每当物理学家理查德·费曼听到别人谈论他所不熟悉的科学领域时，他总爱问这么一个问题：“关于你所讲的这些，能给我举一个简单的例子吗？”如果说话人没能满足这个要求，费曼就开始怀疑了，这理当如此。这个人当真有什么要说的吗？还是在空谈些花哨的术语以炫耀他在科学上的才智？如果你无法相对简化一个困难的问题，就可能意味着你没有找到解决这个问题的正确方法。简化并不只是新手的事。
生物学中的“模式生物”是科学家们精心选择的一些物种，可以让他们的实验相对简化。这些物种能够在实验室中迅速繁殖，相对安全且容易处理，只要对它们进行分组研究就能很容易地做出比对、得出结论。这类生物有：果蝇、小白鼠、斑马鱼、鱿鱼（因为它有着巨大的神经轴突）、秀丽隐杆线虫、拟南芥（一种抗寒的、生长迅速的芥菜类植物，它是第一个完成完整的基因组测序的植物）。人工智能研究中也有一些简化的案例，比较有名的是“玩具问题”，顾名思义，它是对真实世界中那些“严肃”问题的简化。人工智能专家们设计的很多极有意思的程序都是在解决“玩具问题”，比如，有一个程序是在积木世界搭建出简单的结构，整个虚拟世界是由一个平面和一堆积木块构成的。下国际象棋也是一种“玩具问题”。确实，这比开车从缅因州到加利福尼亚州、解决巴以冲突、甚至在厨房里做三明治都更省事。伦理学家则有电车命题，说个最简单的版本：一辆失控的电车行驶在铁轨上，若不变道它将撞死铁轨上的五个人；你手里拿着一个开关，它可以让电车变到另一条轨道上，而如果它冲上另一条轨道，将会撞死一个人。那么你会按下开关吗？
下面我要介绍一个可以帮助人们思考决定论的“玩具世界”，决定论的意思是：某一时刻的事实，包括每个粒子的位置、质量、方向、速度等会决定下一时刻发生什么，以此类推，接连不断。物理学家和哲学家花了上千年的时间来争论我们的世界是不是决定性的，是否有一些真正的未确定的事件，比如没有任何原因所导致的完全不可预测的“随机”事件的发生。即使是有经验的思想家，也会在生活的游戏中找到新的见解。1970年，数学家约翰·何顿·康威（John Horton Conway）和他的研究生们创造了一个让人叹为观止的决定论世界的简化模型。
生命游戏在一个二维网格中发生，就像一个棋盘，可以用鹅卵石或者硬币充当棋子；当然也可以高端一点，用电脑屏幕来显示这个二维网格。这不是一个有胜负之分的游戏，如果硬说是一种游戏的话，它更像是单人跳棋。网格把平面分成了一个个小方格，每个方格的状态要么是关、要么是开。如果是开，在格子中放一权硬币；如果是关，则让格子空着。我们可以看到，每个方格周围都有8个方格：东、西、南、北4个相邻的方格与东北、西北、东南、西南4个对角的方格（见图1）。
图1
在生命游戏的世界中时间是离散的，而不是连续的。时间滴答滴答地前进，游戏世界依照如下规律在滴答之间发生变化。
生命物理：对于每个方格，我们都要计算在当前时刻与它相邻的8个格子中有几个状态是开，几个状态是关。如果一个方格周围有两个格子的状态是开，那么在下一时刻，该方格将保持现有的状态（开或关）。如果一个方格周围有3个格子的状态是开，那么在下一时刻该方格的状态为开，不论它现有的状态是什么。如果是其他的情况，那么该方格在下一时刻的状态是关。
这是生命游戏的唯一规则。现在你已经知道关于生命游戏的全部规则了，生命游戏世界中的物理学就体现在这个简单且普通的规则中。既然它们是这个生命游戏世界中基本的物理定律，那么我们首先就可以借助定律从生物学角度来理解这个神奇的物理现象：把小方格的开当作生，关当作死，时刻的变动当作世代的交替。不论是过度与世隔绝（即周围生存的方格少于2），还是过度拥挤（周围生存的方格大于3）都会导致死亡。下面让我们思考一种简单的情况。
如图2所示，现在只有格子D与格子F拥有3个处在“开”状态的相邻格，所以只有它们会诞生新的一代。而对于格子B与格子H而言，它们都只拥有一个处在“开”状态的相邻格，所以它们的下一代将会死亡。而格子E有两个处在开状态的相邻格，所以它会保持不变。那么在下一时刻，情况将如图3所示。
图2
图3
很显然，该图形会在下一时刻还原到图2的模式。除非场面上突然多了一个状态为“开”的方格，否则这两个图案的交替模式就会啪嗒、啪嗒一直反复不停地进行下去。我们把它称作闪光灯或者信号灯。下面请看图4，下面的图形将会如何变化呢？
图4
完全不变！因为每个“开”的方格周围都有3个“开”的格子，所以它们会继续保持原有的样子。而每个“关”的方格周围都不存在3个“开”的格子，所以也不会有新生。我们管这个图案叫作静止的生命。
只要谨慎地遵循这个唯一的定律，面对任何图形，人们都可以准确地预测出下个时刻、下下个时刻、下下下个时刻……哪些格子开着、哪些格子关着。可以说，19世纪初期著名法国科学家皮埃尔·拉普拉斯（Pierre Laplace）所设想的决定论在生命游戏这个“玩具世界”中得到了完美的展示：给出世界在某一时刻的状态，我们这些观察者就可以利用物理定律完美地预测出世界在未来任何时刻的状态。或者我们也可以这样说：只要我们站在物理的角度，就可以完美地预测生命世界，没有误差，没有不确定性，只有唯一一种可能。并且，这个二维的生命世界还告诉我们，没有观察不到的东西。没有后台，没有隐藏变量，事物的物理现象在生命世界中直接展露，完全可见。
如果你觉得用这个定律一遍遍地演算非常枯燥，也可以使用电脑来模拟。你可以在电脑程序里输入初始图形，让它来帮你执行运算，图形就会根据那个唯一的规律一次又一次地改变形状。你可以利用更好的模拟程序随意调整时间和空间的跨度，时而聚焦局部时而俯视全局。
人们很快就能发现，有一些简单图形会比其他图形更有意思。让我们设想一条斜线，如图5所示。
图5
这个图案不是闪光标。每一次更新，该斜线两端的两个“开”着的方格都会因孤立无援而死亡，而且也不会有新的诞生。过一会儿，整条斜线就消失了。除了永远不变的图形（如“静止的生命”）和逐渐消失的图形（如这条斜线）之外，还有很多可以进行周期性变化的图形。比如我们已经见过的闪光标，它形成了一个两代的周期，除非有其他的图形侵入，否则这种周期性变化会永远持续下去。侵入现象是为生命游戏增添趣味的一个元素。在进行周期性变化的图形中，有些可以像变形虫一样游动。其中最简单的是滑翔机，这个由5个像素组成的简单图形看起来就像是在往东南方飞去，如图6所示。
图6
除此之外，生命游戏世界中的“居民”还有很多，比如吞噬者、河豚列车、空间之耙以及其他一些名字起得很妙的家伙们，以这样的方式命名意味着我们是在一个新的、类似于设计的层面上认识它们。与在物理层面上对它们作出枯燥的描述相比，使用这个层面的语言显然为我们省去了不少麻烦。比如，美国作家威廉·庞德斯通（William Poundstone）曾这样来描述图7：
吞噬者将在四个时刻之后吃掉滑翔机。不论吞噬者捕杀什么，基本过程都是一样的：首先，吞噬者和它的猎物形成接触。在下一刻，双方接触的部分都会因过度拥挤而死亡。随后，吞噬者进行自我修复，而它的猎物不会。只要猎物残存的部分继续向前滑翔并且自我消亡，那么就算吞噬成功。（Poundstone, 1985, p. 38）
图7
请注意，当我们转换到一个新层面上来谈论这些图形的时候，我们在“本体论”上，即我们有关存在的总目录上也会发生些微妙的变化。在物理层面上，这个世界没有移动，只有开和关，唯一存在的个体是那些有固定位置的小方格。而在设计的层面上，我们一下就“看到了”移动的持续存在对象。在图5中，向东南方移动并不断变形的是同一架滑翔机，尽管在每一时刻它都是由不同的小方格构成的，而在图7中，吞噬者“吃掉”了一架滑翔机，也就是说生命世界里少了一架滑翔机。
我们还应该注意，因为在物理层面上只有普遍的定律而没有例外，所以我们在设计层面上的概括必须滴水不漏：我们概括时必须加上“通常”或者“假如没有别的东西侵入”等等限定语。上一刻留下的一小块杂物，也许在下一刻就能将这个本体论层面上的“东西”“摧毁”或者“杀死”。对这个层面来说，可以把小方格当作具体物来看待的这一特性相当重要，但却不那么保险。这一特性之所以重要，是因为人们上升到这一层面，采用这种本体论视角，才能够预测出更大图形构造或者结构系统的行为动向。这样做会冒一点风险，但却省去了在物理层面的繁琐计算。比如说，我们一个人自己就能设计出一些有趣的超级系统，它们是脱离“部分”而言的，我们可以试着利用一些在设计的层面上可用的“零件”来设计一个超大的图案系统。
康威和他的学生们就给自己设定了这样一个目标，并且完成得极为出色。他们设计并证明了：在生命游戏中创造出一个能够自我复制的物体是可能的。他们设计的东西可以完美地复制出一个新的自己，而复制品会继续复制，直至无穷，无可阻挡地扫过这无尽的平面。另外，它还是一架通用图灵机。原则上说，它可以运算一切能在计算机上运算的函数！
康威和他的学生们到底受何启发才创造出了这样一个世界，并在其中创造出了如此神奇的东西呢？他们试图在一个非常抽象的层面上回答生物学的这个核心问题：一个可以自我复制的东西所需的最小复杂性是多少？他们遵循的是约翰·冯·诺依曼在很早以前想到的一条巧妙思路，冯·诺依曼直到1957年去世前一直都在钻研这个问题。诺贝尔生理学或医学奖获得者弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森在1953年发现了DNA的结构，但DNA如何工作却一直是一个谜。冯·诺依曼非常详细地设想过一种漂浮机器人，它可以利用一些零散的碎片来制造自己的复制体，并不断重复这一过程。他还描述了一个自动机是如何读取它自身的设计图、并将其复制到它创造的那个新个体中去的。他很具体地预见到了后来所发现的DNA表达和复制机制。为了让自动机在数学上既严格又易于处理，冯·诺依曼把问题转换到了简单而抽象的二维平面当中，这就是著名的细胞自动机。生命游戏中的那些小方格就是细胞自动机的一个恰当实例。
康威和他的学生们想要具体地证明冯·诺依曼的理论，他们打算创造出一个具有简单物理定律的二维世界，并在这个世界中创造出一个可以稳定地进行自我复制的装置。像冯·诺依曼一样，他们希望自己的答案尽可能地一般化，这样才能最大限度地独立于现行的（地球的？本地的？）物理学与化学。他们需要的是极为简单的东西，既容易想象又容易计算，所以他们不仅把问题从三维世界转换到二维世界，并且还把时间与空间数字化了。就我们看到的，时间和空间完全由“时刻”与“方格”的数量来代替。冯·诺依曼曾在图灵机设想的基础上，详细设计出了通用存储程序串行处理计算机，现在我们把它称作冯·诺依曼机，还精彩探讨了这样一个计算机所需要的空间和结构特性。冯·诺依曼已经意识到，在原则上我们可以在二维世界中制造一台图灵机，并对此给出了证明。(96)而康威和他的学生们也打算在他们设计的二维世界中证实这一点。(97)
这可不是一件容易的事，但他们还是向我们展示出了如何利用一些简单的生命形式“构造”出一台可工作的计算机。比如，一串运动着的滑翔机可以变成输入或输出的“纸带”，而吞噬者、滑翔机和其他零零碎碎的小东西可以组合成一个读写器。那么，这台机器看起来是怎样的？庞德斯通经计算得出，整台机器将占用大约1013个小方格或像素：
要想显示一个1013像素的图形，需要一个至少有300万像素宽的显示屏……想象一个高分辨率的屏幕，类似你的笔记本电脑或iPad，不过它的宽度要达到800米。如果从全景上看，这个自我复制图案中的像素会小得几乎不可见。当你距离屏幕足够远，让整个图案完全进入视野中，其中的一个个像素会变得极为微小，即使它们组合成的滑翔机、吞噬者或一把手枪也无法辨识。整个自我复制的图案构成一条朦胧的光带，看起来像是银河。（Poundstone, 1985, pp. 227-288）
换句话说，当你在二维世界中用足够的零件去组合一个能够进行自我复制的东西时，这些零件就像是原子，而那个东西则像由原子组成的微生物，两者之间的大小实在相差太多。而且你或许也无法让那个东西的复杂度降得更低了，虽然这一点没有经过严格证明。
生命的游戏可以阐释很多重要的原则，我们可以用它来构想许多不同的论证或思想实验，但在这里我只想指出其中三点，其他的留给你自己去发掘。第一，在生命游戏中，物理层面和设计层面之间的差异是怎样变得模糊起来的。比如说，滑翔机到底算是一个被设计出来的东西还是一个像原子和分子一样的自然物？如果真要说的话，康威和他的学生们用滑翔机、吞噬者之类的组件构造出来的纸带阅读机才肯定算得上是被设计出来的东西，而那些小零件只是原材料，是生命游戏世界中的简单“物”。滑翔机无需设计发明出来，它只是我们在生命游戏的物理学预设中发掘出来的。当然，那个世界中的一切东西也都是如此。在生命游戏的世界中，所有东西都是严格地蕴含在它的物理学和那无穷无尽小方格的构造中，通过那套简单的定律我们可以直接从逻辑上推出这一结论。只不过，在那个世界中有某些东西看上去比别的更加奇妙，更加令理解力低下的我们无法预料而已。有些人认为，康威的那台可以进行自我复制的计算机，也就是这条像素银河也“仅仅”是一个生物大分子，只不过其运动周期极长、极复杂。这倒是很好地解释了一些人在生物学和生命的起源问题上的一个平行看法。有人会说，氨基酸就是氨基酸，它无需被设计，可是仅凭氨基酸就能合成蛋白质，这简直太神奇了，至少得经过点儿什么近似设计吧。看来，还需要我再讲一遍达尔文的进化论啊。
第二，生命游戏的世界是决定论的，我们可以预测所有可能图案的未来，但奇妙的是，它们的过去往往完全是个谜！想想由四个开着的方格组成的静止生命吧。不管是观察它还是它的相邻方格，你都无法从中获悉它过去的状态。说到这一点，请注意，只要那四个方格中有三个开着，那么在下一刻它们就都将是开着的，“静止的生命”就会出现。而过去到底哪一个方格是关着的，这是一个无效的历史事实。
第三，回想一下“噪声”和碰撞对于突变的发生有多么重要，与其他创造性的过程一样，进化也源于突变。可是康威构建的巨大的自我复制体却无法发生突变。它总是完美地复制自身，若要把突变机制引入进来，整个构造必须增大数倍。为什么呢？因为生命游戏的世界是决定论的，唯一可能的“随机”突变只能由一些游荡的小物体带来，它们貌似随机地在屏幕上游动，破坏别的物体。但是，在生命游戏中能动的最小物体就是“滑翔机”了，你可以把它想成是单光子或者宇宙射线，以生命物理学中的光速在运动。其实单单一架“滑翔机”就能造成很大的破坏，如果非要让它只是对一个自我复制体的基因组织作出“调整”而不是摧毁这个基因组，那么这个基因组必须比“滑翔机”巨大得多，也要足够强壮。如果事实证明，那些银河般巨大的集合体实在脆弱，无法经受住一阵偶然降下的“滑翔机雨”的考验，或许就可以很好地说明，无论我们在生命游戏的世界中设计出的物体有多大，它都不会发生进化。
