編者的話

科學(xué)的成長從來不是一條筆直的時(shí)間線，而更像是一場(chǎng)漫長而曲折的冒險(xiǎn)。煉金術(shù)士的迷霧尚未散盡，我們已經(jīng)開始討論基因編輯與人工智能；心理學(xué)仍在為“抽象名詞”尋找可觸摸的實(shí)體，而生物學(xué)，則不斷在顯微鏡與算法之間重新定義生命的邊界。

Slime Mold Time Mold 的這篇文章，就像一場(chǎng)思想實(shí)驗(yàn)，也是一次精神上的頑皮挑戰(zhàn)。他們用玩味又犀利的筆觸，追問一個(gè)看似簡單卻至關(guān)重要的問題：什么時(shí)候，一門科學(xué)才算真正“成熟”？

從瓦特的飛球調(diào)速器到《矮人要塞》里嘔吐的貓，從 DNA 的突變到心理學(xué)的“煉金術(shù)階段”，作者帶我們穿行在科學(xué)史的隱秘走廊里。他們指出：唯有當(dāng)我們能夠用實(shí)體、屬性與規(guī)律去描述它的對(duì)象時(shí)，科學(xué)才真正擁有了理解世界的語言。

這是一篇關(guān)于科學(xué)如何變得“有生命”的文章，它將讓我們重新審視自己的研究方式與認(rèn)知模型——當(dāng)我們談?wù)摗袄斫狻睍r(shí)，我們究竟在理解什么？當(dāng)我們說“機(jī)制”時(shí)，我們是否真的能看見那些在暗處運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪？知識(shí)究竟該如何被理解和被創(chuàng)造呢？

——Asimov Press 中國團(tuán)隊(duì)

圖片來源：Ella Watkins-Dulaney

撰文 | Slime Mold Time Mold

翻譯 | Rhei0x

審校 | 范陽

揚(yáng)·巴普蒂斯特·范·赫爾蒙特（Jan Baptist van Helmont，1580–1644）在他那個(gè)時(shí)代是個(gè)非常敏銳的思想者。例如，他創(chuàng)造了“氣體”（gas）這個(gè)詞，其靈感來自希臘語中表示“混沌”的詞匯（χ??ο?）。不過，他更廣為人知的是在 17 世紀(jì)初進(jìn)行的一項(xiàng)關(guān)于植物和樹木生長的實(shí)驗(yàn)。他取了一棵重 5 磅的柳樹幼苗，種在 200 磅的土壤中，并精心澆水照料了整整五年。五年后，他將樹從土中取出，分別稱重，發(fā)現(xiàn)樹已經(jīng)重達(dá) 169 磅，而干燥后的土壤只減少到了 199 磅 14 盎司。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)有力地表明，樹的重量并不是來自土壤。然而范·赫爾蒙特卻得出了錯(cuò)誤的結(jié)論：他認(rèn)為這是水元素轉(zhuǎn)化為木材的證據(jù)。盡管他對(duì)氣體的研究頗有建樹，但他從未考慮過，大部分的質(zhì)量可能實(shí)際上來自空氣中的某些物質(zhì)。

作為一名煉金術(shù)士，范·赫爾蒙特還相信一些奇怪的理論，比如你可以把羅勒葉研碎，夾在兩塊磚之間，在太陽底下暴曬，就能變成活蝎子。（你大概也不會(huì)驚訝地得知，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是無法復(fù)現(xiàn)的。）說不定他在當(dāng)時(shí)還算理性——其他煉金術(shù)士則聲稱，羅勒的氣味能在你大腦里孵化出蝎子1，或者如果你用大蒜“快速地”擦拭一塊磁鐵，或者把磁鐵放在鉆石旁邊，它就會(huì)失去磁性。

還記得當(dāng)元素周期表長這個(gè)樣子的時(shí)候嗎？

范·赫爾蒙特時(shí)代的煉金術(shù)，還不是一門成熟的科學(xué)。而今天的化學(xué)，顯然已經(jīng)是了。在 17 到 18 世紀(jì)之間的某個(gè)時(shí)刻，對(duì)物質(zhì)和材料的研究從一門“不成熟的科學(xué)”——一群人戴著奇怪帽子閑逛的游戲，轉(zhuǎn)變?yōu)橐婚T“成熟的科學(xué)”——一群科學(xué)家戴著奇怪帽子認(rèn)真工作。那么，一門科學(xué)究竟是如何走向成熟的？

一個(gè)答案是：成熟的科學(xué)會(huì)討論機(jī)制（a mature science talks about mechanisms）。

這是一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)，但它常常被誤解。人們非常樂意在流程圖中，在兩個(gè)方框之間再畫一個(gè)方框，然后稱之為“機(jī)制”。但雖然 A → Z → B 比 A → B 稍微詳細(xì)一點(diǎn)，它仍然是表面的。與人們有時(shí)聲稱的相反，并不存在這樣一種“狀態(tài)變化”——即當(dāng)你在流程圖里加夠多的方框后，就會(huì)突然擁有一門真正的科學(xué)。

因此，我們需要一種方法，能夠超越泛化；從對(duì)人們所見事物的分類，轉(zhuǎn)向解釋其內(nèi)部運(yùn)作方式?！皺C(jī)械論”（mechanistic）這個(gè)方向是對(duì)的，但我們更傾向于說：當(dāng)一門科學(xué)開始以“實(shí)體（entities）”、“屬性（properties）”和“規(guī)則（rules）”來描述它所研究的那一角宇宙時(shí)，它就開始走向成熟。

這個(gè)過程是有階段的。首先，我們必須問：哪些是螺母，哪些是螺栓？我們要識(shí)別出這一科學(xué)領(lǐng)域所關(guān)心的對(duì)象或過程，也就是那些隱藏在表面之下、在內(nèi)部相互作用的微小要素。這些就是實(shí)體（entities）。

接著，我們必須問：這些螺母和螺栓之間有何不同？即使在同一類實(shí)體中，常常也存在變異。也許有些螺栓比其他的更長，有些螺母是六角形的，有些則是方形的或是翼狀的。這些差異就是屬性（properties）。

最后，我們要問：有哪些規(guī)律描述了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)？也就是說，系統(tǒng)如何對(duì)外力作出反應(yīng)，或隨著時(shí)間發(fā)生變化？這些就是規(guī)則（rules）。

一臉不悅的揚(yáng)·巴普蒂斯特·范·赫爾蒙特。

每一門相對(duì)成熟的科學(xué)，都能對(duì)這三類問題給出回答。以化學(xué)為例，它已經(jīng)經(jīng)歷了明確劃定自身實(shí)體與規(guī)則的過程。而其他科學(xué)，則仍在這條路上，或者卡在某個(gè)環(huán)節(jié)。我們不妨看看另外兩門科學(xué)，它們正處于不同的發(fā)展階段：

生物學(xué)正在走向成熟，但它的發(fā)展極不均衡：有些領(lǐng)域已經(jīng)完全成熟，而另一些，我們還在摸索那些揭示機(jī)制所需的基本概念。

心理學(xué)則落后得多。對(duì)于“心智實(shí)體”（entities of the mind）的探索幾乎才剛剛開始，甚至可以說還未真正起步。心理學(xué)希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：預(yù)防拖延和成癮、描述人格維度，以及治療焦慮和抑郁等疾病。要達(dá)成這些目標(biāo)，這門學(xué)科必須建立起機(jī)制模型。心理學(xué)若要真正理解我們內(nèi)心發(fā)生的事情，必須經(jīng)歷它自己的“從煉金術(shù)到化學(xué)”的轉(zhuǎn)變。

以機(jī)制思維來看待一個(gè)學(xué)科，意味著你要像從零開始構(gòu)建它那樣來看待你所研究的世界片段。就像搭建一個(gè)模型鐵路展示，你首先得去模型店下單，而這要求你已經(jīng)對(duì)需要哪些零件有了相當(dāng)清晰的認(rèn)識(shí)。這些零件——無論你是在研究鐵路模型、一只甲蟲，還是整個(gè)宇宙——就是實(shí)體，也就是這臺(tái)機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。要理解一件事物，你必須知道它是由什么構(gòu)成的。

在為模型店準(zhǔn)備訂單時(shí)，你的零件清單不會(huì)無限長。一臺(tái)蒸汽機(jī)或一架巨型噴氣式飛機(jī)，可能包含100、200，或 5000 種不同的零件。即便如此，你知道，這個(gè)數(shù)字是有限的。這正是以“實(shí)體”為單位進(jìn)行思考所帶來的一個(gè)奇特卻深刻的啟示：我們至今不知道宇宙中究竟存在多少種基本粒子，但我們可以確定，這個(gè)種類數(shù)是有上限的。

這也是機(jī)制思維與簡單描述之間的分水嶺，也是科學(xué)區(qū)別于工程的地方。你可以用一大箱樂高積木拼出幾乎無限多種對(duì)象，因此單純研究樂高拼裝本身可以永無止境地進(jìn)行下去。但那一箱樂高積木里的積木數(shù)量是有限的，而且只要不是每塊樂高都獨(dú)一無二，那么“積木類型”的數(shù)量就更少。

但光有“實(shí)體”的概念，還不足以構(gòu)建一個(gè)模型——每個(gè)實(shí)體還具備屬性。比如，在引擎中你會(huì)找到“齒輪”這一類實(shí)體。雖然它們都屬于同一類部件，但每個(gè)齒輪都有不同的屬性：半徑不同、齒數(shù)不同，等等。

有時(shí)，實(shí)體與屬性的關(guān)系是固定的。舉個(gè)例子：每個(gè)質(zhì)子都擁有 160.2176634 zepto 庫侖的電荷，這是一個(gè)固定值。但即便如此，電荷仍然是“質(zhì)子”這個(gè)實(shí)體的一個(gè)屬性。而有時(shí)，同類實(shí)體之間則會(huì)展現(xiàn)不同的屬性。比如，兩個(gè)硫原子可能擁有不同數(shù)量的中子，從而成為不同的同位素。屬性，正是我們用來測(cè)量實(shí)體的維度（Properties are the dimensions along which you can measure an entity）。

最后，我們需要講到規(guī)則（rules）。當(dāng)兩個(gè)實(shí)體在幽深林地中相遇，會(huì)發(fā)生什么？規(guī)則定義了實(shí)體如何根據(jù)其屬性相互作用。分子按照能量守恒與動(dòng)量守恒的普適原則發(fā)生相互作用。樂高積木的相互作用則受制于磚塊與凸點(diǎn)之間的物理結(jié)構(gòu)——除非加入熱熔膠（“高能樂高”），否則樂高積木只能以特定方式拼接。

當(dāng)我們用物理學(xué)或化學(xué)來研究一顆炮彈時(shí)，這兩種方法會(huì)使用不同的實(shí)體來進(jìn)行描述。對(duì)牛頓力學(xué)的信徒來說，炮彈本身就是一個(gè)實(shí)體：它是一個(gè)擁有質(zhì)量、位置與速度的物體，這些屬性會(huì)隨著它與其他實(shí)體（比如地球）相互作用而演化，并且遵循特定規(guī)律。

而在化學(xué)家眼中，這顆炮彈則是由許多微小實(shí)體——原子——構(gòu)成的。每種原子擁有諸如“原子質(zhì)量”等屬性，并且遵循一套不同的相互作用規(guī)則。這種視角讓我們能夠預(yù)測(cè)：如果這顆炮彈掉進(jìn)了一桶硫酸（H?SO?）里，會(huì)發(fā)生什么。

這兩種范式之間有足夠的重疊性，可以將它們看作相容的——比如“質(zhì)量”在兩者中都是一個(gè)屬性，且概念近似。但這兩種范式的實(shí)用方向截然不同。如果你想判斷這顆炮彈放在暴雨中是否會(huì)生銹，那你不會(huì)用位置和速度來描述它；同樣地，如果你要預(yù)測(cè)它會(huì)落在哪里，那你也不會(huì)用原子和化學(xué)反應(yīng)來建模。

所有能正常運(yùn)作的大系統(tǒng)，都是由遵循某些規(guī)則的小組件相互作用而構(gòu)成的。粗略地說，計(jì)算機(jī)里發(fā)生的一切，都是非常簡單的實(shí)體（如二進(jìn)制存儲(chǔ)單元和基本布爾邏輯）以極其復(fù)雜的方式組合出來的結(jié)果。雖然這些組合非常復(fù)雜，但所使用的基本實(shí)體數(shù)量極少，而且本身相對(duì)簡單。比 0 和 1、NOT、AND、XOR 更基礎(chǔ)的東西，恐怕也不多了。

這正是所有系統(tǒng)的工作方式：萬物皆由更小、更簡單的事物組成，而它們又各自遵循一套特定邏輯。然而出于某種原因，我們往往覺得這一點(diǎn)不合常理——在沒有受過機(jī)械式思維訓(xùn)練的地方，我們通常會(huì)本能地以印象式思維來理解世界。

這就帶來了問題：如果沒有模型，就容易陷入循環(huán)論證。這就是心理學(xué)為何會(huì)出現(xiàn)諸如“人們更重視近期發(fā)生的事件，因?yàn)榇嬖诮蚱睿╮ecency bias）”這類解釋的原因；也是醫(yī)學(xué)為什么會(huì)說“你感到疼痛，是因?yàn)槟慊加欣w維肌痛癥”（Neo-Latin fibro-，希臘語 μυο- 表“肌肉”，?λγο? 表“疼痛”）的原因。

但當(dāng)你理解了那些規(guī)則之后，看似混亂的現(xiàn)象就會(huì)展現(xiàn)出其底層秩序。實(shí)體遵循一定規(guī)則，并擁有以邏輯方式運(yùn)作的屬性——這就讓我們有可能獲得全新的理解路徑。這也是為什么，我們最偉大的科學(xué)突破，往往出現(xiàn)在我們開始構(gòu)建模型的時(shí)候。

在“印象式研究”（impressionistic research，用簡單預(yù)測(cè)來描述現(xiàn)象）和“機(jī)制研究”（mechanical research，以規(guī)則和實(shí)體為基礎(chǔ)進(jìn)行建模）之間，有著一道明顯的分界線。兩者都可以發(fā)揮作用，但有些問題，僅靠印象式研究是永遠(yuǎn)解決不了的。

大多數(shù)電子游戲都是抽象的。但《矮人要塞》（Dwarf Fortress）并非如此。這款游戲的非官方口號(hào)是：“失敗是種樂趣！”（Losing is fun!）

表面上看，《矮人要塞》是一款管理游戲，你要指揮一群矮人在荒野中建立殖民地。實(shí)際上，它更像是一個(gè)機(jī)械化宇宙的模擬器，混亂又充滿生命力，某種程度上和我們現(xiàn)實(shí)的世界頗為相似。復(fù)雜系統(tǒng)之間產(chǎn)生層層疊疊的涌現(xiàn)故事，但在這個(gè)模擬世界中掙扎求生的最終結(jié)局幾乎總是一樣的：災(zāi)難性的失敗。

在多數(shù)電子游戲中，身體傷害是高度抽象的。傷害往往被簡化為一個(gè)單一的數(shù)值：生命值（Hit Points, HP）。而在《矮人要塞》中，受傷的細(xì)節(jié)非常具體。游戲中設(shè)定了五個(gè)傷害等級(jí)，一個(gè)矮人（或者其他生物）可以在從“右下臂”到“胰腺”等各種身體部位受到創(chuàng)傷。

這是來自臭名昭著的《矮人要塞》實(shí)況系列 Boatmurdered 中一名受傷矮人的例子。可憐的矮人工匠 Kel Zimkelònul 被野生蛇人襲擊，如你所見，他渾身是傷。其中，他的右小腿骨折，右手也完全不見了。

盡管細(xì)節(jié)如此豐富，《矮人要塞》相比現(xiàn)實(shí)世界仍然是抽象的。矮人并不是由單個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的，他們沒有 DNA（至少現(xiàn)在還沒有），但他們確實(shí)有眼瞼。然而，正因?yàn)檫@款游戲在電子游戲中屬于極少數(shù)的“高度機(jī)械化”作品，它也成了說明抽象世界與機(jī)械世界差異的一個(gè)絕佳例子。

《矮人要塞》的系統(tǒng)復(fù)雜到，連它的開發(fā)者都無法完全預(yù)測(cè)一個(gè)簡單改動(dòng)會(huì)帶來怎樣的后果。所以每當(dāng)發(fā)布一次包含新功能的更新后，開發(fā)者往往要花好幾個(gè)星期來修復(fù)成堆的 Bug。在某次更新后，開發(fā)者塔恩·亞當(dāng)斯（Tarn Adams）收到了一條玩家的反饋：“我的酒館（tavern）里全是貓嘔吐物，還有幾只貓死了。為什么？這游戲出問題了?！?/p>

原來，在那次更新中，亞當(dāng)斯引入了“酒館”這個(gè)新機(jī)制。酒會(huì)灑在地板上，貓會(huì)溜進(jìn)酒館。而由于之前的某段代碼允許矮人走動(dòng)時(shí)留下血跡，這些貓的爪子也會(huì)沾上酒精。接著，另一段允許貓咪舔干凈自己的代碼就起作用了，它們會(huì)把酒精舔掉。

亞當(dāng)斯寫的那段代碼設(shè)定為：貓?zhí)蜃约簳r(shí)會(huì)攝入“整劑量”的覆蓋物。而在這種情況下，這“整劑量”就相當(dāng)于一整杯酒。系統(tǒng)接下來運(yùn)行關(guān)于“血液酒精濃度”的計(jì)算，這些計(jì)算是基于貓這種體型的生物設(shè)計(jì)的，結(jié)果導(dǎo)致貓喝醉、嘔吐，甚至有幾只因此死去。

在一個(gè)抽象的世界里，貓?zhí)蜃ψ由系钠【剖遣粫?huì)死的。這類意外組合根本不會(huì)發(fā)生，因?yàn)槌橄笫澜绮粔驈?fù)雜。而這件事之所以可能發(fā)生，是因?yàn)樗l(fā)生在一個(gè)機(jī)械化的世界里——也就是為什么現(xiàn)實(shí)世界、還有《矮人要塞》，才會(huì)出現(xiàn)這種奇奇怪怪的現(xiàn)象。

這個(gè)“嘔吐貓漏洞”很好地說明了為什么大多數(shù)電子游戲都是抽象的，而不是機(jī)械化的。詳細(xì)的模擬工作量巨大，也不怎么有趣。游戲開發(fā)者永遠(yuǎn)無法考慮到所有可能的交互以及那些二階、三階甚至更高階的效應(yīng)，所以機(jī)械化設(shè)計(jì)往往會(huì)引發(fā)各種詭異的邊緣案例（bizarre corner cases）。你現(xiàn)在或許也能理解：為什么上帝幾千年前就停止了版本更新。再往下修復(fù) Bug，實(shí)在是太令人頭疼了。

光是訴諸“實(shí)體”——談?wù)撠?、酒館和矮人——并稱之為“機(jī)制”，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。拜占庭的斐羅（Philo of Byzantium）在公元前三世紀(jì)就嘗試過這種做法：他研究燃燒現(xiàn)象，并用“火的原子”（atoms of fire）來解釋它的本質(zhì)。他訴諸的是隱藏的實(shí)體；那么，為什么他的煉金術(shù)還算不上是一門成熟的科學(xué)呢？

原因之一，是他的描述過于模糊，無法構(gòu)成一個(gè)模型。一個(gè)模型應(yīng)當(dāng)能夠預(yù)測(cè)出具體后果。比如在《矮人要塞》中，只要是有血的生物就可能喝醉；而在這款游戲里，貓是有血的。所以，即使這個(gè)結(jié)果完全是無意而為，也毫無預(yù)見性，《矮人要塞》中的貓就是會(huì)喝醉。

醉貓，是這個(gè)游戲運(yùn)行機(jī)制下的自然且必然的結(jié)果。那么，斐羅所說的“火原子”又能推出什么自然且必然的后果呢？我們猜測(cè)是：幾乎沒有。他看到火，然后推理道：“火肯定是由某種東西構(gòu)成的。那么它是由什么構(gòu)成的呢？當(dāng)然是火的原子！”但你應(yīng)該也能看出，這種說法和“火是由火精靈、火神、或火焰樂高構(gòu)成的”之間幾乎沒什么差別——只不過缺乏更多細(xì)節(jié)。

你永遠(yuǎn)可以隨意挑選一個(gè)名詞，說它是某種現(xiàn)象背后的實(shí)體，然后聲稱你發(fā)現(xiàn)了某種機(jī)制。你看到某種你不理解的行為，可以隨手歸結(jié)為一個(gè)新的“腳本”（script）；你可以說某些化學(xué)反應(yīng)是由某種“原理”（principle）或“本質(zhì)”（essence）驅(qū)動(dòng)的。人們之所以愛參加派對(duì)，是因?yàn)樗麄凅w內(nèi)存在某種叫做“外向性”（extraversion）的隱藏特質(zhì)。新兵能否成功成為海軍陸戰(zhàn)隊(duì)員，是因?yàn)樗麄冇谢驔]有所謂的“堅(jiān)毅力”（grit）。鴉片讓人昏睡，是因?yàn)樗小按呙咛匦浴保╯omniferous property）。

這些說法的明顯問題是循環(huán)論證。但還有第二個(gè)問題是：這種思維方式最終只能讓你列出一張永無止境的“清單”。你總是可以往上面繼續(xù)添加?xùn)|西。而真正的實(shí)體思維，應(yīng)該迫使你去壓縮這個(gè)列表。就像一臺(tái)機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能用到的螺母和螺栓種類是有限的。

正如孫子所說：

五音不全，五色不明，五味不盡。

然而，五音之變，不可勝聽也；五色之變，不可勝觀也；五味之變，不可勝嘗也。

戰(zhàn)法不過奇正，奇正之變，不可勝窮也。

化學(xué)第一次揭示出：地球上所有自然存在的物質(zhì)，僅由 94 種元素構(gòu)成。這是一份有限的清單，后來隨著人造元素的發(fā)明，總數(shù)才增至 118 種。雖然這個(gè)數(shù)字比古代“四大元素”多很多，但用來解釋地球上一切物質(zhì)（乃至絕大多數(shù)可觀測(cè)的宇宙物質(zhì)）卻顯得驚人地少而精。

更令人驚嘆的是，這 118 種元素本身，其實(shí)只是三種更基本的實(shí)體——質(zhì)子、中子和電子——的不同組合。如此豐富的變化，竟源自如此有限的一組基本構(gòu)件！如果化學(xué)當(dāng)初始終只執(zhí)著于描述“磁鐵”、“熱氣”、“空氣”等表面現(xiàn)象，那它根本不可能走到這一步。我們之所以最終能找到“元素”，靠的正是去構(gòu)建模型，去理解表象之下到底發(fā)生了什么。

早期的生物學(xué)家更像是博物學(xué)家。他們研究的對(duì)象是各種動(dòng)植物物種，研究方法是描述與分類。但“物種”并不能作為一個(gè)好的科學(xué)實(shí)體——這一點(diǎn)直到今天仍在不斷被證明。物種之間并沒有客觀清晰的邊界，因此這些邊界經(jīng)常變化。一門成熟的科學(xué)，它不是。

1665 年，羅伯特·胡克（Robert Hooke）用顯微鏡觀察軟木切片，發(fā)現(xiàn)它是由許多小腔室構(gòu)成的。他寫道：“我們的顯微鏡告訴我們，軟木的物質(zhì)完全被空氣填滿，被一個(gè)個(gè)彼此獨(dú)立的小盒子或‘細(xì)胞’所包裹?！钡搅?1680 年代，列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）進(jìn)一步擴(kuò)展了我們對(duì)這個(gè)不可見世界的認(rèn)識(shí)——他用自己設(shè)計(jì)的顯微鏡，在雨水、馬尿和他自己的牙齒上發(fā)現(xiàn)了微小的“微生物”（animalcules）。

細(xì)胞和微生物的發(fā)現(xiàn)，似乎標(biāo)志著生物學(xué)迎來了顯而易見的“實(shí)體與規(guī)則”時(shí)刻：它們?yōu)椤皠?dòng)植物由什么構(gòu)成”這個(gè)問題提供了一個(gè)清晰、直接的答案。它們由細(xì)胞構(gòu)成，而這些細(xì)胞遵循一套“細(xì)胞規(guī)則”相互作用。

不過話說回來，也有理由相信這些并不是我們真正尋找的實(shí)體與規(guī)則。雖然所有生命體都由細(xì)胞構(gòu)成，但細(xì)胞本身并不能被清晰地枚舉。確實(shí)存在不同類型的細(xì)胞，但至今我們還無法列出一個(gè)有限、明確、客觀的列表——這與化學(xué)中的元素周期表形成鮮明對(duì)比。你可以統(tǒng)計(jì)一個(gè)生物體的總細(xì)胞數(shù)（人類大約有 37 萬億個(gè)細(xì)胞），但細(xì)胞的類型是依賴上下文的（context-dependent），其邊界模糊，分類也具有可變性——實(shí)際上，和“物種”非常相似。

1859 年，隨著《物種起源》的出版，查爾斯·達(dá)爾文似乎為生物學(xué)提供了一套更精確的解釋機(jī)制：進(jìn)化論。它的解釋力甚至不依賴 DNA。達(dá)爾文在世時(shí)并不知道 DNA 的存在（DNA 實(shí)際上直到 1869 年才被弗里德里?！っ仔獱枏氖勘噹系哪撘褐刑崛〕鰜恚?，而他也不需要知道。進(jìn)化論的偉大之處在于它既簡單又深刻：任何一種具有變異與自然選擇的復(fù)制機(jī)制，都會(huì)隨著時(shí)間推移積累適應(yīng)性改變（Any kind of replication with natural selection will lead to the accumulation of adaptations over time）。復(fù)制的內(nèi)容并不重要——無論是基因、代碼還是模因（memes）——只要有變異和選擇機(jī)制，進(jìn)化就會(huì)發(fā)生。這不是關(guān)于染色體的學(xué)說，而是關(guān)于選擇邏輯本身的學(xué)說。

然而問題在于，這種邏輯讓“實(shí)體與規(guī)則”變得不再具體：在這里，“實(shí)體”可以是任何擁有變異的生物，而“規(guī)則”即便再簡單（比如選擇的數(shù)學(xué)模型），卻適用于所有生物。如此一來，達(dá)爾文式的實(shí)體與規(guī)則集合就過于龐大，難以構(gòu)建出生物學(xué)內(nèi)部清晰的結(jié)構(gòu)。

那么，生物學(xué)中還有哪些東西是可以被明確枚舉的呢？

查爾斯·達(dá)爾文已知的第一幅草圖，展示了他關(guān)于進(jìn)化樹的構(gòu)想。

20 世紀(jì)初的孟德爾遺傳學(xué)為我們提供了另一個(gè)候選方向。盡管理解 DNA 并非提出進(jìn)化論的必要前提，基因及其底層組成部分卻是高度機(jī)械化的?；颉⒌鞍踪|(zhì)和核苷酸的定義遠(yuǎn)比“細(xì)胞”更清晰、更少歧義。

構(gòu)成生命的一切，背后只用了 5 種基本核苷堿基：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）用于 DNA；而在 RNA 中，胸腺嘧啶被尿嘧啶（U）取代。自然界雖然存在 500 多種氨基酸，但只有 22 種 α-氨基酸真正出現(xiàn)在遺傳編碼中，被整合進(jìn)蛋白質(zhì)里。2

我們對(duì)癌癥機(jī)制的最新研究進(jìn)展正好凸顯了基因作為生物學(xué)“實(shí)體”的有用性。多年來，人們都是根據(jù)癌癥發(fā)生的部位來分類的：乳腺癌、結(jié)腸癌、肺癌等等。你或許至今仍習(xí)慣說“腦癌”或“胰腺癌”。但隨著我們對(duì)癌細(xì)胞內(nèi)在機(jī)制的認(rèn)識(shí)不斷深入，科學(xué)家們開始嘗試用引發(fā)癌癥的基因突變（如 BRAF V600）來對(duì)癌癥重新分類，而非其起源部位。醫(yī)生現(xiàn)在可能會(huì)說：“你患有一種具有某種特定突變的癌癥，恰好這個(gè)腫瘤出現(xiàn)在你的肺里，”而不是說：“你患了肺癌?！?/p>

事實(shí)證明，試圖從“細(xì)胞的哪個(gè)部分失靈了？”的角度去理解癌細(xì)胞，要比“癌癥最初出現(xiàn)在哪個(gè)器官？”的角度更有效。并非所有起源于肺的癌細(xì)胞都是由于相同機(jī)制變異而來的，就像廢舊摩托車并不是因?yàn)橄嗤虮粊G棄的一樣。有些你可以帶回家修好，有些則只適合報(bào)廢。

腫瘤對(duì)治療的反應(yīng)，通常更多地取決于導(dǎo)致它的基因突變，而不是那些細(xì)胞恰好位于身體的哪個(gè)部位。因此兩個(gè)患有“乳腺癌”的病人，可能需要完全不同的治療方式；而兩個(gè)腫瘤長在不同部位的病人，反而可能適合同一種療法。只要你還在關(guān)注癌癥的表層特征，你就注定會(huì)被困惑；而一旦你深入其基因構(gòu)成，你就能真正理解它的工作方式。

像我們對(duì)癌癥認(rèn)識(shí)的這種進(jìn)展，讓人感覺生物學(xué)確實(shí)正在走向成熟。很難想象有哪個(gè)例子，比這個(gè)更能體現(xiàn)從表象走向結(jié)構(gòu)思維的轉(zhuǎn)變。我們的希望是同樣的變革也將出現(xiàn)在其他疾病診斷中。已有跡象表明，目前被統(tǒng)一稱為“類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎”的疾病（rheumatoid arthritis），實(shí)際上可能包含不止一種疾病。更先進(jìn)的基因檢測(cè)技術(shù)，就像它曾徹底改變癌癥診斷一樣，或許能讓這一點(diǎn)變得清晰。

還有一些其他路徑，也可能推動(dòng)生物學(xué)進(jìn)一步走向真正成熟科學(xué)所具備的機(jī)械性與預(yù)測(cè)力。比如：發(fā)明更好的工具，或發(fā)現(xiàn)不帶例外的原理。

想想望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明吧：在更精密的工具出現(xiàn)之前，天文學(xué)的發(fā)展只能停留在有限的層面。肉眼觀測(cè)固然可以，但一旦發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，伽利略便能利用三角學(xué)來估算月球山脈的高度，并由此開啟了天文學(xué)作為一門成熟科學(xué)的新紀(jì)元。

在生物學(xué)中，顯微鏡、熒光 DNA 染料、超聲技術(shù)等各種能幫助科學(xué)家更好地描繪研究對(duì)象“螺母與螺栓”（即微觀機(jī)制）的工具，使我們的理解遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了這門學(xué)科的“煉金術(shù)時(shí)代”?；驕y(cè)序這樣的工具，讓我們能基于突變而非器官位置來診斷癌癥，并且使靶向基因疾病成為可能。幾十年來我們一直知道堿基對(duì)、RNA 和 DNA 的存在，但由于工具的落后，我們無法充分利用它們。如今，我們需要幫助生物信息學(xué)領(lǐng)域的“斯賓諾莎們”磨制出新的鏡片。

除了更好的工具之外，生物學(xué)也急需更多努力去尋找真正的組織原則與模式。目前的情況是：每條規(guī)則都有例外，而這些例外又有更多的例外，望不到盡頭。

這種狀態(tài)有點(diǎn)像當(dāng)年天文學(xué)家還以為地球是宇宙中心的時(shí)候。他們手上雖然有一些可用的概念——行星、恒星、彗星——但整個(gè)體系是倒過來的，直到日心說模型被采納，一切才開始變得有條理。生物學(xué)如今也需要類似的重組，使其擺脫依賴?yán)獾臓顟B(tài)，真正建立起通用的原理。

這件事卻極其難做。以分子生物學(xué)為例，多年來科學(xué)家堅(jiān)信遺傳信息的傳遞是單向的，即從 DNA 到 RNA 再到蛋白質(zhì)。按照這種觀點(diǎn)，蛋白質(zhì)是功能產(chǎn)物，DNA 提供主指令，RNA 則是一個(gè)臨時(shí)的工作副本。3 但越來越多的例外正在挑戰(zhàn)這個(gè)“規(guī)則”，比如一種叫逆轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase）的酶，它可以用 RNA 模板合成 DNA。

然而，盡管揭示機(jī)制與尋找組織原理的努力極為重要，要想將復(fù)雜性充分簡化，從而將生物學(xué)打磨成一門成熟科學(xué)，仍然是一項(xiàng)艱難的任務(wù)。或許“生物學(xué)”這個(gè)領(lǐng)域本身就太龐大了，以至于不能指望領(lǐng)域內(nèi)的所有問題都能用一套工具解決。對(duì)于某些問題，比如傳染病，從“細(xì)胞”的角度思考非常有幫助；而對(duì)于另一些問題，比如基因療法，聚焦于核苷酸與氨基酸才更有前景；至于再一些問題，從“進(jìn)化”的宏觀視角出發(fā)——幾乎是一種純粹的信息論的思維方式——可能才是最合適的。至于選擇單位是以什么形式編碼的？那根本就不重要。

比起生物學(xué)，心理學(xué)更像是仍處于“煉金術(shù)階段”的學(xué)科。當(dāng)代心理學(xué)幾乎完全是印象主義式的（impressionistic）——我們對(duì)其中的機(jī)制一無所知，沒人能指出那種類似“藍(lán)圖”或“構(gòu)件”的東西。心理學(xué)家確實(shí)擅長給事物命名，但這些名稱往往只是抽象名詞；它們最多只能記錄某種效應(yīng)和現(xiàn)象，而無法解釋背后的因果。正如我們的一位朋友亞當(dāng)曾說過的：

這種做法的問題在于，它讓你陷入那些實(shí)際上并不存在的東西里。比如說，“生活熱情”（zest for life）到底是什么？它的字面意義就是——“你在《生活熱情量表》上的反應(yīng)”。那么，《生活熱情量表》又在測(cè)量什么呢？它測(cè)量的……正是“生活熱情”本身。如果你對(duì)任何心理學(xué)中的抽象概念追問得足夠深入，你最終都會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)自我循環(huán)的同義反復(fù)。

我們確實(shí)可以觀察到一些有趣的現(xiàn)象。例如，將信息進(jìn)行“分塊”（chunking）會(huì)讓記憶變得更容易——這在日常生活中隨處可見，比如電話號(hào)碼。想想看，哪個(gè)更容易記?。?48-428-2328 還是 3484282328？

同樣地，我們也注意到，當(dāng)海馬體受損時(shí)，人們可能會(huì)在幾分鐘內(nèi)忘記新經(jīng)歷，但仍然可以記得舊記憶。基于這些觀察，我們可以合理推測(cè)，大腦中可能存在“短期記憶”和“長期記憶”這兩種功能分類。但觀察這些現(xiàn)象和真正理解記憶是如何被儲(chǔ)存的，是兩回事。

再比如，當(dāng)你讓人們根據(jù)一長串形容詞來為自己（或他人）打分，然后用因子分析處理這些數(shù)據(jù)，往往會(huì)出現(xiàn)一個(gè)五因子解（five-factor solution）。把這五個(gè)因子命名為責(zé)任心、外向性、宜人性、神經(jīng)質(zhì)、開放性，并稱之為“大五人格”（the Big Five），聽起來也確實(shí)合理。

但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能等同于知道為什么有些人更隨和，而有些人則更難相處。在心智中，一定存在某種“旋鈕”“開關(guān)”或“參數(shù)”，決定了這種我們稱之為“宜人性”（agreeableness）的表層差異。但我們并不知道這個(gè)實(shí)體是什么，也沒有任何可靠的理論來解釋它。而且，這個(gè)東西可能并不是一個(gè)真正的旋鈕或開關(guān)，而是某種實(shí)體或?qū)嶓w屬性上的差異——等我們搞清楚這些“實(shí)體”究竟是什么之后，才能明白它們的作用。

要讓心理學(xué)從“煉金術(shù)”邁向“化學(xué)”，成為一門成熟的科學(xué)，它必須找出一整套可用來描述與建模的規(guī)則（rules）與實(shí)體（entities）。只有這樣，心理學(xué)家才可以建立起物理模型，并進(jìn)行機(jī)械式的實(shí)驗(yàn)研究。

說“為心理學(xué)找到它的‘元素周期表’”這類話，聽上去可能有點(diǎn)陳詞濫調(diào)，甚至顯得天真。但說到底，心智是由某些東西構(gòu)成的。也許這些構(gòu)成元素有大約 118 種，就像化學(xué)元素一樣；也許它可以被歸約到僅僅三種基本要素，像我們當(dāng)初發(fā)現(xiàn)原子物理那樣令人震驚；又或許，它永遠(yuǎn)無法被化簡到少于一萬種“配料”。我們尚無定論，但我們腦中的這鍋“思維大雜燴”，肯定是由某組可識(shí)別的成分構(gòu)成的。那我們當(dāng)然有理由問一句：這鍋里到底煮的是什么？

目前已有一些試圖為心理學(xué)制定“實(shí)體與規(guī)則”框架的方案——從荒誕滑稽的到機(jī)制上可行的，不一而足。

我們先從最荒誕的例子說起——第一個(gè)例子是《模擬人生》（The Sims）?？赡苡凶x者會(huì)質(zhì)疑：《模擬人生》怎么能算是科學(xué)模型？你可以怎么稱呼它都行，但《模擬人生》及其后繼作品確實(shí)是在模擬人類行為的模型，這就使它們成為心理學(xué)模型，無論你是否愿意承認(rèn)。其他那些試圖模擬真實(shí)大腦輸入與輸出的電子游戲，也同樣如此。

在游戲中，模擬市民（Sims）會(huì)自己吃飯、洗澡、娛樂，如果你觀察它們一段時(shí)間，甚至?xí)浰鼈兤鋵?shí)是虛擬的。當(dāng)然，它們?nèi)鄙俸芏鄸|西，比如人類的語言能力——因?yàn)樵趧?chuàng)世之初，開發(fā)者 Will Wright 就詛咒他們只能說“模擬語”（Simlish）——但它們?nèi)蕴峁┝艘粋€(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的人類行為仿真模型。

第一個(gè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是，這個(gè)模型是否至少能粗略模仿它的目標(biāo)對(duì)象。但比模仿更高級(jí)的，是替代（replacement）：任何能夠真正完成人類心理任務(wù)的系統(tǒng)，本身就具備強(qiáng)大的說服力，能夠成為一種心理模型。

當(dāng)然，《模擬人生》無法替代人類心理勞動(dòng)（mental labor），因此我們來看一個(gè)不那么荒誕的例子：計(jì)算機(jī)。數(shù)字計(jì)算機(jī)是一個(gè)有趣的“錯(cuò)誤起點(diǎn)”（false start）。從最早的計(jì)算器開始，它們就已經(jīng)能替代人類完成某些心理任務(wù)，甚至在某些任務(wù)上比人類高效得多：你可以試一下，3482 × 9192 等于多少？

理論上，數(shù)字計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行任何算法，因此我們的思維如果是由某種算法驅(qū)動(dòng)的，那么原則上也能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。但問題是，絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)程序并不像人類那樣行為，也不像任何其他動(dòng)物。ELIZA 這個(gè)早期的聊天程序通過模式匹配騙過了不少人，但總的來說，它的行為和人類完全不同。

說到這里，許多人可能已經(jīng)忍不住在屏幕前喊出：那深度學(xué)習(xí)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)呢？這正是我們要討論的下一個(gè)方案?？纯唇裉焐疃葘W(xué)習(xí)與大型語言模型能做到的事情，你很難不注意到它們與人類和動(dòng)物行為之間的某種詭異相似性。圖像識(shí)別模型可以識(shí)別鳥類和停車標(biāo)志，準(zhǔn)確度與人類差不多；像 ChatGPT 這樣的大型語言模型，閱讀和寫作的能力也堪比普通人；自動(dòng)駕駛汽車的駕駛能力甚至超過了許多司機(jī)……等等。

這一傳統(tǒng)下的模型可以歸結(jié)為幾個(gè)基本構(gòu)件：神經(jīng)元與連接（neurons and connections），加上諸如反向傳播（backpropagation）等簡單規(guī)則。雖然它們的整體架構(gòu)可能很復(fù)雜，但底層機(jī)制卻非常樸素。它們看起來很有潛力，能夠成為具備屬性和規(guī)則的實(shí)體候選。

不過，也有理由謹(jǐn)慎對(duì)待將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作人腦的直接模型。盡管這些系統(tǒng)打著“神經(jīng)”的旗號(hào)，它們與真實(shí)神經(jīng)元的相似程度其實(shí)非常有限。在一些領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也已經(jīng)停滯。它們?cè)?2019 年之前對(duì)《星際爭霸 II》（StarCraft 2）的表現(xiàn)已經(jīng)非常出色，但到今天依然無法超越最頂尖的人類選手。

更深層次的問題在于：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種強(qiáng)大的函數(shù)逼近工具。它們能模擬人類行為的外在表現(xiàn)，但這并不意味著人類的實(shí)現(xiàn)方式也一樣。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以擬合廣泛的函數(shù)，但這并不說明大腦內(nèi)部采用了類似的機(jī)制。

早期的蒸汽機(jī)脾氣古怪、耗費(fèi)人力，常常會(huì)在沒有預(yù)警的情況下加速或減速。要保持它們的穩(wěn)定運(yùn)行，需要持續(xù)的人力監(jiān)控。操作員必須手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門、監(jiān)控壓力，并用手穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)。若疏于操作，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)遲緩、熄火，甚至在極端情況下發(fā)生爆炸。

這一切因飛球調(diào)速器（flyball governor）的發(fā)明而改變。這是一種由詹姆斯·瓦特（James Watt）在 18 世紀(jì)末引入的巧妙機(jī)械裝置：通過兩個(gè)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升降的旋轉(zhuǎn)金屬球，自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽流量，從而在無需人工干預(yù)的情況下穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)速度。這是工業(yè)史上最早的自動(dòng)控制系統(tǒng)之一，也標(biāo)志著一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：工程師終于可以坐著看報(bào)紙了，而機(jī)器則能自行完成關(guān)鍵調(diào)整。

控制系統(tǒng)越來越多地取代了人類的判斷與注意力。過去，要在冬天保持大房子溫暖、夏天保持涼爽，需要一整個(gè)仆人團(tuán)隊(duì)來管理?，F(xiàn)在，這些任務(wù)由一個(gè)簡單的反饋回路——恒溫器——就能完成。溫室里的濕度曾經(jīng)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)，而現(xiàn)在至少部分實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。開車時(shí)，你曾經(jīng)必須自己控制車速！如今，你可以讓巡航控制系統(tǒng)替你完成。

負(fù)反饋回路，也被稱為“控制系統(tǒng)”或“調(diào)節(jié)器”（governors），就像瓦特的飛球調(diào)速器一樣，已經(jīng)在不斷取代人類的心理任務(wù)。當(dāng)它們被層層組織起來時(shí)，即使是最簡單的控制系統(tǒng)，也能展現(xiàn)出類似生物智能的行為，比如我們?cè)凇癟he Senster”這類機(jī)器人中所見。它們能代替我們的功能、表現(xiàn)令人信服且高效，這意味著它們有潛力成為心理學(xué)的一部分模型 ?。

不要聽信那些說“心理學(xué)永遠(yuǎn)只能模糊不清”的唱衰者。在心理學(xué)中，存在一些根本性的問題。

我們經(jīng)歷事件，并將部分經(jīng)歷以某種形式存儲(chǔ)為記憶。因此，“記憶是如何運(yùn)作的？”就是一個(gè)根本性問題。這些記憶以某種方式、某種格式被儲(chǔ)存著，終有一天，有人會(huì)揭示它的原理。

我們渴望保暖、渴望攝入鹽分，出于難以理解的原因，許多人會(huì)連續(xù)數(shù)小時(shí)沉迷于玩《糖果傳奇》（Candy Crush Saga）。這些行為背后總有原因——即便不是一個(gè)好理由。這些驅(qū)動(dòng)力似乎是彼此獨(dú)立的，因此它們應(yīng)該有一個(gè)清單?！暗降子卸嗌俜N驅(qū)動(dòng)力？”似乎是一個(gè)根本性的問題。

如果你把這些“驅(qū)動(dòng)力”看作控制系統(tǒng)，那么就會(huì)引出更多問題：我們渴望攝鹽，那到底是什么信號(hào)被調(diào)節(jié)？“鹽分調(diào)節(jié)器”（salt governor）的設(shè)定點(diǎn)是什么？安全感、地位、溫暖，這些驅(qū)動(dòng)力的“設(shè)定點(diǎn)”又是多少？像“業(yè)余隧道挖掘”（hobby tunneling）這種行為背后，又是哪些調(diào)節(jié)機(jī)制在發(fā)揮作用？

當(dāng)我們觀察心理學(xué)中的某個(gè)部分——一種行為、一句言語、或是對(duì)路怒的傾向——我們必須能夠用某種東西來解釋我們所看到的現(xiàn)象。在表象之下一定有什么東西在運(yùn)作，有某種“齒輪”在轉(zhuǎn)動(dòng)——當(dāng)只不過它們并不是真正的齒輪，而且目前沒人知道它們到底是什么。

生物學(xué)也是同樣的道理。生命由微小的機(jī)器組成，而在這里，我們對(duì)它們有一定的了解。DNA 是編碼，RNA 是信息，線粒體是細(xì)胞的能量工廠。我們已經(jīng)遠(yuǎn)離了“拿蒜頭猛擦磁鐵”的時(shí)代。那條探索之路經(jīng)歷了荒誕但略帶機(jī)械感的問題，比如“水能變成木頭嗎？”，最終引向了更有意義的問題，比如：“當(dāng)一棵樹的重量增加時(shí)，它一定是通過向自身形態(tài)添加新的物質(zhì)來增加質(zhì)量。如果新增的質(zhì)量不是來自土壤，那它必然來自其他地方。這些新的原子從哪里來的？”

必須有人去提出這些問題，并以一種可以被解答的方式來表述它們。而當(dāng)他們提出這些問題時(shí)，接下來就是我們所有人的責(zé)任：努力尋找答案。

注釋

1. “羅勒（Basil）有一種能滋生蝎子的特性，其氣味能讓蝎子在人的腦中生長，Hollerius 對(duì)此進(jìn)行了深入研究。他曾在一個(gè)非常喜愛這種香味的人腦中發(fā)現(xiàn)了這種昆蟲?！薄旭R斯·布朗爵士，《常見謬誤》（Pseudodoxia Epidemica）。無論如何，下次吃香蒜醬的時(shí)候小心點(diǎn)。

2. 其他 478 種以上的氨基酸被認(rèn)為是“非正典”，基本上是同人版的氨基酸，所以我們假設(shè)它們主要存在于上帝的“花絮設(shè)定”（God’s omake）中。

3. 中心法則（Central Dogma）——由弗朗西斯·克里克最初提出——從未被打破。克里克所說的只是：“一旦信息進(jìn)入蛋白質(zhì)，它就無法再出來?！彼麖奈凑f過 RNA 無法被逆轉(zhuǎn)成 DNA，那只是許多生物學(xué)家當(dāng)時(shí)錯(cuò)誤持有的信念。

4. 這個(gè)觀點(diǎn)很早就有人提出了，但依然被低估了，這也是我們寫了一個(gè)系列文章更詳細(xì)闡述它的原因。

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• 引用：Slime Mold Time Mold. “What Makes a Mature Science.” Asimov Press (2025). https://doi.org/10.62211/26jw-08ok
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