04LET US CALCULATE讓我們算筆賬

弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）

2004年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，麻省理工學(xué)院物理系赫爾曼·費什巴赫講席教授，著有《存在之輕：質(zhì)量、以太和力的統(tǒng)一性》（The Lightness of Being：Mass, Ether, and the Unifcation of Forces）。

我想向編著者致歉，因為“互聯(lián)網(wǎng)改變了你的思維方式嗎？”對我來說是一個很難給出有趣回答的問題。實際上，我只把互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成一個工具，它并沒有深刻地改變我的思維方式——至少目前看來是這樣。所以我決定大膽地延伸一下這個問題，把它改成“互聯(lián)網(wǎng)和它的衍生品是如何影響像我這樣的人思考的？”

如果有爭議的話，兩位哲學(xué)家像兩位會計師之間一樣不需要爭辯。因為他們只要拿起手中的筆，找塊石頭坐下來，（如果他們愿意的話，有親友愿意見證更好）互相說一句：“讓我們來算算這筆賬吧！”

——萊布尼茨

但是，顯然萊布尼茨說得不對，沒有爭論的哲學(xué)家不能稱為哲學(xué)家。比如關(guān)于自由意志的問題，做再多計算也很難解決這個問題。如果我們用“實體物質(zhì)的雕塑家”來代替上文中的“哲學(xué)家”，就是對現(xiàn)今我們所面對的機會和未知挑戰(zhàn)最為準(zhǔn)確的描述。這個機會大約在80年前就已經(jīng)粗具雛形，那正是量子論方程式已經(jīng)成熟的時候。

一大部分物理以及全部化學(xué)所需的數(shù)學(xué)理論的潛在物理法則已經(jīng)全部被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在難點僅在于，如何具體應(yīng)用這些原理來處理那些太復(fù)雜以至于無法解決的方程式。

——P. A.M.迪拉克

在迪拉克于1929年進行這番論述之后，物理學(xué)界發(fā)生了很多大事。物理學(xué)家找到了解決原子核的核心問題的新方程式。高能加速器向我們展示了一個全新的世界，許多意料之外的現(xiàn)象以及大自然的美麗和對稱給予了我們很多啟示。有了這種新的更深入的認(rèn)識，我們才知道星星如何運轉(zhuǎn)以及那個簡單的外星火球是怎么進化為我們生存的這個宇宙的。然而迪拉克大膽地提出：盡管科學(xué)的進步和發(fā)展為我們過去無法處理的、更小的物體以及更極端的條件提供了可靠的方程式，但并沒有改變普通物質(zhì)在普通條件下的游戲規(guī)則。恰恰相反，量子理論的大踏步前進更加堅定了我們對它的信心。

可是就連迪拉克也沒能預(yù)見，“太復(fù)雜以至于無法解決”的限制是可以被挑戰(zhàn)的，這將他在1929年的哲學(xué)反思變成了一場戰(zhàn)爭的號角。通過現(xiàn)今的芯片和架構(gòu)，我們可以開始解決化學(xué)和材料科學(xué)的方程式。通過精心配置成千上萬的芯片的力量、連接互聯(lián)網(wǎng)及其后續(xù)產(chǎn)品，我們能建造出具備前所未有的靈活性和能量的虛擬實驗室。我們擺脫了之前那種通過挖掘稀有原料、精煉、煅燒和漫無目的地嘗試新組合的方式，現(xiàn)在我們可以用更輕松也更系統(tǒng)化的方法探索新的有用的材料，我們所要做的只是將被編碼定義的眾多可能性注入全世界彼此相連的計算機網(wǎng)絡(luò)中。

這個世界性的網(wǎng)絡(luò)能探索出什么？比較切合實際的可能性包括：無需能量傳輸?shù)母邷爻瑢?dǎo)體、懸浮的超級列車、不受自身散熱條件限制的電腦、使我們擺脫碳排放限制的高效太陽能電池、可制造從地球到太空的升降機的超強材料。

盡管我們目前可以預(yù)見的這些前景令人興奮，但這和我們想象不到的新發(fā)現(xiàn)相比卻相差甚遠(yuǎn)。除了科技目的，我們同樣追求對物理現(xiàn)實潛能的全面考察。1964年，理查德·費曼（Richard Feynman）提出了具有挑戰(zhàn)性的觀點：“現(xiàn)在，我們還不能確定薛定諤方程是否適用于青蛙、指揮家，以及道德等領(lǐng)域，也不能確定一些像上帝一樣凌駕于人類之上的東西是否仍被需要。所以，我們大可對兩方面都抱有希望?！?/p>

今天的我們能看到多遠(yuǎn)的未來？可以確信的是，薛定諤方程并非對青蛙和指揮家都適用（至少好的那些方面不適用）。實際上，利用最快的芯片、強大的網(wǎng)絡(luò)和巧妙的算法，物理學(xué)家們最近才探索出了量子色動力學(xué)的方程式。這似乎是個微不足道的開始，但其實量子色動力學(xué)比量子化學(xué)要復(fù)雜得多，這是一次鼓舞人心的人類實力呈現(xiàn)。我們已經(jīng)可以很好地開發(fā)出一些可追蹤的方程，用以指導(dǎo)微電子學(xué)、激光科技和磁共振成像方面的材料基礎(chǔ)革新。但是，所有這些計算機技術(shù)方面的大膽嘗試，雖然令人印象深刻，但也不過是小試牛刀。要想實現(xiàn)人工智能的關(guān)鍵性一步，仍需要更強大的計算能力以及人類特有的獨創(chuàng)性。

幸運的是，這兩個成就都近在眼前。SETI@home項目讓全世界的人們都可以利用電腦的閑暇時間篩選太空無線電波，以推進人類對外星智慧的搜索工作。運行大型強子對撞機項目的歐洲核子研究中心是早期萬維網(wǎng)的誕生之地。萬維網(wǎng)比網(wǎng)格計算（GRID）更先進，它可支持?jǐn)?shù)千臺遠(yuǎn)端計算機及其使用者互相分享數(shù)據(jù)、動態(tài)發(fā)布任務(wù)，使之能像同一個大腦一樣運作。只有這樣，我們才能處理大型強子對撞機帶來的信息爆炸，而這樣的項目也將會接踵而至。

讓計算機通過純計算來下國際象棋的項目始于1958年，隨后，所設(shè)計電腦程序的下棋技能迅速提升，并于1978年打敗了國際象棋大師，1988年擊敗了最高段位的棋手，1997年摘得世界冠軍。后來，這一技術(shù)在向大型并行計算機發(fā)展的過程中起到了至關(guān)重要的作用。這些帶有特定目的的發(fā)明是連接幾十臺或者上百臺普通電腦的迷你互聯(lián)網(wǎng)（實際上是迷你的網(wǎng)格計算機系統(tǒng)）。在今天，建立起一個類似SETI@home的程序或者類似網(wǎng)格客戶端的網(wǎng)絡(luò)，是一個可以輕松打敗最高配置的單機電腦的可行性計劃。這種網(wǎng)絡(luò)一旦被創(chuàng)造出來，我們只需簡單地挖掘和利用不斷擴大的資源庫，就可使現(xiàn)有系統(tǒng)平穩(wěn)地發(fā)展到難以想象的規(guī)模。

在更難的計算量子現(xiàn)實的游戲中，在硅的幫助下，我們基本上可成為一個實力稍差的大師級選手。我們知道比賽規(guī)則，也下了幾步好棋，但是經(jīng)常用計算來取代推算也使我們錯失了許多煥發(fā)靈感的可能性，并且在計算上花費了太多時間。為了改進，我們需要把這個建造世界性網(wǎng)格的夢變?yōu)榭刹僮鞯默F(xiàn)實。為了壓縮空間，我們需要找到更好的方法去分配那些不需要密集交流的子任務(wù)，找到更好的方式去利用潛在公式的地理屬性，找到更優(yōu)化的建構(gòu)客觀洞察力的方式。在我看來，這些問題還沒有得到足夠的重視。許多經(jīng)歷過良好訓(xùn)練、擁有天分的人一致認(rèn)為，盡管晦澀難懂，但開發(fā)新的方程式比利用現(xiàn)有的方程式開發(fā)新的應(yīng)用更劃算。

人們往往都更喜歡爭奪名次，享受鹿死誰手的快感。如果我們能提供一些具有里程碑式意義的獎項，來激勵人們從事這種雖然辛苦但是很有前景的工作，對于這群沉迷其中的人來說，將是最好的回報。例如，我們可以為計算出與真實的水沸點相同的虛擬水技術(shù)設(shè)立一項大獎。