根据以上概念,我给出8个要点。
1.涌现现象出现在生成系统之中。这些系统是由那些种类相对较少并遵循着简单规律的一些基本元素及其大量的“副本”组成的。一般来说,这些元素及其副本相互作用,从而形成阵列,如国际跳棋、网络、物质空间中的点等,这些阵列在转换函数的作用下可以随时间变化。
2.在这样的生成系统中,整体大于各部分之和。系统各部分间的相互作用是非线性的,所以系统的整体行为不能通过相对独立的各组成部分行为的简单叠加得到。换句话说,系统行为中存在一些规则,这些规则无法通过直接考察各组成部分所满足的规律得到。这些整体行为规则不仅可以解释或部分解释系统的行为,而且能够说明特定的行为控制方式。例如,在国际象棋中,一个棋手采用基于某种兵形的策略可以持续获胜。
生成系统的定义尽管决定了其他方面,但也只是简单描述的起点而已,以后的活动则要通过进一步的考察和试验来决定。从这种意义上讲,输出大于输入。
3.生成系统中一种典型的涌现现象是,组成部分不断改变的稳定模式。涌现现象让我们回忆起湍急的小溪中不断冲击石块的水流形成的驻波,其中的水分子不停地变化,而驻波的形状基本不变;在这一点上,它们同那些由固定成分组成的固态物质有所不同,如岩石和建筑物。典型的例子是国际象棋移动和变化的兵形,或者一系列神经元的反射。有机体组织存在这样一些稳定的模式:两年之内,构成它的所有原子都会被更新,而且大部分成分大约几周就更新一次,而有机体组织的整体外形和功能一般不会有大的变化。
只有这样稳定的模式才会对生成的系统将来的结构产生直接、可追踪的影响。当然,系统的规则确保了所有结构间变化的因果关系,而只有这样的稳定模式才能确保这些系统进行持续、可追踪的演变。
4.一个稳定模式所在的环境决定了它的功能。由于非线性的相互作用,环境会对模式产生影响。在康威自动机的影响下,滑翔机就会有不一样的用途,这就是环境影响功能的一个简单的例子,却很能说明问题。生物系统的多样性则提供了一个更复杂的例子。举个例子,三块连接在一起的骨头,起初是鱼的鳃弓的弹性联结装置,后来演变到爬行动物时,这个联结装置的作用是让它的嘴张得更大,再后来则演化为哺乳类动物内耳中的联结装置。这三块骨头的联结装置结构清晰并随着时间的流逝保存下来,但受环境影响,它的功能发生了变化。正是这种环境因素的变化,导致我们难以从后验的角度描述涌现现象。
5.稳定模式之间的相互作用带来了约束和校验,随着这样的模式数量的增加,系统的“能力”也会增强。举一个简单的例子:请想一想,生物通过DNA代码冗余来加速修复其复制过程中局部错误的方式。随着个体数量的增长,蚁群和神经网络会表现出新的能力,则是两个更加复杂的例子。
非线性相互作用以及由其他模式(有时只是给定模式的副本)决定的环境的作用,都增强了这种能力。特别是在随着参与者的数量增加,可能的相互作用的数量以及可能引起的反应的复杂程度,也出现了急剧增长,比如按阶乘级数增长。
6.稳定模式通常符合宏观规律。当可以用公式表达宏观规律时,对整体行为模式的描述就不必再借助那些决定个体行为的微观规律,即生成器和约束。相对于其组成元素的行为细节,宏观规律通常更加简单。描述康威模型系统中滑翔机行为的规律就是一个很明显的例子。
7.“存在差别的稳定性”是那些产生了涌现现象的规律的典型作用结果。例如,在塞缪尔的国际跳棋程序中,新的策略或新的权重,是通过修正那些稳定战胜对手的策略的权重得到的。在神经网络中,稳定的反射模式可以转变成具有更复杂行为的组成元素,即赫布的细胞集群。另外,在达尔文的生物进化论中,能够产生新变异、持续时间足够长,以至于足以积累足够的资源来复制自己的那些模式。
存在差别的稳定性具有不同的表现形式。有些模式只在没有遇到其他模式时存在;另一些模式则存在于相互作用中,并逐渐分解或者转化为其他模式;还有一些稳定模式只同极少数其他模式发生相互作用,并在所有其他环境中保持形式不变。
存在差别的稳定性对生成过程可以有很强烈的影响。那些在多种相互作用中都存在的稳定模式很可能在生成过程的早期起关键作用。这样,可以尝试许多可能的组合,进而提高出现更复杂的稳定模式的可能性。在这些一般模式的基础上,出现了相互作用范围非常有限的特殊模式。特殊模式偶尔也会以某种共生的方式同一般模式结合在一起,并避免一般模式受到足以导致它解体的相互作用的影响。
图1中这个默认层次形成过程的图例,说明了这样的相互作用。
图1 一个默认的层次
有一个简单的生命体,例如一只蚂蚁,我们假定它遵守这样一条一般规则:无论何时,蚂蚁察觉到任何移动的物体都会逃走。绝大多数情况下,蚂蚁都严格遵循这样的规则,因为周围环境中多数运动着的、较大的物体都可能使它“解体”。这条规则经常被验证,常常能让蚂蚁避免受到伤害并且没有直接的损失。即使没必要避开时,它依然会这样做。所以从另一方面来看,这个规则也导致蚂蚁没有机会与其他运动中的蚂蚁直接接触,长期而言,这是非常有害的。肯定有其他特殊的规则存在,对第一条规则进行了修正:如果物体是[运动的]并且[是小的]并且[发出了“友善的”信号]则[接近这个物体]。当这些特殊条件满足时,这个特殊的规则就会起作用,于是,一种共生的关系就出现了。特殊模式避免了一般模式的缺陷对整体造成的长期损害;同时,一般模式则在不会引发特殊模式的情况下防止个体的“解体”。
相比特殊模式,一般模式的稳定性更容易验证,因为一般模式能在非常大的范围内得到验证,而与此同时,只有极少量特殊模式能得到验证。结果是,一般模式为与之交互的特殊模式奠定了坚实的基础。而较少得到验证的特殊模式,则在“开发”的环境中更容易“解体”。这种与采样率的关系,涉及了宏观规律的出现和分层的生成过程。关于默认层次更深入的讨论,请看《隐秩序》一书。
8.更高层的生成过程可以由强化的稳定性而产生。交互支持的相互作用,例如共生现象与曼弗雷德·艾根(Manfred Eigen)和鲁蒂尔德·温克勒(RuthildWinkler)于1981年提出的超循环理论,常常会强化组成部分模式的稳定性。当这些稳定性得到强化后的模式满足简单的宏观规律时,在原有的生成过程之上,一个新的生成过程出现了。
这样形成的生成过程仍然遵循底层的生成过程的规律,但是如果按照原有的生成过程来看,它显示出来的一些模式是难以想象的。更高层次的生成过程可以持续强化,最终完全“替代”底层的生成过程。
达尔文关于哺乳动物眼睛起源问题的论述,就是一个诱发在更高层次形成生成过程的好例子。而这样的生成过程所显示的模式,从底层元素的角度来看是不太可能的。在达尔文之前,有人认为,如眼睛这样精致而有组织的器官,只能是上帝的杰作,它不可能是各个组成部分偶然组合到一起的。事实上,同许多生物器官一样,如果仅仅认为眼睛是从所有由原子组成的大量物质中随机筛选出来的,那么它们确实不太可能出现。
达尔文宏观上的论述现在已得到关于眼睛的分子生物学深层次的证实,而这些事实在达尔文写生物进化论的时代还是不可知的。现在我们知道,光能改变了某些结构相对简单的生物分子键,并产生一系列可以激发神经元这样的连锁反应。光敏化合物、晶状体、视神经等,作为更高层生成过程的积木块(生成器),最终形成了眼睛。达尔文关于眼睛逐步形成过程的论断,也可以从分层的生成过程角度重新表述。就基于原子间的相互作用形成分子的生成过程而言,眼睛的出现确实是不可能的事情,但当我们考虑到出现了更高层的生成过程时,那么眼睛的出现就成为可能了,甚至眼睛是必然会出现的。
眼睛的生成过程在进化中至少发生过两次:一次是哺乳类动物,一次是头足类动物。这两种情况中所利用的积木块,如化合物、细胞形态等,都不相同,但最终形成复杂结构的眼睛却由相同的构件组成,这些构件是透镜、调焦系统、视网膜。在某些方面,鱿鱼和章鱼等头足类动物的眼睛甚至比哺乳类动物的还要好。显然,当我们考虑到积木块时,眼睛的形成就不再是不可能的了。将极不可能转化为可能,是具有涌现现象的系统的一大重要特征。即使最简单的稳定模式,在生成过程中出现的概率也是极低的,但是,只要这个生成过程持续时间足够长,那么这个稳定模式就一定会出现,并且会一直持续下去,并同其他稳定模式(其他副本或变异)相结合,进而出现更大的、稳定性和能力更强的模式。一旦发现一些最初的积木块,比如简单的膜、克雷布斯循环、不同成分的黏连等,能够产生自繁衍组织的组合数量就会急剧增加。很多人认为,进化需要一系列的不可思议的发现,所以,它是一个“极为缓慢”的过程。持有这种观点的人忽略了进化是加速的。如果考虑到一系列分层的生成过程,很多不可能的事情将成为可能。