連岳 - 連岳讀書｜複雜引擎，讓不可能成為可能－鑽石舞台

有沒有想過炒菜用的食鹽是由三個物理學規則——庫侖定律、泡利不相容定律和量子力學互相作用的結果，開水翻滾和風暴都是浮力（基於密度和重力）壓制了表面張力驅動流引起的，太陽系是能量守恆、動量守恆和引力作用的結果。鹽晶、風暴、太陽系等都是根據簡單的化學和物理規律自發形成的簡單無目的無導向的複雜事物（I型）。然而，在我們周圍無窮無盡的事物中，還有一類僅僅依賴於簡單的化學物理定律自發形成的概率幾乎是零的複雜事物（II型），如我們自身和計算機、宇宙飛船等人類智慧產物。地球不同於其他行星的獨特之處便是具有II型複雜事物。

那麼，這些概率上完全不可能的複雜事情是如何產生的呢？答案在愛荷華州立大學教授所著的《複雜的引擎》這本書中可以找到。作者將信息、複雜性和進化綜合考慮，用信息和進化將技術、生物學和計算機聯繫起來，從獨特的角度回答了這個困擾了許多傑出思想家數世紀的關於複雜性來源的問題，讀後令人腦洞大開。

從化學和物理學的角度看，II型事物是如此的複雜和不可能以至於很容易認為如果沒有超自然力量的干預，它們不可能存在。《複雜的引擎》作者認為II型事物的形成除了化學物理定律外，還需要附加信息也就是「指令」。這些讓複雜事物成為可能的附加信息從何而來？答案是「複雜引擎」，也就是對隨機變化的積累選擇。簡單來說，需要有初始輸入信息，然後初始信息在某種會產生細微隨機變化的複製機製作用下產生出比輸入更多的輸出信息，這些輸出信息被某種帶有目的性的（選擇規則）選擇機制選擇，篩選出最符合選擇規則的信息，以此作為新的輸入，重複循環「輸入-複製-選擇」直至獲得最符合預期的結果。

由於反覆選擇可以積累有用的信息，信息會變得越來越好並且選擇會不斷作用於信息的產物，最終的產物也許會變得極為不可能。「複雜引擎」是一個目的性極強的進化機制，可以讓概率上不可能生成的複雜事物成為可能。它的核心是產生細微變化的複製和選擇最符合某種標準的複製體，本質是計算。

通過控制「複雜引擎」的循環，如引入人為的變化、新的複製方法或者替換選擇規則就有可能得到期望的結果。一切發明創造都是引擎運轉的結果。發明家將想法動手製作成原型，然後檢驗、修改，再檢驗、再修改，不斷地反覆，直至得出一個滿意的設計方案。有時候成品已跟最初的嘗試千差萬別。現在街上跑着的汽車與德國工程師卡爾.本茨在1885年發明的第一輛汽車已有天壤之別。經100多年來不斷地改進、創造，現在的汽車在外形、裝載能力、速度和其他性能上都得到了巨大的提升和完善。「複雜引擎」的作用讓汽車越來越能滿足人類的消費需求。

「複雜引擎」也在我們的身體內運作。當受到病原微生物攻擊時，我們身體內的免疫系統會產能識別並與病原物（抗原）結合的抗體，從而阻止其行動，保護我們不因微生物感染而生病。但是病原菌種類多樣，免疫系統是如何產生出能識別任何可能的外來病原的抗體的呢？人體的免疫細胞（B細胞）受病原刺激後被激活，進行DNA複製準備細胞分裂。B細胞會產生特定的酶讓編碼抗體基因的DNA複製容易出錯，也就是導致抗體基因突變。突變後產生與抗原（病原菌）結合更緊密抗體的B細胞被選擇進行複製分裂，而且會分裂更快。產生的抗體結合不好的B細胞不再分裂，被淘汰。通過這個反覆突變和選擇過程，對入侵病原具有高度特異性的新B細胞很快就能進化出來，速度比大部分病原菌進化出繞過防禦機制的速度更快。因此，「複雜引擎」的運作使我們免於受到大多數病原菌的侵害。

「複雜引擎」的驅動也會給我們的生活帶來挑戰。抗生素是20世紀最偉大的發明之一，但是使用劑量不當或不遵醫囑，通常會不能殺死所有入侵細菌，而存活的細菌受到抗生素的選擇，可能會具有很強的耐藥性。如果它們被傳染給也不尊醫囑的某個人，又可選擇出更強的耐藥性。如此反覆，強耐藥性的菌株便會傳播開，進化產生，抗生素失效。這也是為什麼在醫院通常會有很多耐抗生素菌株，因此在醫院被感染危險性比在家裡大得多。

「複雜引擎」驅動着生命的進化、社會和技術的進步。它讓一切皆有可能發生。如果人類沒有消滅自己，也許在我們有生之年可以看到注入血管識別和摧毀癌細胞的納米機器人，可以看到基因工程師坐在電腦前「設計」抗病的水稻新種或可以降解有毒垃圾的新微生物，可以看到腦機交互的成功，這樣人類和機器可以交換信息，人類的記憶和思維將脫離人體的限制而不朽。對於這些「複雜引擎」帶來的新實現，你準備好參與了嗎？