如何以計(jì)算方式，思考人工智能、宇宙和一切？

近日，著名的英國科學(xué)家Stephen Wolfram在TED 18分鐘的演講中，分享了自己對(duì)這個(gè)問題的看法。

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在他看來，宇宙是在一種計(jì)算模型下運(yùn)行的，空間和物質(zhì)都是由遵守簡單計(jì)算規(guī)則的離散元素組成的。

他還提出了ruliad的概念，即所有可以想象的計(jì)算過程的復(fù)雜極限。

宇宙盡頭，是「計(jì)算」？

人類的語言、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)，都是用來表達(dá)和理解世界的方式。

而在我們這個(gè)時(shí)代，「計(jì)算」成為了一種新的、也更強(qiáng)大的方法。

近50年來，我有幸基于「計(jì)算」的理念建造了一座更高的科學(xué)技術(shù)塔。今天我想告訴你，這些努力取得了一些什么樣的成就。

還記得，我上一次TED演講是在13年前——2010年2月——就在Wolfram|Alpha發(fā)布不久之后。

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當(dāng)時(shí)，我以一個(gè)問題結(jié)束了那次演講：宇宙中萬事萬物的本質(zhì)，是不是都可以歸結(jié)為「計(jì)算」?

接下來，我給了自己10年的時(shí)間去尋找答案。

這本該需要一個(gè)世紀(jì)那么久。

但在2020年4月，剛好過了10年，我們非常激動(dòng)地宣布，似乎已經(jīng)找到了宇宙的「機(jī)器代碼」。

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是的，它是可計(jì)算的。

所以，「計(jì)算」不僅僅是一種表達(dá)世界的方式，更是我們這個(gè)宇宙的終極表達(dá)方式。

這一切都始于這樣一個(gè)想法，即空間——就像物質(zhì)一樣——是由離散的元素組成的。

空間及空間中的一切，都是由這些元素之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)定義的——我們可以稱之為「空間原子」。

它聽起來非常優(yōu)雅，但非常抽象。下面是一個(gè)直觀的表達(dá)形式：

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這像是，對(duì)宇宙初級(jí)階段的模擬。

我們?cè)谶@里看到的是，通過反復(fù)應(yīng)用非常簡單的計(jì)算規(guī)則，空間及空間中的一切逐步形成了。

這些點(diǎn)是空間的原子，正在被組合在一起來構(gòu)建空間。如果我們計(jì)算足夠久，我們可以用這種方式建立整個(gè)宇宙。

億萬年后，就會(huì)出現(xiàn)一塊有兩個(gè)小黑洞的空間，它們最終會(huì)合并，并輻射出引力波紋：

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請(qǐng)記住——所有這些都是建立在純粹的「計(jì)算」之上的。

但是就像分子中產(chǎn)生的流體力學(xué)一樣，這里出現(xiàn)的是時(shí)空，和愛因斯坦的引力場方程。

盡管我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些偏差，比如空間的維度并不總是精確的三維。

還有一點(diǎn)，我們的計(jì)算規(guī)則可以不可避免地以多種方式應(yīng)用，每一種都定義了不同的時(shí)間線，不同的歷史路徑，可以分支和合并：

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但是作為這個(gè)宇宙的觀察者，我們也在分支和融合。

事實(shí)證明，量子力學(xué)的出現(xiàn)就是分支思維如何感知分支宇宙的故事。

這里的粉紅色線條，顯示了我們所說的分支空間的結(jié)構(gòu)——量子分支空間。

其中一個(gè)令人驚嘆的美妙之處--至少對(duì)我這樣的物理學(xué)家來說——就是在物理空間中產(chǎn)生萬有引力的現(xiàn)象，在分支空間中也產(chǎn)生了量子力學(xué)。

構(gòu)建世界模型「四大范式」

在迄今為止的科學(xué)史上，我認(rèn)為我們可以找出四大范式來建立「世界模型」——這可以通過它們?nèi)绾翁幚頃r(shí)間來區(qū)分。

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在古代，甚至在今天的許多科學(xué)領(lǐng)域，人們關(guān)注的都是「事物是由什么構(gòu)成的」，時(shí)間并沒有真正納入其中。

但在17世紀(jì)，出現(xiàn)了用數(shù)學(xué)公式建模的想法，由此研究便圍繞數(shù)學(xué)公式開啟，但基本上只是作為一個(gè)坐標(biāo)值。

然后到了20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了從簡單的計(jì)算規(guī)則開始制作模型，然后讓它們運(yùn)行的想法。

這也是我深入?yún)⑴c的事情：

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有人能預(yù)測會(huì)發(fā)生什么嗎？

不能，這就是我所說的計(jì)算不可還原性：實(shí)際上，時(shí)間的流逝對(duì)應(yīng)于一個(gè)不可還原的計(jì)算，我們必須運(yùn)行它才能知道結(jié)果如何。

但現(xiàn)在有了更多的東西：在我們的物理項(xiàng)目中，事情變得多計(jì)算，有許多時(shí)間線，只有觀察者才能把它們編織在一起。

這是一種新的范式。

ruliad就是一切

實(shí)際上，它似乎不僅在基礎(chǔ)物理學(xué)中打開了大門，而且在數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)上，甚至可能在生物學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域也是如此。

你知道，我說過通過反復(fù)應(yīng)用計(jì)算規(guī)則來構(gòu)建宇宙。

但是這個(gè)規(guī)則是如何選擇的呢？其實(shí)不是這樣的。因?yàn)樗械囊?guī)則都會(huì)被用到。

我們正在構(gòu)建我所說的「ruliad」：一個(gè)非常抽象但又獨(dú)一無二的對(duì)象，它是所有可能的計(jì)算過程的糾纏極限。下面是用圖靈機(jī)展示的一個(gè)小片段：

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ruliad就是一切。我們作為觀察者必然是其中的一部分。

在ruliad作為一個(gè)整體中，任何計(jì)算上可能發(fā)生的事情都可以發(fā)生。但像我們這樣的觀察者，只能對(duì)整個(gè)事件的特定片段進(jìn)行采樣。

關(guān)于我們，有兩個(gè)至關(guān)重要的事實(shí)。首先，我們?cè)谟?jì)算上是受限的——我們的思維是有限的。其次，我們相信自己在時(shí)間上是永恒的，盡管我們每時(shí)每刻都是由不同的空間原子構(gòu)成的。

因此，這就是最重要的結(jié)果。具有這些特征的觀察者在ruliad感知到的事物必然遵循某些規(guī)律。而這些定律正是20世紀(jì)物理學(xué)的三大關(guān)鍵理論：廣義相對(duì)論、量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)和第二定律。

我們可以把不同的思維想象成處于ruliad空間的不同位置。思維相同的人類就在在附近，動(dòng)物在更遠(yuǎn)的地方。而更遠(yuǎn)的地方則是外星思維，很難進(jìn)行翻譯。

我們?cè)鯓硬拍塬@得這一切的ruliad呢？我們可以使用生成式人工智能，從我們?nèi)祟惿傻膱D像中提取一個(gè)極小的片段。

我們可以將其視為ruliad中使用戴著派對(duì)帽的貓的概念描述的地方：

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放大后，我們看到了我們可以稱之為「貓島」的東西。

但是很快我們就進(jìn)入了概念間空間，偶爾有些事物會(huì)看起來很熟悉，但大多數(shù)情況下，我們會(huì)看到我們?nèi)祟悷o法形容的東西。

在物理空間，我們通過發(fā)射宇宙飛船探索更多的宇宙。在ruliad空間，我們通過擴(kuò)展我們的概念和范式來探索更多。

我們可以通過采樣可能的規(guī)則來了解外面的情況——做我所說的ruliology：

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即使是極其簡單的規(guī)則，也蘊(yùn)含著令人難以置信的豐富內(nèi)涵。

但問題是，其中大部分還沒有與我們?nèi)祟惱斫饣蜿P(guān)心的事物聯(lián)系起來。這

就像我們?cè)谟^察自然界時(shí)，只是逐漸意識(shí)到我們可以利用自然界的特征來發(fā)展科技。

即使我們的文明已經(jīng)取得了如此巨大的成就，我們也只是剛剛開始探索規(guī)則空間。

AI用計(jì)算語言看世界

但是人工智能呢？就像我們可以做ruliology一樣，人工智能原則上可以走出去探索規(guī)則空間。但如果任其發(fā)展，它們大多會(huì)做一些與我們?nèi)祟悷o關(guān)或不關(guān)心的事情。

人工智能近來取得的重大成就，就是制造出與我們?nèi)祟惥o密結(jié)合的系統(tǒng)。

我們用數(shù)十億頁的網(wǎng)頁來訓(xùn)練LLM，這樣它們就能生成典型的人類所寫的文本。

是的，這一事實(shí)無疑告訴了我們，一些關(guān)于語言語義語法的深?yuàn)W科學(xué)知識(shí)，以及對(duì)邏輯等事物的概括，也許我們?cè)缭趲讉€(gè)世紀(jì)前就應(yīng)該知道。

要知道，在人類歷史的大部分時(shí)間里，我們都有點(diǎn)像LLM，通過匹配我們頭腦中的模式來解決問題。

但后來出現(xiàn)了更系統(tǒng)的形式化，最終是計(jì)算。由此，我們獲得了另一個(gè)層面的力量——?jiǎng)?chuàng)造出真正的新事物，實(shí)際上可以在ruliad中去任何我們想去的地方。

但我們面臨的挑戰(zhàn)是，如何做到與我們?nèi)祟惡臀覀兊娜斯ぶ悄芩斫獾氖挛锵嗦?lián)系。

事實(shí)上，我一生中很大一部分時(shí)間都在致力于搭建這座橋梁。這一切都是為了創(chuàng)造一種用計(jì)算來表達(dá)我們自己的語言：一種計(jì)算思維的語言。

我們的目標(biāo)是，將我們對(duì)這個(gè)世界的認(rèn)知用計(jì)算術(shù)語形式化。用計(jì)算的方式來表達(dá)城市、化學(xué)物質(zhì)、電影和公式，以及我們對(duì)它們的認(rèn)知。

這是一項(xiàng)浩大的工程，跨越了我40多年的人生。這也是一項(xiàng)非常獨(dú)特和與眾不同的工作。

但我很高興地告訴大家，在過去的Mathematica和現(xiàn)在的Wolfram語言中，我認(rèn)為我們已經(jīng)成功地創(chuàng)建了一種真正全面的計(jì)算語言。

實(shí)際上，這里的每一個(gè)函數(shù)都可以被認(rèn)為是形式化的，并用計(jì)算術(shù)語概括了我們文明的智力成就的某些方面：

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這是我所知道的最集中的智力表達(dá)形式：找到萬事萬物的本質(zhì)，并在我們的計(jì)算語言設(shè)計(jì)中連貫地表達(dá)出來。

對(duì)我個(gè)人而言，這是一段奇妙的旅程，年復(fù)一年地建立起所需的思想和技術(shù)之塔，如今又通過公開式直播與全世界分享這一過程。

幾個(gè)世紀(jì)前，數(shù)學(xué)符號(hào)和「數(shù)學(xué)語言」的發(fā)展為數(shù)學(xué)提供了一種系統(tǒng)的表達(dá)方式，并使代數(shù)、微積分以及最終的現(xiàn)代數(shù)學(xué)科學(xué)成為可能。

現(xiàn)在，計(jì)算語言也提供了類似的途徑，讓我們最終為所有可以想象的領(lǐng)域，創(chuàng)造出一種「計(jì)算X」。

我們已經(jīng)看到了計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，但計(jì)算語言最終開辟了更大更廣的領(lǐng)域：CX。

70年來，我們一直在使用編程語言，就是用計(jì)算機(jī)的語言告訴計(jì)算機(jī)該做什么。但計(jì)算語言涉及的知識(shí)面要大得多：它涉及我們所能思考的一切，并用計(jì)算術(shù)語將其操作化。

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要知道，我之所以創(chuàng)建Wolfram語言，首先是因?yàn)槲蚁胱约菏褂盟，F(xiàn)在，當(dāng)我使用它時(shí)，我覺得它給了我一種超能力：

我只需要用計(jì)算術(shù)語來想象一些東西，然后這種語言就會(huì)神奇地讓我把它帶入現(xiàn)實(shí)，看到它的后果，然后在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展。沒錯(cuò)，就是這種超能力讓我完成了我們的物理項(xiàng)目。

在過去的35年里，我非常榮幸地與其他許多人分享了這種超能力，并因此在許多領(lǐng)域取得了令人難以置信的進(jìn)步。

看到研究人員、首席執(zhí)行官、孩子們使用我們的語言流暢地用計(jì)算術(shù)語進(jìn)行思考，使自己的思維更加清晰，從而自動(dòng)調(diào)用計(jì)算超能力，真是一件美妙的事情。

現(xiàn)在，不僅僅是人可以做到這一點(diǎn)。人工智能也可以使用我們的計(jì)算語言作為工具，為了弄清事實(shí)，但更重要的是，為了計(jì)算新的事實(shí)。

我們的技術(shù)已經(jīng)被一些集成到LLM中——你很快就會(huì)看到更多。

要知道，在構(gòu)建新事物時(shí)，一個(gè)非常強(qiáng)大的新興工作流程是，首先告訴LLM你想要什么，然后讓它嘗試用精確的Wolfram語言來表達(dá)。

然后，作為人類，你就可以「閱讀代碼 」了。這是我們的計(jì)算語言與編程語言相比的一個(gè)關(guān)鍵特征。

如果它能滿足您的要求，你可以把它作為一個(gè)可靠的組件來構(gòu)建。

好吧，但假設(shè)我們使用的人工智能越來越多，計(jì)算量也越來越大。

世界會(huì)變成什么樣？從工業(yè)革命開始，我們一直習(xí)慣于做工程，實(shí)際上我們可以「看到齒輪是如何嚙合的」，從而「理解」事物是如何工作的。

但現(xiàn)在的計(jì)算不可還原性表明，這并不總是可能的。我們并不總能用一個(gè)簡單的人類敘事，或者說數(shù)學(xué)敘事來解釋或預(yù)測一個(gè)系統(tǒng)會(huì)做什么。

是的，這實(shí)際上是科學(xué)在從內(nèi)部吞噬自己。

計(jì)算不可還原，我們是否止步不前？

從數(shù)學(xué)科學(xué)的所有成功中，我們開始相信，只要我們能找到它們，一定會(huì)有公式來預(yù)測一切。

但現(xiàn)在，計(jì)算的不可還原性表明，事實(shí)并非如此。實(shí)際上，為了找出一個(gè)系統(tǒng)會(huì)做什么，我們必須經(jīng)歷與系統(tǒng)本身相同的不可還原的計(jì)算步驟。

是的，這是科學(xué)的一個(gè)弱點(diǎn)。但這也是為什么時(shí)間的流逝意義重大。我們不能一蹴而就地得到答案，我們必須一步一步來。

這將是未來社會(huì)的一大難題。如果我們讓人工智能充分發(fā)揮其計(jì)算潛能，那么它們將擁有大量的計(jì)算不可還原性，我們將無法預(yù)測它們會(huì)做什么。

但如果我們對(duì)人工智能施加限制，使其具有可預(yù)測性，我們就會(huì)限制人工智能為我們所做的事情。

那么，如果我們的世界充滿了計(jì)算的不可還原性，會(huì)是什么感覺呢？

其實(shí)，這并不是什么新鮮事，因?yàn)榇笞匀恢械暮芏鄸|西都是如此。我們已經(jīng)找到了在自然界中運(yùn)行的方法，盡管自然界仍然會(huì)給我們帶來驚喜。

人工智能也將如此。我們可能會(huì)給它們一部憲法，但總會(huì)出現(xiàn)我們無法預(yù)測的后果。

當(dāng)然，即使從社會(huì)角度來考慮我們想要人工智能做什么也很難。也許我們需要一個(gè)提示機(jī)制，讓人們寫下提示，而不僅僅是投票。

但基本上，所有控制結(jié)果的方案似乎都充滿了政治哲學(xué)和計(jì)算不可還原性的問題。

要知道，縱觀整個(gè)人類歷史，有一件事一直在發(fā)生變化，那就是自動(dòng)化程度越來越高。

而LLM剛剛給了我們一個(gè)戲劇性的、意想不到的例子。那么，這是否意味著人類最終將無所事事？

如果你看看歷史，似乎發(fā)生的事情是，當(dāng)一件事情被自動(dòng)化后，就會(huì)有很多新的事情可以做。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，職業(yè)的餅圖似乎越來越分散。

現(xiàn)在，我們又回到了ruliad.。因?yàn)樵诨A(chǔ)層面上，自動(dòng)化為我們打開了更多的發(fā)展方向。我們無法抽象地在它們之間做出選擇。這只是我們?nèi)祟愊胍裁吹膯栴}，而這需要人類「努力」來定義這一點(diǎn)。

一個(gè)不受人類輸入束縛的人工智能社會(huì)，將有效地去探索整個(gè)ruliad。

但在我們看來，它們所做的大部分事情都是隨機(jī)的、毫無意義的。就像現(xiàn)在的大部分自然界看起來并沒有「達(dá)到目的」一樣。

人們?cè)?jīng)想象，要制造出對(duì)我們有用的東西，我們必須一步一步地去做。

但人工智能和整個(gè)計(jì)算現(xiàn)象告訴我們，我們真正需要的更多只是定義我們想要什么。然后，計(jì)算、人工智能自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

是的，我認(rèn)為明確定義「我們想要什么」的關(guān)鍵在于計(jì)算語言。

要知道，即使已經(jīng)過去了35年，對(duì)于很多人來說，Wolfram語言仍然是來自未來的藝術(shù)品。

如果你的工作是編程，它看起來像一個(gè)騙局：你怎么能在一個(gè)小時(shí)內(nèi)完成通常需要一周時(shí)間的事情？

但它也可能讓人望而生畏，因?yàn)樵谕瓿梢患轮螅悻F(xiàn)在必須構(gòu)思下一件事。

當(dāng)然，這對(duì)首席執(zhí)行官、首席技術(shù)官和智力領(lǐng)袖來說是件好事，因?yàn)樗麄円呀?jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)入下一個(gè)階段。事實(shí)上，它在這些人中也非常受歡迎。

從某種意義上說，Wolfram語言正在從專注于力學(xué)轉(zhuǎn)向?qū)Ｗ⒂诟拍罨?/span>

而概念化的關(guān)鍵在于廣泛的計(jì)算思維。

那么，如何才能學(xué)會(huì)這樣做呢？這其實(shí)不是一個(gè)關(guān)于CS的故事，這其實(shí)是一個(gè)關(guān)于CX的故事。

作為一種教育，它更像文科，而非STEM。這是一種趨勢的一部分，當(dāng)你自動(dòng)化技術(shù)執(zhí)行時(shí)，重要的不是如何做事，而是做什么。這與其說是狹隘的專業(yè)化，不如說是廣博的知識(shí)和綜合的思維。

要知道，這一切都出乎意料地以人為中心。我們可能會(huì)認(rèn)為，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們?nèi)祟惖奶厥庑詴?huì)變得越來越不重要。但我們發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。

事實(shí)上，一切，甚至是我們的物理學(xué)，都取決于我們?nèi)祟惻銮墒侨绾螌?duì)ruliad進(jìn)行采樣的。

在我們的物理項(xiàng)目之前，我們并不知道我們的宇宙是否真的是可計(jì)算的。但現(xiàn)在很明顯，它是。

但現(xiàn)在很清楚，它是的。由此，我們不可避免地被引向了ruliad——它的浩瀚，比我們宇宙中所有的物理空間都要大得多。

那么我們將走向何方呢？

計(jì)算語言讓我們規(guī)劃自己的道路，讓我們?nèi)祟惗x我們的目標(biāo)和旅程。

令人驚奇的是，每個(gè)人都可以使用ruliad中所有的力量和深度。一個(gè)人只需要學(xué)會(huì)利用這些計(jì)算超能力。

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參考資料：

https://writings.stephenwolfram.com/2023/10/how-to-think-computationally-about-ai-the-universe-and-everything/