《物理世界产生智能和意识》《创新物理学》之三

李小坚1),龚劫存2)

 一、引言

首先,经典的物理世界是地球、太阳、星系……宇宙全部物质的世界,包括原子、分子、质子、中子、电子、夸克、费米子、波色子等,大大小小的一切物质都由物理定律所支配,但不包括“生命”。而生命世界的动物、植物、微生物等活物,则由生命法则所支配。生命所遵循的法则真的独立于物理定律?与物理定律的关系有何不同,有何联系?

“如何产生生命”的问题上一文已经讨论过了,对生命起源的基本过程在比较原始和初级的层面作出了描述。但重要的是发现质子和中子都是滑翔机,即物质的最底层就具备图灵计算机那样的计算能力。在适当的条件下,物理世界就能产生生命。

2015年6月《美国国家科学院院刊》一组报道:从氨基酸和宇宙化学物质组成的原始汤里提升出名为肽键的较短蛋白质;实验研究氨基酸的大小以及极性是形成折叠蛋白质的充分必要条件,一条相互连接的氨基酸链自我排列形成特殊的具有特定生物功能的三维结构;酶、tRNA与 RNA一起工作,完成了DNA复制、蛋白质合成和RNA转录的蓝图。

科学界发现目前地球上所有生命都源自于36亿年前存在过的一个最早的共同祖先露卡(Luca)。它可能是一个具有几百个基因的单细胞生物。从露卡往后时间里,生命踏上了一条我们比较容易了解的生命进化的慢慢长路。总之,自然世界如何产生生命的过程,已经基本确立。

我们在此要探讨的是生命更复杂的属性,如什么是生命的意义、什么是智能、什么是意识等生命的高级属性,如何从物理世界产生智能和意识,以及生命定律与物理定律的关系这样更深刻的问题。

 二、什么是智能、什么是意识

什么是智能?智能及智能的本质是古今中外许多哲学家、脑科学家一直在努力探索和研究的问题,但至今仍然没有完全了解。智能的发生、物质的本质、宇宙的起源、生命的本质一起被列为自然界四大奥秘。一般认为,智能是指个体对客观事物进行合理分析,判断及有目的地行动和有效地处理周围环境事宜的综合能力。总而言之,智能是知识与智力的总和。

我们定义智能:

a) 必要条件:计算能力,计算设备,如图灵计算机,

b)充分条件:每一个对象能区别于其他对象(分辨被计算的对象)。

一个智能体的智能大小程度,取决于外部对象的复杂程度和它自身的计算能力。

什么是意识?百度知识:意识到目前为止还是一个不完整的、模糊的概念。研究者们还不能给予它一个确切的定义。简直是人类集体无意识。

哲学定义意识是指大脑对客观世界的反应;生物学定义是指生物由其物理感知系统能够感知事物特征总和以及相关的感知处理活动。一般认为:意识是对环境及自我的认知能力以及认知的清晰程度。

我们定义意识:

a) 必要条件:每一个意识主体对象(自我识别)能区别于其他对象。

b)充分条件:有一个计算设备,能处理信息。

以上我们对智能和意识的定义,简单而且抽象。智力和意识是不一样的,智能和意识相互又有很大的关联,都要求有计算能力,都要求识别,计算和识别交叉互为智能和意识的必要条件和充分条件,也具有某种不完全的对称性或对偶性。智能是往外看,意识是往内看。

 三、电子有意识、生命有意识

具体来看,哪些对象具有智能和意识。

如果把以上抽象的定义,稍作修改:

如果满足以下2个条件,那么这个对象具有意识:

a)能够识别自我和非我的边界

b)能够识别时间和空间

我们将对象的计算能力,具体化到能够识别时间和空间,本质没有降低原来意识定义的内涵。因为要识别时间和空间需要无穷的计算能力。

那么,我们来考察一个电子的行为。电子在原子核周围运转,电子高速运转的同时,它要观测周围空间,防止碰撞发生,它要确定速度和决定自己的运动的轨道,甚至要服从爱因斯坦的相对论关于一个高速运转的观测会发生时间和空间的弯曲。根据Pauli不相容原理,带有多个电子的原子,电子要满足量子力学基本定律要求,不能有多于一个电子处于完全相同的量子态。这就是:电子要确定自己应该在哪里运行,并和别的电子不一样,这就是自我确认。一个小小的电子既要服从相对论,又要服从量子力学。同时,电子能识别自我边界,又要识别时空。根据我们的定义,电子具有意识!

电子,物质的最底层都有意识,这种意识是内凛的,大自然赋予的!宇宙这个最大的物理世界也有意识。中间的一切物质和生命都有意识。万物都有灵性!

我们再看一个例子:蜜蜂是有意识的。蜜蜂知道自己在蜂群中的分工,蜜蜂为保卫蜂巢不受外来生物的侵害不惜牺牲自己。蜜蜂没有设计蓝图,蜂巢却做得标准精密。蜜蜂肯定知道自己的职责和边界。蜜蜂出外采蜜发现蜜源,回家后以舞蹈的方式报告同伴蜜源的方位距离等信息,蜜蜂不仅自己知道空间时间,而且还能向同伴表述。根据我们的定义,蜜蜂确定无疑地有意识。

生命作为一个个的个体,它们都有计算能力,能识别环境,能认识自我。从智能和意识的这两属性上,干脆我们重新认识生命

这样智能和意识作为生命的基本属性,生命可以明显地被确定有三个不同的特征。

1)。生命过程–生殖和新陈代谢,是一个“信息处理”的过程。也就是说,生命需要一个计算设备。

2)。生命具有意识–区分“自我”与“非我”的能力。生命需要一种获得个性的机制。

3)。生命有智能—内含智慧,它能面对外部挑战。

事实上,生命是有智能的,生命是有意识的,毫无疑问生命也是有意义的。

 四、自然世界的意识体系

我们还是从意识的角度,进一步阐述意识是有层次的,意识有一个复杂的体系。因为智能与意识有相似性,我们在此暂时不讨论智能体系。

既然电子有意识,的确,从氢、氦到构成元素周期表中的其它原子的核反应过程,电子始终参与并存在其中。电子更是主导着所有化学反应一步一步进行,产生从简单到复杂的各类化学物质。进而,电子参与生物化学反应,最早的线粒体就是有电荷梯度建立起生命物质的能量通道。那么非生命物质从电子、原子、分子、化合物分子到有机物分子及其相应的物质,都应该有意识。如果要定量描述意识,我们可以选用一个电子单位的意识,Y(e)=E,物质分子越复杂其意识也越复杂。可能意识Y不一定与电子个数n成线性关系,但可以用线性或非线性函数来描述:Y(ne)=F(nE),简单一点,一阶近似就是Y(ne)= nE。

生命系统的意识更为复杂,因为分子结构高度复杂,生命物质高度分工。生命过程非常复杂,其生殖过程是一个生命创造的复杂过程,新陈代谢过程也很复杂。无数个生命个体组成生物群体,组成生态圈,构成生物社会,人类社会。意识在非生命和生命的各个层面都存在。

我们先将意识分为四个层面。第一个层面意识,就是只能识别自己、识别空间和时间。这一层面就是电子类的非生命物质的意识。第二层面的意识,在第一层面的基础上,对象还能识别自己的意识,这个对象能识别自己的主体和客体(I and me)。第三层面的意识是感知不可观测的事物,这个意识可以想象,感知虚拟的世界,感知非物质的心灵魂魄,有宗教信仰。第四个层面的意识是同时感知过去、现在、未来。

第一层面的意识是物质层面的,来自并服从物理定律。第二层面主要存在于分子生物学范畴。我们人类的意识完全可以达到第三层面,整个宇宙的意识就是第四层面。

事实上人类的意识还可以分成多个层次,第一层次的意识是关于现实时空的意识,第二层次关于虚空世界的意识。第二层次又有三个子分层:1)CE(conceptualizingby empty substance)慨念化地排空具体事物形成抽象慨念。2)CI(consciousness by imagining)想象创造出不存在于现实时空的事物。3)CW(by worshiping)宗教信仰意识。

五、意识的公理化系统

科学界面对两个相互矛盾的事实:a物理定律支配着整个宇宙运行,而宇宙包含智能,包含生命。b现在智能和意识问题超出了当代物理学的范围。

今天的物理科学还没有直接可用的物理定理来描述生命,更别说智能和意识!而生命活生生地活在这个物理世界中。这说明现在的物理理论还不完备,不够完美。只能描述那些没有生命的世界,还缺少能描述生命、智能和意识的物理理论。不能描述生命、智能和意识的物理理论,也就不能完整地描述宇宙。或者反过来说也是一样的:一个物理理论不能完整地描述宇宙的本质,也就不能描述生命、智能和意识。

我们要挑战的问题是:必须探寻到物理定律与描述生命智能和意识的基本原理的共同本质和本源。

一个完美的物理理论框架,它应该是一个公理系统:公理基础(定义,公理和程序)和一组的后续推论(句子和定理)。

根据定义,一个公理框架的基础可以任意选择,也就是说,它不受任何测试。其有效性取决于两点。

1)作为一个数学结构-它必须是数学上一致的。

2)作为一个物理世界的理论框架,设计出来后,其后续推理必须要与现实世界比对,理论结果与通过经验和观测形成的物理事实是否契合。

对于自然界存在以下各类事物,它们存在意识的公理基础是:

1)物质系统

2)个体生命

3)群体生命 —一个物种(即,同一个基因的物种)

4)生态圈—整个生态系统

5)宇宙—整个宇宙

公理体系I—以上每一个实体的生存意识是保持自身。

公理体系II—以上每一个实体的发展意识是创造。

公理体系III—以上每一个实体的终极意识是完善自己。

公理体系I所推论的结果:以上各类系统的意识均是一个四色定理系统。各类实体拓扑等价于一个球体,每一类的系统可容纳无数个球体。

公理体系II所推论的结果:这类系统的意识是一个七色定理系统。该类实体拓扑等价于一个面包圈,新的个体生命诞生的过程与宇宙创世在拓扑结构上是同构。

从公理体系I与公理体系II并不矛盾,一个生命体内的意识可以同时含有四色系统与七色系统。四色系统是一个静态照片,如生命里的基因完全可以用四色定理描述,即基因编码是 (A, G, T, C)组成。生命要动态地发展,就需要创造条件,从四色系统转变成七色系统。包括创造新生命的过程,也是一个从四色系统转变成七色系统的过程。大部分生命系统已经具备或已经完成这个过程。

公理体系III的结果是:以上每一个实体的终极意识就是融合下一个层次的实体,发展到上一个层次的过程,不同个体在更高的目标下团结、凝聚、和谐统一。

本文在此不打算介绍理论推导过程,而且,理论也需要检验。这些具体过程,以后著文详细介绍。

六、结束语

龚先生的物理世界模型已经建立,这是一把能打开这个宇宙各个重要关口和最终宝库的万能钥匙。用这把钥匙可以通过十重门的测试,具体测试项目可见博客。能够通过十重门的测试,我们肯定地说,该理论框架系统是一个更接近真理的学说。

该理论让我们看清了生命的本质。生命的终极意义就是能认识自己、保持自己和认识这个世界并保持这个世界的完整;生命的意义还在于创造,创造新的生命,创造新的事物;生命的意义还在于团结、和谐、统一,更积极一点看就是让这个世界更完美。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。