大脑这台最好的计算机，没有内在生命

访谈从一部五十多年前的电影开始。Penrose 在别处说过，《2001太空漫游》是他最喜欢的电影，他至今仍认为，这是把细节做对了的科幻片。有人把《星际穿越》称为最讲科学的电影，但在他看来，它根本比不上《2001太空漫游》，后者在自由落体和其他上百个细节上都下足了功夫。开场那个从骨头到飞船的剪辑，至今仍让他惊叹。至于那块巨石板，他把它当作 Arthur C. Clarke 的情节装置，而不是某种关于创新的理论。他一直是 Clarke 的粉丝。

让这场谈话变得尖锐起来的，是 HAL 9000。它认为飞船上的宇航员会妨碍任务，于是决定把他们清除。Fridman 问，HAL 这样做对不对，将来的系统是否也应该这样做。Penrose 听到的却是一个更靠前的问题：我们是否应该相信 HAL 真的有意识？电影就是这样处理的：HAL 表现出类似痛苦的样子，似乎隐约懂得死亡意味着什么，而且它不喜欢被关掉的念头。如果 HAL 只是一台极其精密、却没有这些感受的计算机，那么关掉它就只是一项技术操作。如果它有意识，那么关掉它也许就是错的。

他说，这个分岔点正是许多 AI 研究未经言明的前提：只要计算堆到某个门槛，意识就会自己出现。问题就来了。人们想要 AI 的一个原因，是能把设备送到遥远的行星上，而不必花钱把人接回来。如果这台设备是有意识的实体，把它留在那里就是不道德的，而认为造出 AI 就能免除对它的责任，这种想法是错的。他曾经想用 Douglas Hofstadter 来做一个归谬：他提出某些大整数也必须是有意识的，以此把对方逼进这个困境。结果 Hofstadter 欣然跳了进去，还觉得这个结论完全合理。Penrose 说，人们之所以这样想，基本上是因为他们想不出别的可能。

在 Penrose 看来，头脑里真正被我们称为计算的大部分工作，其实是小脑（cerebellum）完成的。他是从外行切入这个问题的，有些解剖学事实让他印象深刻，而人们几乎很少提起。人脑中的小人图（homunculus）乱成一团：视觉在后方，脚在顶部，右手位于左侧，感觉图和运动图彼此相对，而不是紧挨着。这大概是你能想象到的最糟糕的组织方式。它不可能只是自然界的一次失误，背后一定还有别的原因。它看起来不像一张电路图。

他最初接触这些问题时，有人告诉他，小脑的神经元数量大概只有大脑（cerebrum）的一半；大脑就是顶上那层皱巴巴、人人都在谈论的部分。现在人们告诉他，小脑的神经元要多得多，连接也多得多，计算上的活动远比大脑复杂。它位于后下方，看上去有点像一团毛线球。钢琴家不会在精确的那一毫秒，有意识地命令小指按下琴键；网球运动员也不会算计哪块肌肉朝哪个方向发力。音乐的感受或者击球时的战术，也许才属于意识。那种精准来自小脑。而据我们所知（这一点有些争议），小脑是完全无意识的。

这正是整场谈话的转折点。如果计算会产生意识，那么小脑做了大量计算，却没有产生任何意识，差别到底在哪里？从计算的角度看，大脑的交叉布线和那些古怪的脑叶，效率看上去低得离谱。大脑里一定也在进行大量计算，但在这件事上，小脑似乎更擅长。他说，把大脑仅仅理解为一台复杂的计算机，完全抓错了重点。

Fridman 请他谈谈哥德尔不完备定理，以及它如何与计算和意识发生关联。Penrose 说，这个想法是他在剑桥读研究生的第一年形成的。他在伦敦读本科时，曾和同伴 Ian Percival 一起担心：哥德尔似乎表明，数学里总有一些东西是永远无法证明的。到了剑桥，他名义上做的是代数和几何，却旁听了三门与自己研究无关的课：Hermann Bondi 讲广义相对论，狄拉克（Paul Dirac）讲量子力学，还有一门数理逻辑。Bondi 讲得生动，让相对论活了起来。狄拉克条理清楚，却似乎从来不见兴奋。逻辑课讲了图灵机和哥德尔，讲法和 Douglas Hofstadter 那本书不一样。

假设你所说的证明，是一种计算机可以检查的东西：许多步骤，再加上一个能判断你是否遵循了规则的算法。那你凭什么相信那个“是”确实为真？因为你已经逐条审视过这些规则，看出它们只会推出真理。接着，哥德尔（Gödel）构造了一个数学命题，它正是这个系统本应能够判断的那一类命题。从它的构造方式和它所表达的意思看，你能够看出它是真的，而且它依据你所给出的规则是无法被证明的。你相信它为真，只依赖于两件事：你信任这些规则不会说谎，并且看到编码是正确完成的。Penrose 说，这让他大为震撼。这种看见，和任何证明一样可靠，而且它能让你超越这个系统。

是什么让你能看到系统之外？是对这个系统究竟在说什么的理解，也是对那个构造出来的命题究竟在说什么的理解。这种品质不受规则支配，它也不是某种计算程序。有人说，一套规则和另一套规则没有区别，这并不对。你必须理解规则意味着什么，以及这种理解为什么能给你规则本身之外的东西。理解规则为什么能给出真理，就能让你超越规则。那时，一个念头就已经进入了他的脑海：理解力（甚至智能，乃至意识）是站在规则之外的。

他一直把注意力放在理解上，而不是创造力上。有人可以在纸上写下奇怪的符号，机器也能做到这一点；至于“机器不可能有创造力”这种说法，他也不知道该怎样回应。理解则不同。借助哥德尔，你能看出它确实是某种东西，哪怕很难准确指认。作为数学家，他从来没有给出过形式化的定义。他能做的，是指出它的轮廓。

他有时会画一幅漫画。前景里，一位数学家正在证明一个定理（定理里有个小笑话，这里不必细说），而一只剑齿虎正从灌木丛里扑过来，准备吃掉他。远处，他的同族亲人们在种庄稼、搭建住所、驯化动物。近处，一头猛犸象正掉进陷阱，人们马上就要去抓住它。理解力并不是数学家私人的玩具。它是祖先得以存活的东西：在行动之前，看出陷阱，判断猛犸象的路线，知道什么时候该收网。自然选择为此付出了代价。数学只是后来的一个分支。

当被要求绕着定义打转时，他给出了一个难以把握的说法：退后一步，去思考自己的思维过程。这就是哥德尔式的那一步。你不再只是遵循规则，而是在思考规则。你正在做某件事，然后忽然想：我到底在干什么？你从正在玩的游戏里退到外面。你不再是在玩了，而是在思考玩游戏是怎么回事。这不是一个精确的描述。不知为何，它却感觉非常真实。他希望，这种反省有朝一日能被找到，成为有意识的生命所拥有的优势；而他认为，这种优势的根源可以追溯得很远。

Fridman 问，如果理解力是进化而来的，那么这条线可以追溯到多远。Penrose 认为它不限于人类，也不是从灵长类才开始的。他描述了非洲野犬的狩猎，大概出自 David Attenborough 的某部纪录片：野犬分成两组。一组躲在河边。另一组把羚羊赶向水边，羚羊在那里放慢脚步，埋伏的野犬便扑上去。它们不知怎么就计划好了这一切。他不知道究竟是怎么回事。在他看来，这里面有一种有意识的谋划成分。它听起来不像一个自下而上的神经网络，靠海量样本训练出来，捕捉着你自己甚至都察觉不到的信号。那不像理解。

大象更让他动容。象群的领头是一只母象。到了某个地方，她会绕一段很长的路，其他大象也跟着走。那里是她姐妹死去的地方，地上还散落着骨头。它们会把骨头捡起来，传来传去，轻抚，再放回去，然后离开。它们到底在干什么？这和自然选择没有明显的直接联系。其中有某种深沉的感受，与它们的意识体验相连。他倾向于认为，这类行为总体上是有利的，但它是从体验本身流淌出来的，并非一步一步为生存雕刻出来的模块。

章鱼身上也表现出同样的品质，人们愿意把它叫作意识，但它们的进化路径与我们完全不同。它们是追溯到一个共同祖先，还是各自独立产生的？无论答案是哪一个，对于意识究竟是什么，都会有影响。Fridman 在想，我们是不是得把我们所熟悉的那种确定性机器全部抛弃。Penrose 希望，答案可能是某种简单的东西。他并不是说意识必须是生物性的。我们不知道。我们也不知道，所谓“物质”究竟是什么。

他仍然认为自己是一个唯物主义者，意思是不会有什么神秘的东西从不知何处冒出来。他并不喜欢这个词，因为我们不知道“物质”究竟是什么。如果理解力不是计算性的，它仍然必须依托于某种物理过程。牛顿力学可以放在计算机上运行。连续与离散之争，他后来认为大概不是关键所在；只要足够接近就行，不过他也许哪天会收回这句话。Bondi 的课程里讲的广义相对论，同样可以放在计算机上运行。如今，人们可以计算黑洞相互螺旋靠近的过程，以及引力波的形状。LIGO 探测到了这些信号。这是计算能够描述爱因斯坦理论的一个佐证。接近，但这已经足够接近了吗？

接着是狄拉克的第一堂课。狄拉克说，一个粒子通常要么在这里，要么在那里；但在量子力学中，它可以同时在这里和那里。他拿出一截粉笔（有人说他把它掰成了两半）来演示位置的叠加。Penrose 的思绪飘走了。他不记得讲解的内容了，好像跟能量有关，似乎跟什么都扯不上关系。也许这样反而更好，因为那大概是一类用来让你安心的话。此后他一直在为此担忧。在某个地方，位置会变成这一个或那一个，而这一点并不包含在薛定谔方程（Schrödinger equation）里。

顺着薛定谔方程走，除了连续性的问题，你就可以把它放到计算机上运行。这个理论并不完整，在某种意义上也并不完全正确，因为要与我们所看到的世界对应起来，你就必须打破这个方程：状态约化，波函数坍缩。薛定谔对此深感震惊。他提出那只猫，是一种抗议：你看，我的方程把我们带到了这里，一只猫同时又死又活；必定还缺了点什么。仔细读来，爱因斯坦、薛定谔和狄拉克，都希望有某种超出现有理论的东西。狄拉克态度谨慎，但在恰当的地方他说，量子力学只是一个暂时的理论；我们需要某种能解释坍缩的东西。Penrose 认为，缺失的那一块，与图灵机在意识问题上所留下的空缺属于同一类，而且它是在引力介入时才出现的。

这个冲突是后来才想清楚的：狄拉克的叠加，与伽利略的等效原理（equivalence principle）之间的冲突。等效原理是广义相对论的种子。在自由下落中，至少在局部范围内，引力场会被抵消。伽利略设想的烟花在空中炸开，形成一个火花球，下落时仍保持为球形，仿佛没有重力一样。宇航员看到地球就在那里，却感觉不到任何引力，因为他们处于自由下落之中。爱因斯坦正是在这一点上建立了他的理论。叠加说的是，一个质量可以同时处在这里和那里。等效原理说的是，引力场取决于质量所在的位置。同时位于两处的质量，应当有两个引力场。哪一个才是真实的世界？

在极小的尺度上，这种冲突并无大碍。Penrose 认为，当叠加足够“重”的时候，自然就被迫作出选择。这个选择就是坍缩，而它不是计算。无论意识是什么，它都不是可以用计算来描述的物理过程，但它仍然可能是物理的。人们一听到“量子”，就以为神秘之处早已存在于普通的量子生物学中。他想要的是更激进的东西：必须走到常规量子力学出错的地方去。光合作用在基础层面上运用了量子力学，远超普通化学所能解释的范围。神经元也许同样如此。顺着薛定谔方程走，仍然是可以计算的。在他那种少数派的观点里，引力必须改变量子力学的结构，而不只是待在量子力学之内。通常所说的“量子引力”，指的恰恰相反：让引力去适应量子形式体系。他想要的是一条双向的路。他没有这套理论。问题就出在这里。

他原本打算退休后写一本通俗读物。一场关于 Edward Fredkin 与 Marvin Minsky 的广播讨论催促了他。他们设想，走进一个房间，里面远处的两台计算机已经交换过的想法，比全人类加起来还多。他明白他们的出发点，但他并不相信。他写《皇帝新脑》（The Emperor's New Mind）的时候，霍金正在写《时间简史》；Martin Gardner 为它作序，那是在霍金找到 Carl Sagan 为自己的书作序之后。写作过程中，Penrose 意识到，他对神经生理学一无所知。于是他开始读书，想弄清楚神经信号如何能保持量子相干性。他读到的一切都说，穿过湿润、充满离子的组织的电信号，根本不可能被隔离。希望渺茫。这本书快写完时，他差不多放弃了。

接着，Stuart Hameroff 给他写来了一封信。你大概不了解微管吧？它们是有丝分裂时把染色体拉开的细小管道，几乎存在于每一个细胞中，只有红细胞例外。Hameroff 的本职工作是全身麻醉：可逆地关闭意识，让病人感觉不到疼痛，再让意识恢复。这些麻醉气体的化学性质各不相同，作用机制也并不清楚。Hameroff 认为，它们是作用于微管的。Penrose 被管状结构的对称性吸引住了。他有理由相信，对称的结构比杂乱的结构更能保持量子相干性；一旦量子态泄漏到环境中，就全完了。当时他还不清楚不同晶格类型之间的区别。他们的主张不只是“这是量子力学的”。他们的说法是，测量过程，也就是状态约化，就发生在那里；而非可计算性正是从那里进入的。

编排式客观约化（Orch-OR）分成两部分。OR 认为，坍缩是一个客观的引力事件，每一次坍缩都是原始意识的一个元素，是经验的构件。Orch 则认为，大脑以某种方式把这些事件编排成真正有意识的生活。在后半部分上，Penrose 说得很直接。他干脆地把“编排”（orchestrated）这个词搁到一边。它真正意味着什么，也许比“物质”（material）一词还要模糊。实验并非无所作为。Dirk Bouwmeester 在莱顿和圣巴巴拉之间来回奔波，正在设计一项测试，检验在没有引力效应的情况下，量子力学是否必须加以修正。Hameroff 的团队则在研究麻醉气体是否直接作用于微管。Penrose 说，这是我们手里少数几个抓手之一，因为这些气体恰恰能特异性地关闭意识。他不愿夸大其词，但证据确实指向这个方向。这一观点仍是少数派中的少数派，不过它已经不再只是他们和几个朋友的事了。

Penrose 把物理理论分为卓越的、有用的和试探性的三类。Fridman 问，我们将来会不会拥有关于智能与意识的卓越理论。也许会，但我们离它还远。他认为，我们甚至还没有进入试探性的那一档。目前没有一幅多数人接受的图景。大多数观点都在某种形式上是计算性的，而即便如此，人们也说不清楚：一方面说意识是计算性的，另一方面又把它当作非计算性的来谈，也说不清楚它究竟在计算什么。早期的量子物理学家常常把因果关系倒过来理解：只有当有意识的存在去观察时，坍缩才会发生。仍有几位著名物理学家持有这种观点的某种版本。Penrose 的看法几乎恰恰相反：自然一直在做选择，而且是以某种我们并不理解的非计算方式在做选择。这种选择就是那个基本构件。意识依赖于状态变成这一个或那一个，而非反过来。

他习惯把理解放在觉知、理解、智能这三者的中间。一个实体如果不理解，还能被称为智能吗？如果它没有觉知，又能说它理解吗？他所用的这些词，他自己都无法给出定义。它们带着一点诗意，而不是数学式的。作为数学家，他至少能指出它们之间的联系，而理解正是哥德尔让他能够说点什么的地方。感受蓝色是什么样的，你看到的蓝色和他看到的蓝色是否相同，还有通感让颜色和声音混在一起——从基础物理学的角度看，我们离解答还差得很远。Orch 的那部分，即大脑如何把原始意识事件绑定成一段生活，也许会出奇地简单。但目前，我们仍然完全摸不着头脑。

Fridman 转向 2010 年出版的《Cycles of Time》，以及大爆炸之前的宇宙。Penrose 不喜欢把它叫作另一个宇宙；这些时代并不彼此分开。他是在稳恒态图景中长大的，那种图景没有大爆炸，氢是随着空间膨胀而被创造出来的。他觉得这种图景在哲学上很优美，而宇宙微波背景（microwave background）则把它推翻了。Fred Hoyle 把“大爆炸”当作一种嘲讽；这个名字就这样留了下来，正如“薛定谔的猫”一样。电视机屏幕上的雪花点，其中就有这种背景辐射，它来自大约宇宙诞生后 38 万年的时刻。爱因斯坦希望宇宙是永恒存在的。Friedmann 和 Lemaître 求解他的方程，发现了一个高度集中的初始状态，Lemaître 把它称作原初原子。

他说，这些方程运作得非常漂亮，唯独暴胀（inflation）是个例外：在一段极短的时间里（这个时间的分母大约有 32 到 36 位数），宇宙应当没有任何明显理由地指数式膨胀，而这依赖于一个凭空设想出来的暴胀子场。他觉得这完全是疯了。更深层的问题是热力学第二定律。随着时间推移，事物会变得越来越无序；往回推，它们会变得越来越不随机。你能直接看到的最早的东西，就是微波背景辐射，而它最引人注目的特点，是它十分随机：普朗克谱，热力学曲线，熵处于最大值。此后，熵一直在上升。他把这称为房间里的猛犸象。宇宙学家为什么不担心呢？

他们看到的是处于最大熵状态的物质和辐射。他们没有直接看到的是引力。引力的熵非常非常低，它的低熵体现在它的均匀性上，而这一点在微波天空中同样可以看到。在他看来，这是宇宙学中最大的问题。但似乎没有人为此担心。人们说，他们已经解决了所有问题。他们以为暴胀可以解决这个问题，其实不能。暴胀可以拉伸已经存在的均匀性，却无法从一团混乱中凭空制造出均匀性。他说，这一点再清楚不过了，而这个领域却绕着它走。

他从“无聊”说起。21 世纪的超新星观测表明，宇宙的膨胀是指数式的；爱因斯坦为静态宇宙引入的宇宙学常数，后来被他称为自己最大的失误，但其实并不是失误。未来会变得越来越无聊。黑洞会吞噬星系团，仙女座星系的黑洞会吞掉我们银河系的黑洞。然后，再等上难以想象的漫长时间，霍金辐射会把这些黑洞蒸发掉。宇宙越来越冷，越来越稀薄。谁会感到无聊？不是我们。光子也许会，但光子对时间的体验和我们不同。按照 Penrose 以前处理引力辐射的方式，无穷远只是另一个地方。如果没有质量，你可以把它压缩下来，光子就能抵达那里。通常的看法是，另一侧什么也没有，只有一道边界。

他举起 M.C. Escher 的“圆极限”系列里的天使与恶魔，那些图案是 Escher 借助 Coxeter 的数学完成的。这些生灵挤向边缘，形状相同，却越来越小。对我们来说，它们的无穷远是一个圆。双曲几何让这一点变得精确。光子没有质量。我们的时钟之所以精确，依赖两个方程：E=mc² 和 E=hν。质量就是频率；有质量的粒子就是一个时钟。没有质量，就没有时钟，没有尺子，没有尺度，只剩下共形结构，也就是那些天使在缩小时保持不变的形状。在遥远的未来，黑洞都蒸发之后，剩下的正是这些。大爆炸时则相反：温度更高，密度更大，粒子接近光速，质量相对于能量可以忽略，尺度又一次消失。对一方做共形压缩，就能得到另一方。炽热致密与寒冷稀薄，看起来不同，感觉不同，本质上却几乎相同。

前一个时代的遥远未来，就是我们的大爆炸。信号可以穿过边界。他提到的两种主要信号都与黑洞有关：黑洞碰撞，把引力波倾泻进下一个时代。他和合作者 Vahe Gurzadyan 就此写过一篇论文，其中也谈到了费米悖论（Fermi paradox）。如果文明能够把某种东西送过边界，那我们为什么没有听到？因为我们不知道该怎样去听。搜寻地外文明（SETI）依然是合理的。另一个值得观察的方向，是高度成功的文明：他们驾驭了信号，供另一侧任何能接收它们的存在使用，而不是那些先到达此地的邻居。宇宙学家觉得这个想法很离谱。在 Penrose 看来，光子需要一个去处，这并不是什么离谱的想法。

当被问到物理学或数学中最美的思想时，Penrose 首先想到的是复分析，而不是引力或量子理论。整数，然后是分数，然后是构成连续直线的实数。接着，x² = -1 没有实数解，于是你引入 i。只是一个小小的添加，却会冒出许多你从未想象过的结构。这一构造后来被证明是量子力学的关键基础；薛定谔方程中的 i 绝不是装饰。至于数学是发明的还是发现的，他毫不含糊：是发现的。它比你想象的更像考古学。这与他一生的其他想法相吻合：结构早已存在，形式系统永远无法穷尽它，而心智能够站在系统之外去看见它。

生命的意义，他不会说这是个愚蠢的问题，尽管许多科学家同事会这样说：分子聚在一起，那又怎样？他认为其中还有更多的东西。至于那“更多”究竟是什么，他并没有什么确切的想法。它或许与意识的机制相关。这些谜团互相缠绕：意识，量子力学，量子如何与经典世界相衔接，甚至连复数的奥秘也包括在内——这些数学难题似乎都关系到物理世界如何运作。“我们仍然只触及了表面，要真正理解这些，我们还有一段漫长而巨大的路要走。”Fridman 以《皇帝新脑》中的一段话收尾：孩子们不怕提出那些让大人尴尬的基本问题；而“有意识的心智不可能像计算机那样运作”这件事，是一个孩子也能看出来的显而易见之事。