我们的未来“星际航行”可行吗

生物和电子生命将如何不断加速发展其复杂性。

图6.1　人口增长

《星际航行》的一个镜头，牛顿、爱因斯坦、达他舰长和我本人在玩扑克。

因为《星际航行》是关于未来的安全而舒适的幻影，所以广受欢迎。我自己也算是一名《星际航行》迷，这样便很容易被说服去客串了一集。在那一集中我和牛顿、爱因斯坦以及达他舰长玩扑克，我把他们全打败了。可惜警报出现，所以我从未收到我的赢钱。

《星际航行》展现了一个在科学、技术和政治组织远比我们先进的社会（最后一点也许并不困难）。在现时和那时之间一定会有巨大的改变以及与之相伴随的紧张和混乱，但是在剧中描述的时期，科学、技术和社会组织据说已达到几乎完美的水平。

我想质疑这种场景并诘问，我们是否会在科学和技术上达到一种最终的稳定的状态。从上一次冰河时期迄今的大约一万年左右人类知识和技术一直在演化着。也出现过一些挫折，例如在罗马帝国崩溃之后的黑暗时代。但是世界人口，作为我们维持生命和养活自己的技术能力的测度一直在稳步上升，除了一些诸如黑死病的小起伏以外（图6.1）。

图6.2

左图：全世界能量消耗，以10亿吨烟煤为计量单位，1吨烟煤的燃烧值相当于8130千瓦小时。

在前两个世纪，人口的增长变成指数式的，也就是说每年的人口增加同样的百分比。这个增长率现在大约为每年1.9%。这听起来似乎不很多，但是它意味着世界人口每40年要增加1倍（图6.2）。

右图：每年发表的科学论文数。垂线的单位是千。1900年为9 000。1950年为90 000。而2000年为900000。

电力消耗和科学论文的数目是近代技术发展的另外的测度。它们也是指数增长的，并在短于40年的时间内加倍。没有任何迹象表明，在最近的将来科学技术的发展会缓慢下来甚至停止——直到《星际航行》时代这肯定不会发生。这个时代被认为在不那么遥远的将来。但是如果人口增长和电力消耗增加继续现在的速率，世界人口到2600年将会到达擦肩摩踵的程度，到那时地球会因大量使用电力而发出红热的光芒（见对面插图）。

地球人口在2600年将会到达擦肩摩踵的程度，到那时地球会因使用电力而发出红热的光芒。

如果你把正在出版的所有新书一本本地堆放，你必须至少以每小时90英里（1英里=1.609千米）的速度运动才能追赶上它的尽头。当然，到了2600年新的艺术和科学著作将以电子形式出版，而不用形体的书报。尽管如此，如果继续这种指数增长，在我的理论物理领域每秒钟就有10篇新论文出现，根本来不及阅读。

很清楚，目前的指数增长不可能无限继续下去。那么将会发生什么呢？一种可能性是我们被某些灾难，譬如核战争毁灭殆尽。有一个黑色幽默讲，我们之所以未被外星人接触，是因为当一种文明到达我们的发展阶段时，就变得不稳定而且毁灭自身。然而，我是一名乐观主义者。我相信，人类到达今天这样的境界，事物变得这么有趣，绝非仅仅为了把自己毁灭。

图6.3

《星际航行》是发生在“探险号”上的故事，这是个像上图的星际飞船，它能够以翘曲速度旅行，它比光速快多了。然而，如果时序防卫猜测是正确的话，我们就必须用火箭推进的航天飞船来探索星系，它比光行进得慢。

《星际航行》对未来的憧憬——也就是我们达到先进的但是本质上静态的水平，就我们对制约宇宙的基本定律的知识而言，是可以实现的。正如我将要在下一章中描述的，也许存在一个我们将会在不太遥远的未来发现的终极理论。如果这个终极理论存在的话，它将要确定《星际航行》式的翘曲飞行能否实现。按照现在的观念，我们必须利用运动得比光还慢的航天飞船，以一种缓慢和冗长乏味的方式去星系探险；但是由于我们尚未拥有完备的统一理论，我们还不能完全排除翘曲飞行（图6.3）。

另一方面，我们已经知道在除了最极端情形外都成立的定律：制约“探险号”全体船员的定律，如果不制约航天飞船本身的话。但是我们在利用这些定律上或者利用它们制造的系统的复杂性上，似乎永远不会达到一种稳恒的状态。本章的其余部分正是讨论这种复杂性。

我们迄今为止拥有的最复杂系统是我们自己的身体。生命似乎起源于太初海洋之中，太初海洋在40亿年前覆盖着地球。我们不知道这是怎么发生的。也许是原子间的随机碰撞构成了宏观分子，这些宏观分子能复制自己并且将自己聚集成更复杂的结构。我们能确切知道的是，到35亿年之前，高度复杂的DNA分子已经出现。

DNA是地球上所有生命的基础。它具有双螺旋结构，犹如螺旋状楼梯，它是在1953年于剑桥的卡文迪许实验室由弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森发现的。双螺旋的两条由碱基对连接，正如螺旋楼梯中的踏板。DNA中有4种碱基：胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和腺嘌呤。碱基沿着螺旋楼梯排列的顺序携带遗传信息，它使DNA分子在它周围集合有机体并复制自己。当DNA复制自身时，碱基沿着螺旋的顺序或比例会偶尔出错。在大多数情形下，复制的错误使DNA或者不能，或者较不可能去复制自己，这意味着这种遗传误差，或者它们被称作突变的会死去。但是在一些情形下，这误差或者突变将会增加DNA存活和繁殖的机会，遗传密码的这种改变会是有利的。这就是包含在DNA序列中的信息逐渐演变并且变得更复杂的过程（图6.4，见162页）。

图6.4　进化

右边的图是电脑生成的生物演变系列图，其演变程序是生物学家里查德·道金斯设计的。

特定种族的存活依赖某些诸如“有趣”、“不同”或“类似昆虫”的简单性质。

从一个单独像素开始，早先的随机生殖通过一个和自然选择类似的过程发展。道金斯令人印象深刻地只用29代就培育了类似昆虫的形式（伴随有许多进化死亡的结果）。

图6.5

因为生物进化基本上是在所有遗传可能性空间中的随机漫游，所以它非常缓慢。其复杂性或者被编码于DNA中的信息的比特数大致为分子中的碱基数目。在最初的20亿年左右，其复杂性增加率应该是每百年一个比特信息的数量级。DNA复杂性增加率在最近的几百万年里逐渐地上升到每年1比特左右。但是后来，大约6000～8000年以前，发生了重大的新的进展。我们发展了书写语言。这意味着，信息从这一代向下一代转移，不必等待非常缓慢的随机突变和自然选择把它编码到DNA的序列的过程。复杂性的量被极大地增加。一本浪漫小说就够储存关于猿和人类DNA差别的那么多信息，而30卷百科全书可以描述人类DNA的整个序列（图6.5）。

在人体之外长大的胚胎可具有更大的大脑和更好的智力。

更重要的是，书中的信息可以快速地更新。现在人类DNA由于生物进化引起的更新率大约为每年1比特。但是每年出版20万种新书，相当于新信息率超过每秒100万比特。当然，大部分信息都是垃圾。但是即使100万比特中只有1比特是有用的，那仍然比生物进化快10万倍。

在现时卑微的蚯蚓大脑的计算能力仍然超过我们的电脑。

这种通过外部的非生物手段的资讯传递使人类凌驾于世界之上并使人口指数地增长。但是我们现在处于新时代的启始，在这新时代里我们不需等待生物进化的缓慢步骤就能增加我们内部记录即DNA的复杂性。在最近的1万年中人类DNA上没有什么显著的改变，但是在以后的1000年我们很有可能将其完全重新设计。当然，许多人说人类遗传工程应该被禁止，但是我们能否防止它是很令人可疑的。为了经济的原因将允许植物和动物的遗传工程，而有些人一定会去对人类进行尝试。除非我们有一个极权的世界制度，否则总有人将在某处设计改良人种。

很清楚，创造改良的人种相对于未改良的人种会产生巨大的社会和政治问题。我不想将人类遗传工程当作必然发展来辩护，我只不过是说，不管我们要不要，它都很可能发生。这就是为什么我不相信《星际航行》那样的科学幻想，在那里400年后的未来人们和我们今天本质上是相同的。我认为人种及其DNA将相当快速地增加其复杂性。我们应该认识到这很可能发生，而且考虑如何去应付这种局面。

如果人类要去应付它周围日益复杂的世界和遭遇到诸如太空旅行这样的新挑战的话，它必须以某种方法改善其精神与体魄。如果生物系统总想领先电子系统的话，人类也需要增加自己的复杂性。电脑在现时具有速度的优势，但是它们毫无智慧的迹象。这并不奇怪，因为我们现有的电脑比一根蚯蚓的大脑还简单。蚯蚓是一种智力微不足道的物种。

图6.6

神经的植入将会加强记忆，而且诸如整个一种语言或者这本书的内容的信息包可在几分钟内学会。这样加强的人类和我们自己极不相似。

但是，计算机服从所谓的穆尔定律：它们的速度和复杂性每18个月增加1倍（图6.6）。它是那些显然不能无限继续的指数增长之一。然而，它也许会继续到电脑具有类似于人脑的复杂性为止。某些人说计算机永远不能显示真正的智慧，不管这智慧是指何而言。但是我似乎觉得，如果非常复杂的化学分子能在人体运行使他们具有智慧，那么同等复杂的电子线路也能使电脑以一种智慧的方式行为。而且如果它们是智慧的，它们也应该能设计出甚至具有更大的复杂性和智慧的电脑。

生物和电子复杂性的这种增加会永远继续下去吗？或是存在一个自然的极限？在生物方面，迄今的人类智慧的极限被通过产道的大脑尺度所定。我目睹我三位孩子的出世，知道让头出来是如何困难。但是，我预料在100年内，我们将能够在人体之外养育婴儿，这样这个限制就被消除了。然而，通过遗传工程增加人脑尺度最终会遭遇到这样的问题，即身体中负责我们精神活动信息的化学信使运动较慢。这意味着，进一步提高大脑的复杂性将会以速度为代价。我们可能才思敏捷或者非常智慧，但是两者不可得兼。我仍然认为，我们可以比《星际航行》中的大部分人有智慧得多，那不是什么困难的事。

图6.7

人类的存在只占宇宙历史极微小的部分（如果这张图是按比例的，而人类存在的长度7厘米，那么宇宙的整个历史超过1千米）。我们遭遇的任何外星生命很可能比我们更低级得多或者更先进得多。

电子线路具有和人脑一样的复杂性对速度的问题。然而，在这种情形下信号是电子的，而不是化学的，它以光速运动，速度快多了。尽管如此，光速已经是设计更快速电脑的实际极限。人们可以进一步降低线路尺度以改善这种局面，但最终将有一个由物质原子性质设下的极限。我们在遇到这个障碍之前仍有一段路可走。

电子线路在保持速度之际能够增加其复杂性的另一种方法是去复制人脑。大脑不具备单独的CPU——中央处理器——它依次处理每一个指令。相反，人脑有几百万个同时一道工作的处理器。这种大规模并行处理也将是电子智慧的未来。

假定我们在以后的100年不把自身毁灭，我们将很可能首先分散到太阳系的行星去，然后再到邻近的恒星去。但是不会像在《星际航行》或《巴比伦5号》中那样，在几乎每一个恒星系统都有接近人类的新种族。我们人种以它目前的形式仅仅存在了从大爆炸以来的150亿年左右中的200万年（图6.7）。

生物-电子接合

在20年之内一台值1 000美元的计算机就会和人脑一样复杂。并行处理器可以模仿我们大脑工作的方式，并且使计算机以智慧的有意识的方式行为。

神经的植入可以允许大脑和电脑之间的更快速得多的接合，化解了生物和电子智慧之间的距离。

在最近的将来，大多数商业交易很可能是在网人之间通过万维网来进行。

在10年之内，我们中的许多人甚至选择一种在网上的虚拟存在的生活，形成网上友谊和关系。

我们对人类基因的理解无疑将大大推进医学，但是它也将使我们明显地增加人类DNA结构的复杂性。在以后的几百年间，人类遗传工程会取代生物进化，重新设计人种并且提出崭新的道德问题。

到我们太阳系以外进行太空旅行很可能需要遗传工程处理过的人类或者无人的计算机控制的探测飞船。

智慧具有许多长期存活的价值吗？

这样，即使生命在其他恒星系统发展，在它可被认出为人类阶段邂逅它的机会也非常渺茫。我们将遭遇到的外星人的生命很可能要么更为原始得多，要么更为先进得多。如果它更先进，为何不分散到整个星系并且造访地球呢？如果外星人曾经来过，它必须是显而易见的：与其像影片《外星人》不如说更像影片《独立日》。

那么，如何解释我们没有地球外的来客呢？可能是在那里存在有先进的种族，它知悉我们的存在，但是让我们在低水平上自作自受。然而，如此照应低等的生命形式是令人可疑的：我们中的大多数人忧虑过在脚下被踩死多少昆虫或者蚯蚓吗？更合理的解释应该是，在其他行星上不管是生命的发展还是生命发展智慧的概率都非常小。因为我们宣称自己是智慧的，尽管也许没有什么根据，我们倾向于把智慧看成进化的不可避免的后果。然而，人们可以对此置疑。不清楚智慧是否具有更多的存活价值。细菌虽然没有智慧，但是存活得很好。如果我们所谓的智慧在一场核战争中毁灭自身的话，细菌仍然存活。这样在我们探索星系之际，我们也许发现初级生命，但是我们不太可能找到像我们的生物。

科学的未来不会像在《星际航行》中描绘的那么令人宽慰的图景：一个充满了许多有人类特征的种族的，具有先进的但本质上静止的科学技术的宇宙。而我认为，我们将独自地但是快速地发展生物和电子的复杂性。在以后的100年间这方面的发展不会太多，这就是我们所能可靠预言的一切。但是，如果我们能够存活到下一个千年之末，那时候我们和《星际航行》的差别将会是根本的。