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第63行：
第63行： + + + + + + + + + + + + + + + − :这一切又意味着什么呢？从霓虹灯的例子中我们体会到了系统的深层含义。什么是 − 系 − 统 − ？由多个 − 部分 − 组成的整体就是一个系 − 统 − ，上 − 面 − 提 − 到的霓虹灯的 − 例 − 子就是一个系 − 统 − ， − 它是由 − 多个小灯泡的组合 − 形 − 成的一个霓虹灯整体； − 人类 − 社 − 会也是一个系 − 统 − ， − 各 − 种 − 各 − 样的人构成了这 − 个系 − 统 − ； − “ − 生命 − 游戏”也 − 是一个系 − 统 − ，多个方格 − 格子组成了 − 它。 − 仅仅 − 了 − 解 − 系 − 统 − 的 − 部分 − 并不 − 能 − 了 − 解 − 整个系 − 统 − 。 − 这就好像你 − 能 − 很 − 清楚 − 的了 − 解 − 到每个单 − 独 − 灯泡的闪烁 − 状态 − 并不 − 能 − 帮助 − 你 − 理 − 解 − 多 − 个小灯泡构成的霓虹灯图案如 − 何 − 的 − 道 − 理 − 一样。 − 要想 − 知道 − 霓虹灯整体的图案， − 你 − 必须 − 要“ − 跳 − 出 − 来” − ， − 也就是 − 站 − 在一个 − 更 − 高 − 的 − 角度 − 来观察这个霓虹灯的整体， − 而 − 忽略 − 每一个 − 具 − 体灯泡的 − 细节 − 。 − 我们 − 常 − 说 − 的只 − 见树 − 木 − 不 − 见森林 − 正是 − 揭露 − 了观 − 察系 − 统 − 的时 − 候太 − 重视 − 局 − 部 − 而 − 忽略 − 整体 − 的这个 − 弊 − 端 − 。 − 我们学到的 − 科 − 学方法一 − 直 − 在 − 运 − 用 − 分 − 解 − 、还 − 原 − 的方法。 − 比如要 − 研究 − 一 − 台 − 电 − 视 − 机， − 我们就需 − 要把这 − 台 − 电 − 视 − 机 − 拆 − 开， − 看看每一个 − 部 − 件 − 的 − 工作 − 机 − 理 − ，这 − 显 − 然是有 − 效 − 的， − 但 − 是正如你 − 仅仅 − 有一 − 大 − 堆 − 电 − 子 − 元件 − 而不会正 − 确 − 的组合它们就不 − 能 − 组 − 装 − 一 − 台 − 电 − 视 − 机一样， − 单 − 纯 − 运 − 用 − 分 − 解 − 还 − 原 − 的 − 老 − 方 − 法是不 − 能够 − 理 − 解 − 系 − 统 − 。这 − 又 − 是为 − 什么 − 呢 − ？ − 原 − 因是 − 系 − 统 − 的 − 特性 − 一方 − 面体 − 现在组 − 成 − 部分 − 的 − 性质 − 上， − 而 − 更 − 多的 − 则 − 取 − 决于 − 系 − 统各 − 个 − 部分 − 的 − 相互 − 之间的关系上。 − 正是由 − 于 − 系 − 统 − 中 − 各部分 − 的 − 相互 − 关 − 系的复杂 − 性 − 才 − 导致 − 了系 − 统 − 的复杂 − 性 − 和不可 − 理 − 解性 − 。观察下面的图： − <gallery> − File:屏幕快照 2015-12-11 23.13.33.png| − </gallery> − 我们可以 − 认 − 为多个 − 蓝 − 色的点构成了一个系 − 统 − ， − 而每个点之间的 − 连线 − 就是系 − 统 − 组成 − 部分 − 之 − 间的 − 联 − 系。 − 为什么系 − 统 − 很难 − 理 − 解 − 呢？ − 原 − 因是点之间的 − 连线 − 太复杂了。 − 假 − 如一个系 − 统 − 由 − n − 个点 − 组成， − 那么 − 所 − 有可 − 能 − 的点之间的 − 连线 − 关系就有 − 2 − (n- − 1 − )( − n-2)/2 − 种 − 情况 − ，比 − 如 − n= − 1 − 0 − 0 − ，那 − 么 − 连线 − 的可 − 能 − 性 − 就是 − 2 − 48 − 51 − ，不用 − 算 − 了 − ，这个 − 数 − 字已经 − 远远超 − 过了当 − 前 − 的宇宙 − 年 − 龄 − 。我们之 − 所 − 以 − 对 − 系 − 统 − 概念 − 感 − 到很难 − 理 − 解 − 正是由 − 于 − 系 − 统 − 组成 − 部分 − 之间关系的复杂 − 性 − 。 − 而当我们用还 − 原 − 的方法 − 研究 − 系 − 统 − 的时候， − 也就是要 − 研究 − 系 − 统 − 中单个点的 − 性质 − ， − 我们就 − 必须 − 切 − 断该点 − 与 − 其他点的 − 联 − 系， − 这当 − 然方 − 便 − 我们 − 研究 − 该点， − 但 − 是当 − 切 − 断它 − 与 − 其它点的 − 联 − 系的时候， − 我们已经 − 严重 − 破 − 坏 − 了系 − 统 − 的 − 性 − 质 − ， − 看不到了系 − 统各部分 − 之间的 − 联 − 系了。 − 在霓虹灯的 − 例 − 子中， − 当我们把 − 目光 − 集中到单个灯泡 − 上的时候， − 我们就是 − 采 − 用还 − 原分 − 解 − 的方法把 − 注 − 意 − 力 − 集中到了一个点， − 而没有看到该灯泡 − 与 − 其 − 它灯泡之间的 − 联 − 系， − 所 − 以我们不 − 能够清楚 − 整体霓虹灯的图案 − 与 − 动画。 − 好了， − 到这里如果你已经 − 完全理 − 解 − 或者 − 隐约 − 理 − 解 − 了上面 − 所讲 − 的系 − 统 − 概念 − ， − 那么你已经 − 取 − 得了一个 − 重 − 大的 − 进步 − 。 − 下面我们 − 再 − 来看看系 − 统 − 的 − 另外 − 一个 − 性质 − 。 − 我们都 − 知道 − 计算 − 机是由 − 硬件 − 和 − 软件 − 组成的。 − 什么是 − 硬件 − 什么 − 又 − 是 − 软件 − 呢？ − 运 − 用我们 − 刚刚 − 熟悉 − 的系 − 统 − 的 − 概念 − 不难回答， − 广 − 义 − 上来 − 讲 − 构成系 − 统 − 的 − 各 − 个单点就是 − 硬件 − ， − 而点 − 与 − 点之间的 − 连线 − 关系以 − 及 − 这些关系的变 − 化 − 就是 − 软件 − 。比 − 如一 − 台 − 计算 − 机系 − 统 − 的 − 硬件 − 部分 − 是由 − CPU − 、内 − 存 − 、 − 硬盘 − 、 − 显 − 示 − 器 − 、 − 键盘 − 鼠 − 标 − 等等 − 部 − 分 − 组成， − 那么 − 软件 − 就是 − 运 − 用这些 − 硬件 − 的一种组合方法。 − 比如 − Wo − r − d − 程序 − 这个 − 软件 − 就是把 − 键盘 − 输入 − 的 − 信息 − 经过 − CPU − 和内 − 存 − 的 − 处理显 − 示到 − 显 − 示 − 器 − 上，这整个过 − 程 − 就是一个 − 软件 − 。当然我们 − 这里的 − 叙述忽略 − 了很多 − 技 − 术 − 细节 − ，而 − 仅仅 − 在 − 概念 − 形 − 式 − 上 − 进 − 行 − 讨 − 论 − 。我 − 们 − 知道硬件 − 构成了 − 软件 − 的 − 基 − 础 − ， − 显 − 然你没有 − 硬盘 − 、内 − 存 − 、 − CPU − 这些 − 硬件 − 是不可 − 能 − 执 − 行 − 任 − 何 − 软件 − 程序 − 的， − 但 − 反过来， − 软件 − 又 − 是 − 独立 − 于 − 硬件 − 的 − 某 − 种 − 特 − 有的 − 东西 − 。因 − 此 − 你在一 − 台 − PIII − 的机 − 器 − 上 − 运 − 行 − Wo − r − d − 程序 − 和在 − 另 − 一 − 台 − PII − 上 − 运 − 行该 − 程序 − 一样（ − 除 − 了 − 速 − 度 − 不同） − 。 − 知道 − 了 − 硬件 − 与 − 软件 − 之间的关系有什么用 − 处 − 呢？它可以 − 帮助 − 我们 − 解 − 答关 − 于生命 − 、 − 智 − 能 − 、 − 社 − 会 − 等等 − 难以 − 理 − 解 − 的复杂 − 事 − 物 − 。 − 比如上面 − 介绍 − 的“ − 生命 − 游戏” − 就是一个很好的 − 例 − 子。 − 因为整个 − 游戏的过 − 程 − 就是一个 − 软件 − ，这 − 个 − 软件 − 无论运 − 行在 − 何 − 种 − 硬件介质 − 中都是 − 无 − 关 − 紧 − 要的。 − 所 − 以我们 − 用大楼窗户 − 的开灯 − 与 − 关 − 灯可以 − 完 − 成“ − 生命 − 游戏” − ，而 − 运 − 用 − 电 − 脑屏幕 − 中的 − 闪烁的方格 − 也可以来 − 完 − 成该游戏。 − 显 − 然， − 我们现实的 − 生命 − 过 − 程 − 要 − 远远 − 比 − 生命 − 游戏复杂得多， − 然而它也很有可 − 能 − 是 − 一种 − 软件 − 的过 − 程 − ，而 − 与运 − 行该 − 软件 − 的 − 硬件 − 没有关系。 − 同样的， − 人类的 − 智 − 能 − 也是一种复杂的 − 软 − 件 − 过 − 程 − ， − 用人类的头 − 脑能够完 − 成的 − 思 − 维智 − 能 − 过 − 程 − 也同样 − 能 − 在 − 另 − 一种 − 介质 − ： − 计算 − 机中实现。 − 这 − 也正是“人 − 工 − 智 − 能 − ”的 − 理论 − 来 − 源 − 。 − 进 − 一 − 步 − ， − 我们可以大 − 胆 − 设想： − 把整个宇宙都 − 理 − 解 − 为一种 − 运算 − 的 − 软件 − 过 − 程 − ， − 这样， − 完 − 成该 − 运算 − 过 − 程 − 的 − 硬件介质 − 是 − 无 − 关 − 紧 − 要的， − 而关 − 键 − 是 − 软件 − 过 − 程 − 。在“ − 生命 − 游戏” − 中， − 我们 − 正是 − 创造 − 了一种宇宙 − 演化 − 的过 − 程 − 。 − 在游戏中， − 不同的方格可以 − 理 − 解 − 为 − 抽 − 象 − 的宇宙 − 空 − 间， − 而 − 程序运 − 行的 − 嘀嗒声 − 正是这个 − 虚拟 − 宇宙中的时间。在“ − 生命 − 游戏”中，我们 − 规 − 定了每个格子的 − 运 − 行 − 规则 − 而得出了一个 − 虚拟 − 的宇宙，如果我 − 们设 − 计 − 其他不同的 − 规则 − 会得到什么样的宇宙呢？ − 进 − 一 − 步 − 的，在大楼霓虹灯的比 − 喻 − 中，如果我 − 们 − 允许 − 每个窗户里面灯的颜色有多种，每个窗户的 − 邻 − 居窗户不 − 仅仅 − 是 − 8 − 个，而可以是 − 24 − 个 − 或者 − 48 − 个 − 能演化 − 出什么样的宇宙呢？ − 更进 − 一 − 步 − 设想，如果我们 − 运 − 行的游戏是在一个三 − 维空 − 间中 − 或者四 − 维空 − 间中 − 又 − 是什么样的呢？ − 所 − 有这一系列的问题几 − 乎 − 可以 − 写 − 成一 − 本 − 教 − 科 − 书 − 了，当 − 然这 − 本 − 教 − 科 − 书 − 中并不 − 教 − 我们 − 牛顿 − 定 − 律 − ，而是一 − 套 − 关 − 于 − 我们自己的 − 虚拟 − 宇宙的 − 物 − 理 − 学 − 知识 − 。我 − 们为什么一定要学 − 习 − 这个宇宙的 − 科 − 学？难 − 道 − 我们不 − 能 − 自己 − 作 − 上 − 帝 − 创造 − 一个 − 全 − 新 − 的宇宙么？ − 嗯 − ，我们就把我们的宇宙 − 叫做 − “方格宇宙”吧，下面就来看看这个“方格宇宙”有什么 − 性质 − 。
→从霓虹灯到方格宇宙
== 从霓虹灯到方格宇宙 ==
== 从霓虹灯到方格宇宙 ==
这一切又意味着什么呢？从霓虹灯的例子中我们体会到了系统的深层含义。什么是系统？由多个部分组成的整体就是一个系统，上面提到的霓虹灯的例子就是一个系统，它是由多个小灯泡的组合形成的一个霓虹灯整体；人类社会也是一个系统，各种各样的人构成了这个系统；“生命游戏”也是一个系统，多个方格格子组成了它。仅仅了解系统的部分并不能了解整个系统。这就好像你能很清楚的了解到每个单独灯泡的闪烁状态并不能帮助你理解多个小灯泡构成的霓虹灯图案如何的道理一样。要想知道霓虹灯整体的图案，你必须要“跳出来”，也就是站在一个更高的角度来观察这个霓虹灯的整体，而忽略每一个具体灯泡的细节。我们常说的只见树木不见森林正是揭露了观察系统的时候太重视局部而忽略整体的这个弊端。
我们学到的科学方法一直在运用分解、还原的方法。比如要研究一台电视机，我们就需要把这台电视机拆开，看看每一个部件的工作机理，这显然是有效的，但是正如你仅仅有一大堆电子元件而不会正确的组合它们就不能组装一台电视机一样，单纯运用分解还原的老方法是不能够理解系统。这又是为什么呢？原因是系统的特性一方面体现在组成部分的性质上，而更多的则取决于系统各个部分的相互之间的关系上。正是由于系统中各部分的相互关系的复杂性才导致了系统的复杂性和不可理解性。观察下面的图：
[[File:屏幕快照 2015-12-11 23.13.33.png|屏幕快照 2015-12-11 23.13.33.png]]
我们可以认为多个蓝色的点构成了一个系统，而每个点之间的连线就是系统组成部分之间的联系。为什么系统很难理解呢？原因是点之间的连线太复杂了。假如一个系统由n个点组成，那么所有可能的点之间的连线关系就有2<sup>(n-1)(n-2)/2</sup>种情况，比如n=100，那么连线的可能性就是24851，不用算了，这个数字已经远远超过了当前的宇宙年龄。我们之所以对系统概念感到很难理解正是由于系统组成部分之间关系的复杂性。而当我们用还原的方法研究系统的时候，也就是要研究系统中单个点的性质，我们就必须切断该点与其他点的联系，这当然方便我们研究该点，但是当切断它与其它点的联系的时候，我们已经严重破坏了系统的性质，看不到了系统各部分之间的联系了。在霓虹灯的例子中，当我们把目光集中到单个灯泡上的时候，我们就是采用还原分解的方法把注意力集中到了一个点，而没有看到该灯泡与其它灯泡之间的联系，所以我们不能够清楚整体霓虹灯的图案与动画。
好了，到这里如果你已经完全理解或者隐约理解了上面所讲的系统概念，那么你已经取得了一个重大的进步。下面我们再来看看系统的另外一个性质。我们都知道计算机是由硬件和软件组成的。什么是硬件什么又是软件呢？运用我们刚刚熟悉的系统的概念不难回答，广义上来讲构成系统的各个单点就是硬件，而点与点之间的连线关系以及这些关系的变化就是软件。比如一台计算机系统的硬件部分是由CPU、内存、硬盘、显示器、键盘鼠标等等部分组成，那么软件就是运用这些硬件的一种组合方法。比如Word程序这个软件就是把键盘输入的信息经过CPU和内存的处理显示到显示器上，这整个过程就是一个软件。当然我们这里的叙述忽略了很多技术细节，而仅仅在概念形式上进行讨论。我们知道硬件构成了软件的基础，显然你没有硬盘、内存、CPU这些硬件是不可能执行任何软件程序的，但反过来，软件又是独立于硬件的某种特有的东西。因此你在一台PIII的机器上运行Word程序和在另一台PII上运行该程序一样（除了速度不同）。
知道了硬件与软件之间的关系有什么用处呢？它可以帮助我们解答关于生命、智能、社会等等难以理解的复杂事物。比如上面介绍的“生命游戏”就是一个很好的例子。因为整个游戏的过程就是一个软件，这个软件无论运行在何种硬件介质中都是无关紧要的。所以我们用大楼窗户的开灯与关灯可以完成“生命游戏”，而运用电脑屏幕中的闪烁的方格也可以来完成该游戏。显然，我们现实的生命过程要远远比生命游戏复杂得多，然而它也很有可能是一种软件的过程，而与运行该软件的硬件没有关系。同样的，人类的智能也是一种复杂的软件过程，用人类的头脑能够完成的思维智能过程也同样能在另一种介质：计算机中实现。这也正是“人工智能”的理论来源。
进一步，我们可以大胆设想：把整个宇宙都理解为一种运算的软件过程，这样，完成该运算过程的硬件介质是无关紧要的，而关键是软件过程。在“生命游戏”中，我们正是创造了一种宇宙演化的过程。在游戏中，不同的方格可以理解为抽象的宇宙空间，而程序运行的嘀嗒声正是这个虚拟宇宙中的时间。
在“生命游戏”中，我们规定了每个格子的运行规则而得出了一个虚拟的宇宙，如果我们设计其他不同的规则会得到什么样的宇宙呢？进一步的，在大楼霓虹灯的比喻中，如果我们允许每个窗户里面灯的颜色有多种，每个窗户的邻居窗户不仅仅是8个，而可以是24个或者48个能演化出什么样的宇宙呢？更进一步设想，如果我们运行的游戏是在一个三维空间中或者四维空间中又是什么样的呢？所有这一系列的问题几乎可以写成一本教科书了，当然这本教科书中并不教我们牛顿定律，而是一套关于我们自己的虚拟宇宙的物理学知识。我们为什么一定要学习这个宇宙的科学？难道我们不能自己作上帝创造一个全新的宇宙么？嗯，我们就把我们的宇宙叫做“方格宇宙”吧，下面就来看看这个“方格宇宙”有什么性质。
== 细胞自动机 ==
== 细胞自动机 ==
下面的
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