让我们算笔账

04LET US CALCULATE让我们算笔账

弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）

2004年诺贝尔物理学奖获得者，麻省理工学院物理系赫尔曼·费什巴赫讲席教授，著有《存在之轻：质量、以太和力的统一性》（The Lightness of Being：Mass, Ether, and the Unifcation of Forces）。

我想向编著者致歉，因为“互联网改变了你的思维方式吗？”对我来说是一个很难给出有趣回答的问题。实际上，我只把互联网当成一个工具，它并没有深刻地改变我的思维方式——至少目前看来是这样。所以我决定大胆地延伸一下这个问题，把它改成“互联网和它的衍生品是如何影响像我这样的人思考的？”

如果有争议的话，两位哲学家像两位会计师之间一样不需要争辩。因为他们只要拿起手中的笔，找块石头坐下来，（如果他们愿意的话，有亲友愿意见证更好）互相说一句：“让我们来算算这笔账吧！”

——莱布尼茨

但是，显然莱布尼茨说得不对，没有争论的哲学家不能称为哲学家。比如关于自由意志的问题，做再多计算也很难解决这个问题。如果我们用“实体物质的雕塑家”来代替上文中的“哲学家”，就是对现今我们所面对的机会和未知挑战最为准确的描述。这个机会大约在80年前就已经粗具雏形，那正是量子论方程式已经成熟的时候。

一大部分物理以及全部化学所需的数学理论的潜在物理法则已经全部被发现，现在难点仅在于，如何具体应用这些原理来处理那些太复杂以至于无法解决的方程式。

——P. A.M.迪拉克

在迪拉克于1929年进行这番论述之后，物理学界发生了很多大事。物理学家找到了解决原子核的核心问题的新方程式。高能加速器向我们展示了一个全新的世界，许多意料之外的现象以及大自然的美丽和对称给予了我们很多启示。有了这种新的更深入的认识，我们才知道星星如何运转以及那个简单的外星火球是怎么进化为我们生存的这个宇宙的。然而迪拉克大胆地提出：尽管科学的进步和发展为我们过去无法处理的、更小的物体以及更极端的条件提供了可靠的方程式，但并没有改变普通物质在普通条件下的游戏规则。恰恰相反，量子理论的大踏步前进更加坚定了我们对它的信心。

可是就连迪拉克也没能预见，“太复杂以至于无法解决”的限制是可以被挑战的，这将他在1929年的哲学反思变成了一场战争的号角。通过现今的芯片和架构，我们可以开始解决化学和材料科学的方程式。通过精心配置成千上万的芯片的力量、连接互联网及其后续产品，我们能建造出具备前所未有的灵活性和能量的虚拟实验室。我们摆脱了之前那种通过挖掘稀有原料、精炼、煅烧和漫无目的地尝试新组合的方式，现在我们可以用更轻松也更系统化的方法探索新的有用的材料，我们所要做的只是将被编码定义的众多可能性注入全世界彼此相连的计算机网络中。

这个世界性的网络能探索出什么？比较切合实际的可能性包括：无需能量传输的高温超导体、悬浮的超级列车、不受自身散热条件限制的电脑、使我们摆脱碳排放限制的高效太阳能电池、可制造从地球到太空的升降机的超强材料。

尽管我们目前可以预见的这些前景令人兴奋，但这和我们想象不到的新发现相比却相差甚远。除了科技目的，我们同样追求对物理现实潜能的全面考察。1964年，理查德·费曼（Richard Feynman）提出了具有挑战性的观点：“现在，我们还不能确定薛定谔方程是否适用于青蛙、指挥家，以及道德等领域，也不能确定一些像上帝一样凌驾于人类之上的东西是否仍被需要。所以，我们大可对两方面都抱有希望。”

今天的我们能看到多远的未来？可以确信的是，薛定谔方程并非对青蛙和指挥家都适用（至少好的那些方面不适用）。实际上，利用最快的芯片、强大的网络和巧妙的算法，物理学家们最近才探索出了量子色动力学的方程式。这似乎是个微不足道的开始，但其实量子色动力学比量子化学要复杂得多，这是一次鼓舞人心的人类实力呈现。我们已经可以很好地开发出一些可追踪的方程，用以指导微电子学、激光科技和磁共振成像方面的材料基础革新。但是，所有这些计算机技术方面的大胆尝试，虽然令人印象深刻，但也不过是小试牛刀。要想实现人工智能的关键性一步，仍需要更强大的计算能力以及人类特有的独创性。

幸运的是，这两个成就都近在眼前。SETI@home项目让全世界的人们都可以利用电脑的闲暇时间筛选太空无线电波，以推进人类对外星智慧的搜索工作。运行大型强子对撞机项目的欧洲核子研究中心是早期万维网的诞生之地。万维网比网格计算（GRID）更先进，它可支持数千台远端计算机及其使用者互相分享数据、动态发布任务，使之能像同一个大脑一样运作。只有这样，我们才能处理大型强子对撞机带来的信息爆炸，而这样的项目也将会接踵而至。

让计算机通过纯计算来下国际象棋的项目始于1958年，随后，所设计电脑程序的下棋技能迅速提升，并于1978年打败了国际象棋大师，1988年击败了最高段位的棋手，1997年摘得世界冠军。后来，这一技术在向大型并行计算机发展的过程中起到了至关重要的作用。这些带有特定目的的发明是连接几十台或者上百台普通电脑的迷你互联网（实际上是迷你的网格计算机系统）。在今天，建立起一个类似SETI@home的程序或者类似网格客户端的网络，是一个可以轻松打败最高配置的单机电脑的可行性计划。这种网络一旦被创造出来，我们只需简单地挖掘和利用不断扩大的资源库，就可使现有系统平稳地发展到难以想象的规模。

在更难的计算量子现实的游戏中，在硅的帮助下，我们基本上可成为一个实力稍差的大师级选手。我们知道比赛规则，也下了几步好棋，但是经常用计算来取代推算也使我们错失了许多焕发灵感的可能性，并且在计算上花费了太多时间。为了改进，我们需要把这个建造世界性网格的梦变为可操作的现实。为了压缩空间，我们需要找到更好的方法去分配那些不需要密集交流的子任务，找到更好的方式去利用潜在公式的地理属性，找到更优化的建构客观洞察力的方式。在我看来，这些问题还没有得到足够的重视。许多经历过良好训练、拥有天分的人一致认为，尽管晦涩难懂，但开发新的方程式比利用现有的方程式开发新的应用更划算。

人们往往都更喜欢争夺名次，享受鹿死谁手的快感。如果我们能提供一些具有里程碑式意义的奖项，来激励人们从事这种虽然辛苦但是很有前景的工作，对于这群沉迷其中的人来说，将是最好的回报。例如，我们可以为计算出与真实的水沸点相同的虚拟水技术设立一项大奖。