大数跨境

悦读会|放开控制,让封闭的系统在穿透中发生奇迹

悦读会|放开控制,让封闭的系统在穿透中发生奇迹 东方红资管
2016-09-08
2
导读:畅享理财人生 · 共度悦读时光 READING TIME
畅享理财人生 · 共度悦读时光             READING TIME              



今天将与大家分享《失控》第三期,主要讲述什么是控制及控制经历过的几个阶段:第一个阶段的代表就是蒸气机,仅是单纯地控制蒸气进入的速度和火力的大小。第二个阶段的控制出现了反馈机制,包含正反馈循环和负反馈循环;第三个阶段就是目前我们处于的阶段,主要是控制信息而不是控制某个机器。同时讲述了如果要让一个封闭系统更稳定,让生活在期间的生物能够生存,就必须慢慢地增加系统的复杂度和多样性。




第七章,“控制的兴起”,讲的是什么是控制。前文提到,越复杂的系统就越难控制。回顾历史,控制经历过几个阶段。第一个阶段的代表就是蒸气机,这种控制很简单,仅是单纯地控制蒸气进入的速度和火力的大小。第二个阶段的控制出现了反馈机制,包含正反馈循环和负反馈循环,也就是用过去的数据信息去控制系统未来的行为,这在电子学和工业上有很多应用;第三个阶段就是目前我们处于的阶段,主要是控制信息而不是控制某个机器。现在的情况是,我们产生的信息越来越多,无法全部控制,所以必须给机器更大的自由,这样才能更好地对信息进行智能把控。




书摘

早在瓦特能够看到蒸汽机之前几十年,有效运转的蒸汽机就已经在工作了。有一次有人请年轻的工程师瓦特修理一台无法正常工作的、早期的小型纽科门蒸汽机。这台拙劣的蒸汽机弄得瓦特颇为沮丧,于是他开始着手对它进行改进。大约在美国革命发生的时候,他给当时的蒸汽机增加了两样东西,一样是改良性的,另一样是革命性的。他那项关键的改良性创新是把加热室和冷却室分开,这样一来,他的蒸汽机的功效变得极其强大。如此强大的功效需要他增加一个速度调节器来缓和这种新释放的机械力。跟往常一样,瓦特把目光转向了那些已经存在的技术。托马斯.米德既是机器匠,也是磨坊主。他曾经为磨坊发明过一个笨拙的离心调节器,只有在磨石速度足够快的时候才把磨石降到谷粒上。它调节的是石磨的输出功率,而不是磨石的动力。


瓦特琢磨出了一项根本性的改进。他借鉴了米德的磨坊调节器,把它改良成一个纯粹的控制回路。采用这种新的调节器,他的蒸汽机就自己掐住了自己动力的喉咙。他这个完全现代的调节阀。可以自动让当时变得颇为暴躁的马达稳定在某个由操作者选定的恒定速度上。通过调整调速器,瓦特就能够任意改变蒸汽机的转速。这就带来了革命。


海伦的调节器、德雷贝尔的恒温器,还有瓦特的调控装置为自己的脉管注入了自我控制、感知意识以及渴望的觉醒。调节系统感知自身的属性,关注自己是否发生了与上一次查看时不同的某些变化。如果有变化,就按既定目标调整自身。在恒温器这个特定的例子中,装了酒精的试管侦测系统的温度,之后决定是否应当采取行动调整火力,以保持系统的既定温度目标。


从哲学的角度来说,这个系统是有目的的。


第二次世界大战,德国飞机——大炮竭力要攻打下来的东西——几乎飞得和炮弹一样快。于是就需要速度更快的即时演算。最理想的形式就是火炮在新发明的雷达扫描装置测出飞行中的飞机数据时即行引发。此外,海军的炮手有一个很关键的问题:即如何根据新射击表提供的精确数据转动这些怪物并使之对准目标。办法近在眼前,就在舰尾:一艘巨舰,是通过某种特殊的自动反馈回路,即伺服机制来控制它的方向舵的。


伺服机制是一个美国人和一个法国人在相隔大洋的情况下,于 1860年左右同时独自发明出来的。法国人里昂.法尔科 为这个装置取了一个很拗口的名字:伺服电动机。由于船只随着时间的推移发展得更大、更快,人类作用于舵柄的力量已经不足以抵抗水下涌动的水流了。海军的技术人员想出了各种油液压系统来放大作用在舵柄上的力量,这样只要轻轻地摇动船长舵仓内的小型舵杆,就可以对巨大的船舵产生些许影响。根据不同的船速、吃水线和其它类似的因素,对小舵杆所做的反复摇动,反映到船舵那里就表现为大小不同的舵效。法尔科发明了一个连通装置,把水下大舵的位置,和能够轻松操纵的小舵杆的位置联系到一起——也就是一个自动反馈回路!这样一来,舵杆就能够指示出大舵的实际位置,并且通过这个回路,移动舵杆这个指示器——也就是在移动大舵这个实体。用计算机领域的行话来说,这就是所谓的所见即所得!


伺服机制给转向装置添加了如此神秘巧妙的助力,以至于我们现在(采用升级版的技术)还在利用它来为船只导航,控制飞机的副翼,或者摆弄那些处理有毒或者放射性废料的遥控机械臂的手指。


自我从何而来?控制论给出了这样让人摸不着头脑的答案:它是从它自己那里涌现出来。


一个系统,就是任何一种能够自说自话的东西。而所有的有生命的系统以及有机体,最后都必然精简为一组调节器,即化学路径和神经回路,其间总是进行着如此愚蠢的对话:“我要,我要,我要要要;不行,不行,你不能要”。


把各种自我播种到我们构建的世界,就给控制机制提供了一个家,让它们在那里滴注、蓄积、满溢和迸发。自动控制的出现分成三个阶段,也已经在人类文化中孵化出三个几乎是形而上学的改变。控制领域的每个体制,都是靠逐渐深化的反馈和信息流推进的。


由蒸汽机所引发的能量控制是第一阶段。能量一旦受到控制,它就达到了一种“自由”。我们释放的能量再多,它也不会从根本上改变我们的生活。同时,由于我们达成某一目标所需要的卡路里(能量)越来越少,我们那些最为重大的技术成果,也不再朝向对强有力的能源做进一步控制。


相反,我们现在的成果是通过加大对物质的精确控制得来的。而对物质的精确控制,就是控制体制的第二阶段。采用更高级的反馈机制给物质灌输信息,就像计算机芯片的功用那样,使物质变得更为有力,渐渐地就能用更少的物质做出没有信息输入的更大数量物质相同的功。随着那种尺寸堪比微尘的马达的出现(1991年成功制作出了原型机),似乎任何规格的东西都可以随心所欲地制造出来。分子大小的照相机?可以,怎么不行?房子大小的水晶?如你所愿。物质已经被置于信息的掌握之下,就跟现在的能量所处的状态一样,方法也是同样的简便——只要拨动拨号盘就好。“二十世纪的核心事件,就是对物质的颠覆。”技术分析家乔治.吉尔德如是说。这是控制史的一个阶段,一个我们身历其中的控制的阶段。从根本上说,物质——无论你想要它是什么形状——都已经不再是障碍。物质已经几乎是“自由”的了。


控制革命的第三阶段,是对信息本身的控制。两个世纪之前,当把信息应用于燃煤蒸汽的时候,就播下了它的种子。从这里到那里,长达数英里的电路和信息回路执行着对能量和物质的控制,而这些线路和信息回路也在不经意间让我们的环境充满了信号、比特和字节。这个未受约束的数据狂潮达到了有害的水平。我们产出的信息,已经超过了我们能够控制的范围。我们所曾憧憬的更多的信息,已经成为事实。但是,所谓更多的信息,就好象是未受控制的蒸汽爆炸——除非有自我的约束,否则毫无用处。我们可以这样改写吉尔德的警句:“二十一世纪的核心事件,是对信息的颠覆”。


对能量的控制征服了自然的力量(让我们变得肥胖);对物质的控制带来了可以轻易获取的物质财富(让我们变得贪婪)。那么,当全面的信息控制遍地开花的时候,又会为我们带来怎样五味杂陈的混乱?困惑?辉煌?躁动?


没有自我,几乎什么也不会发生。马达,数以百万计的马达,被赋予了自我,现在正管理着各种工厂。硅基芯片,数以十亿的硅基芯片,被赋予了自我,将会自我设计得更小更快来管理马达。很快,纤细的网络,数量无限的网络,被赋予了自我,将会重新构思芯片,并统治所有我们让它们统治的东西。假使我们试图通过掌控一切的方式来利用能量、物质和信息的巨大宝藏的话,那么必然会陷入失败。


我们正在以所能达到的速度,尽可能快地把我们这个已经建好的世界装备起来,指令它自我治理、自我繁衍、自我认知,并赋予它不可逆转的自我。自动化的历史,就是一条从人类控制到自动控制的单向通道。其结果就是从人类的自我到第二类自我的不可逆转的转移。而这些第二类自我是在我们控制之外的,是失控的。文艺复兴时期那些最聪慧的头脑也未能发明出一个超越古代的海伦所发明的自我调节装置,其关键原因就在于此。


古代的中国人尽管其创造从来没有超出过指南车,却拥有一种正确的关于控制的无念心态。听听老子这位神秘的学者在 2600年前的《道德经》中所写的,翻译成最地道的现代话语就是:


智能控制体现为无控制或自由,

因此它是不折不扣的智能控制;

愚蠢的控制体现为外来的辖制, 

因此它是不折不扣的愚蠢控制。

智能控制施加的是无形的影响,

愚蠢的控制以炫耀武力造势。


老子的睿智,完全可以作为21世纪饱含热忱的硅谷创业公司的座右铭。在一个练达、超智能的时代,最智慧的控制方式将体现为控制缺失的方式。投资那些具有自我适应能力、向自己的目标进化、不受人类监管自行成长的机器,将会是下一个巨大的技术进步。要想获得有智能的控制,唯一的办法就是给机器自由。


至于这个世纪所剩下的那一点点时间,则是为了 21世纪那个首要的心理再造工作而预留的彩排时间:放手吧,有尊严地放手吧。




在第八章“封闭系统”中,凯文•凯利提到了20世纪80年代的一些实验,其中有一个实验是让一些人和几种生物生活在一个封闭的生物圈内,让他们完全与外界隔绝生活一年,看看这个系统会如何变化。凯文着重说了实验得出的结论,那就是如果要让一个封闭系统更稳定,让生活在期间的生物能够生存,就必须慢慢地增加系统的复杂度和多样性。土壤和空气都非常重要,它们实际上是交流机制的一部分。特别是空气,它实际上可以反映整个系统的状态。不要把系统推向某个方向,而是观察系统,看它会往哪个方向发展。




书摘

旧金山史坦哈特水族馆一长溜展品的尽头,灯光照耀下怡然自得地生长着一丛密集的珊瑚礁。水族馆的玻璃墙后面,几英尺的完备空间就将南太平洋海底一英里长的
上的各种生物集中展现了出来。


这浓缩的礁石以异乎寻常的色调和怪异的生命形态,营造出一种新纪元音乐般的氛围。站在这个长方形容器的前面,如同脚踩着和谐的节点。这里每平米生物种类数目超过了地球上其他任何地方。生命密集得不行了。那异常丰富的自然珊瑚礁,已经被进一步压缩成了超越自然富集程度的人造堡礁。


对这些生物说来,这里不单是圈养栏,这里就是它们的家。它们要在这里吃、睡、打闹,在这里繁育后代,直到生命的尽头。不仅如此,如果时间充足,它们还会共同进化,共享天命。它们所拥有的是一个真正的生命群落。


要获得稳定的珊瑚礁,重要的是要做好最初的微生物母体。夏威夷大学的微生物学家克莱尔.福尔索姆曾经根据他对广口瓶中的微生物培养液所作的研究得出过这样的结论:“任何一种稳定的封闭生态系统的基础,基本上都是某种微生物。”他认为,在任何一个生态系统里,微生物都肩负着“闭合生物元素之环”的作用,使大气与养分能够循环流动。对此,他通过微生物的随机混合找到了证据。


福尔索姆所做的实验跟皮姆和德雷克所作的实验非常相似,唯一的区别就是,他把广口瓶的盖子给封上了。他仿制的不是地球生命的一小部分,而是自给自足的整个地球的自我循环系统。地球上的所有物质都处于某种循环之中(除了些许无足轻重的轻气体的逃逸,以及陨石的少量坠落)。用系统科学的术语来说,地球在物质上是一个封闭系统。


而另一方面,从能量/信息的角度来看,地球又是开放的:阳光照射着地球,信息则来来去去。像地球一样,福尔索姆的广口瓶在物质上是封闭的,在能量上是敞开的。他从夏威夷群岛的海湾挖出含盐的微生物样本,把他们用漏斗倒进实验室用的那种 1升或者 2升的玻璃烧瓶中,然后密封起来,再通过一个采样口抽取少许来测量它们的种群比率和能量流,直到它们稳定下来。


如同皮姆发现随机混合物是多么轻易地形成自组织的生态系统时一样,福尔索姆也是大吃一惊。他惊讶地发现,即使对封口的烧瓶中生成的封闭营养物质循环回路施以额外挑战,也阻止不了简单微生物群落获得均衡状态。福尔索姆说,在1983的秋天,他和另外一个叫曹恒信的研究者意识到,封闭式生态系统,“哪怕它的物种类别再少,也几乎都能成活。”而那时,福尔索姆最初的那些烧瓶,有些已经存活了 15年。最早的那一瓶是在 1968搭配封装的,到现在已经有 25年的时间了。在此期间,没有向里面添加过一点空气、食物或者营养物质。尽管如此,他这一瓶以及所有其它的瓶装生物群落,仅凭着室内的充足光照,在此后多年里仍然生长旺盛。


福尔索姆从自己的烧瓶世界中得出这样的结论:是微生物——这种细小细胞构成的微型生命,而不是红杉、蟋蟀或者猩猩——进行了最大量的呼吸,产生了空气,最终供养了地球上无穷的可见生物。隐形的微生物基质引导着生命整体的发展进程,并将各种各样的养分环融合在一起。福尔索姆觉得,那些引起我们注意的生物,那些需要我们照料的生物,就环境而言,可能仅仅是一些点缀性的、装饰性的东西。正是哺乳动物肠道中的微生物,还有黏附在树根上的微生物,使树木和哺乳动物在包括地球在内的封闭系统中有了价值。


下一个问题显然是:这种与外界流动隔绝的玻璃瓶,到底要多大、里面要装些什么样的活物,才能保障人在里面生存?


当人类的冒失鬼们冒险穿越地球大气这个柔软的瓶壁的时候,上述的学术问题就具备了现实意义。你能通过保证植物持续存活,来让人类在太空里像虾在生态球里一样持续存活吗?你能把人也封闭在一个受到日光照射、有充足的活物的瓶子里,让他们相互利用彼此的呼吸吗?


这是一个值得动手去探寻的问题。


第一个足够疯狂来做这个尝试性实验的人,是一名莫斯科生物医学问题研究所的俄罗斯研究员。在对太空研究热火朝天的头些年里,叶夫根尼.舍甫列夫于1961年焊了一个铁匣子,匣子的大小足以把他还有 8加仑的绿藻装进去。舍甫列夫的精心计算表明,8加仑的小球藻在钠灯的照射下可以产生足够一个人使用的氧气,而一个人也可以呼出足够 8加仑的小球藻使用的二氧化碳。方程的两边可以相互抵消成为一体。所以,从理论上说,应该是行得通的,至少纸面上是平衡的,在黑板上的演算也非常完美。


但在这个气密的铁仓里,情况却全然不同。你不能凭理论呼吸。假如绿藻发育不良,那天才的舍甫列夫也得跟着倒霉;反之,如果舍甫列夫玩完了,那绿藻也活不下去。换句话说,在这个匣子里,这两个物种几乎是完全共栖的关系,它们自身的生存完全依赖对方的存在,而不再依赖外部那个由整个星球担当、以海洋、空气以及各种大小生物构成的巨大的保障网络。被封闭在这个舱里的人和水藻,实际上已经脱离了由其他生命编织起来的宽广网络,形成一个分离的、封闭的系统。正是出于对科学的信念,干练的舍甫列夫爬进了舱室并封上了门。 


绿藻和人坚持了整整一天。在大约 24个小时的时间中,人吸入绿藻呼出的气息,绿藻吸入人呼出的气息。之后腐败的空气把舍甫列夫赶了出来。在这一天临近结束的时候,最初由绿藻提供的氧气浓度迅速降低。在最后一刻,当舍甫列夫打破密封门爬出来的时候,他的同事们都被他的小屋里的那令人反胃的恶臭惊呆了。二氧化碳和氧气倒是交换得颇为和谐,但是绿藻和舍甫列夫排出的其他气体,比如甲烷、氢化硫以及氨气,却逐渐污染了空气。就好象寓言中那个被慢慢烧开的水煮熟的快乐青蛙,舍甫列夫自己并没有注意到这种恶臭。


1982年,在法国开的一次会议上,霍斯展示了一个透明球体太空飞船的实体模型。这个玻璃球里面有花园、公寓,还有一个承接瀑布的水潭。“为什么仅仅把太空生活看成是一段旅程,而不把它当做真正的生活来看待呢?”霍斯问到。“为什么不仿造我们一直游历其中的环境建造一艘宇宙飞船呢?”换句话说,为什么不创造一个活的卫星,来替代打造出来的死气沉沉的空间站呢?把地球本身的整体自然环境复制出来,做出一个小型的透明球体在太空中航行。“我们知道,这是行得通的。”富有魅力的牧场领导者约翰.艾伦说道,“因为这其实就是生物圈每天在干的事情,我们要做的,只不过是找出合适的规模。”


在离开牧场之后,协作牧场的成员仍在继续努力实现这隐秘的生活方舟的梦想。1983年,德克萨斯州的艾德.巴斯,前牧场成员之一,利用家族非常雄厚的石油财富的一部分,为建造这个方舟的实证原型提供了资金。


跟NASA不一样,协作牧场人解决问题靠的不是技术。他们的想法是尽可能多地在密封的玻璃圆顶屋内添置生物系统——植物、动物、昆虫、鱼还有微生物,然后,依靠初始系统的自我稳定倾向自行组织出一个生物圈的大气。生命经营的事业就是改造环境使其有益于生命。如果你能把生物聚拢成为一个群落,给它们充分的自由制造自己茁壮成长所需的条件,这个生物集合体就能够永远生存下去,也没有必要知道它是怎样运转的。


实际上,不仅它们不知道,生物学家们也并不真正知道植物到底是怎么工作的——它到底需要什么,又生产出了什么——也根本不知道一个封闭在小屋子里的分布式微型生态系统到底会怎样运转。他们只能依靠分散的、不受控制的生命自己理出头绪,从而达到某种自我加强的和谐状态。


还没有人建造过这么大的生命体。就连高梅兹那时也还没有建造他的珊瑚礁。协作牧场人对克莱尔.福尔索姆的生态球也只有个模糊的概念,而对俄罗斯的生物圈三号试验的了解就更少了。


这个小团体——如今自称为太空生物圈企业SBV——利用艾德.巴斯资助的数千万美金,在二十世纪八十年代中期,设计建造了一个小棚屋大小的试验装置。小棚屋里塞满了一个暖房那么多的植物,一些负责水循环的别致的管道,几个灵敏的环境监控装置的黑箱子,还有一个小厨房和卫生间,当然还有很多玻璃器皿。


1988年 9月,约翰.艾伦把自己封闭在这个装置中进行了第一次试验,为期 3天。跟叶夫根尼.舍甫列夫那勇敢的一步类似,这也是一次基于信念的行动。虽然是通过理性的推测精选出来了植物,但这些植物作为一个系统怎样才能工作得好,却是完全不受控制的。和高梅兹辛苦得来投放顺序相反,SBV的家伙们只是把所有的东西一股脑儿往里一扔。这个封闭的家园至少能依靠某些个品种的植物来满足一个人的肺活量。


测试的结果非常令人鼓舞。艾伦在他 9月 12日的日记中写到:“看起来,我们——植物、土壤、水、阳光、夜晚还有我,已经接近了某种均衡”。在这个大气循环达到100%的有限生物圈中,“可能原本都是由人类活动产生的”47种微量气体的含量降到了微乎其微的水平,这是因为小棚屋的空气是透过植被土壤传送的——SBV把这种古老的技术现代化了。跟舍甫列夫的实验不同的是,当艾伦走出来的时候,里面的空气是清新的,完全可以接纳更多的人进去生活。而对于外边的人来说,吸一口里面的空气,就会震惊于它的湿润、浓厚和“鲜活”。


“一旦你改变了生态系统,并找到适合播种的种子,以及必不可少的气候窗口,改变就开始了,而且这是不可逆转的。这个合成的生态系统持续运转下去并不需要人的存在,它不受干扰地运转。加利福尼亚的人即使都死了,现在这个合成的动植物群落仍会保持下去。这是一种新的亚稳定状态,只要现有的自我强化的条件不变化,它就会一直如此。”


博格斯认为:“加利福尼亚、智利以及澳大利亚正在非常迅速地会聚合流,成为同样的合成生态。同样的人,同样的目的:弄走那些古老的食草动物,换上生产牛肉的牛。”作为一个合成的生态,生物圈二号实际上正预示着未来的生态学。显然,我们对自然界的影响并没有消失。而也许生物圈二号这个大玻璃瓶能够教会我们如何人工地演化出一种有用的、破坏性更小的合成生态。


在封闭系统中,共同进化的多样性得到了集中体现。把虾倒进一个烧瓶里然后卡死瓶颈,就好象是把一条变色龙仍进了一个镜像瓶,然后堵上入口。这条变色龙会对它自己生成的形象做出反应,就好像虾会对它自己形成的氛围做出反应一样。封了口的瓶子——当内部的回路编织成形然后又变得紧凑之后——就会加速其内部的变化及进化。这种隔绝,就跟陆栖进化的隔绝一样,培育着多样性和显著的差异性。


不过,最终,所有的封闭系统都是会被打开的,至少会出现泄露。我们可以肯定的是,无论哪一个人工制造的封闭系统,都或早或晚地会被打开。生物圈二号大约会每年封闭、打开一次。而在宇宙中,在星系时间的尺度内,星球的这种封闭体系也会被穿透,以交叉的方式相互提供生命种子——彼此交换一下物种。宇宙的生态类型是:封闭系统(各星球)中的某个星系,像被锁在镜像瓶里的变色龙那样疯狂地发明着各种东西。而时不时地,从一个封闭系统中产生出来的奇迹,就会给另外的一个封闭系统带来震撼。





【声明】内容源于网络
0
0
东方红资管
内容 3935
粉丝 0
东方红资管
总阅读2.7k
粉丝0
内容3.9k