回路，然后又继续形成更多的一模一样的回路，这样无限继续下去，就好像生长着的珊瑚礁。他创造出了目前最简单的自我繁衍分子自动机。“我激动得就像感情火山爆发。这是可能的，它真的发生了。这是真的。现在进化具有了意义。这不是外部程序操纵表格的结果。这是自闭的，其生物体本身就是程序。它是一个完整的体系。我一直在思索的这些事，一直觉得如果我尝试就有可能证实的这些事，现在已经证明了是可能的。这就像可能性的一次塌方，像推倒了多米诺骨牌，然后骨牌就不断倒下，不断倒下，一直倒下去。”