Life, its origin, and its distribution- a perspective from the Conway-Kochen Theorem and the Free Energy Principle

生命、起源與分布：基于Conway-Kochen 定理與自由能原理的視角

https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/19420889.2025.2466017

摘要
本文認(rèn)為，生命起源（OOL）問題不僅是化學(xué)問題，更本質(zhì)上是認(rèn)知科學(xué)問題。通過康威-科亨定理與自由能原理的視角，當(dāng)代物理學(xué)將所有持續(xù)存在的復(fù)雜動力系統(tǒng)描述為貝葉斯主體。若所有持久系統(tǒng)都具備——哪怕是極微弱的——認(rèn)知屬性，那么這些系統(tǒng)是否在某種程度上都具有生命特征？抑或生命系統(tǒng)僅是認(rèn)知系統(tǒng)的子集？我們主張二者不存在明確界限，并由此重新審視費(fèi)米悖論與德雷克方程。研究結(jié)論表明：提升我們識別多元智能（無論是否基于已知生物化學(xué)基礎(chǔ)）并與之交流的能力，將直接解決或消解生命起源問題。

關(guān)鍵詞 ：多元智能；德雷克方程；費(fèi)米悖論；自由意志定理

1. 引言

生命起源（Origin of Life, OOL）問題通常被認(rèn)為是一個化學(xué)問題 [1]：在合適的條件下，如何使適當(dāng)?shù)姆肿颖环指糸_來，從而啟動一種自催化過程，不僅維持恰當(dāng)?shù)姆肿訚舛龋€維持所需的環(huán)境條件和必要的分隔結(jié)構(gòu)？許多觀點被提出，通常集中在自催化或分隔結(jié)構(gòu)這兩個核心問題上。人們普遍認(rèn)為，在早期地球上可能發(fā)生過多次生命起源事件，但只有一支——即所有已知生命的最后通用共同祖先（LUCA）——存活了下來 [2–4]。同樣，人們也廣泛認(rèn)為，在其他地方也可能發(fā)生類似的生命起源事件，這促使我們通過各種方式尋找地外生命的證據(jù)。

導(dǎo)致 LUCA 及其譜系的生命起源事件，在多個相關(guān)領(lǐng)域中都具有重要意義。首先，它代表了一個起始奇點，必須支撐作為進(jìn)化生物學(xué)基石的生殖循環(huán)。其次，通過有效定義“合成生命”，它為合成生物學(xué)和生物工程設(shè)定了邊界條件，這些領(lǐng)域致力于創(chuàng)造和研究“可能存在的生命”（life-as-it-could-be）的新形式。第三，它是外源生物學(xué)（exo-biology）中的一個關(guān)鍵定點，迫使我們?nèi)ザx我們在地球以外世界中究竟在尋找什么，并構(gòu)建不同生命起源故事對復(fù)雜性和智能進(jìn)一步發(fā)展的意義模型。最關(guān)鍵的是，它深刻影響了“生命”的定義本身：傳統(tǒng)將生命視為與非生命物質(zhì)截然不同的類別的標(biāo)準(zhǔn)觀點，受到必須識別并解釋從非生命到生命之間突變相變的需求挑戰(zhàn)。與此相關(guān)的問題還包括生命與心智之間的關(guān)系。無論我們?yōu)閯?chuàng)造心智所提出的最小動態(tài)機(jī)制是什么，理解它們與生命起源的關(guān)系都是至關(guān)重要的。主流觀點認(rèn)為，認(rèn)知能力是在生命沿著復(fù)雜性軸擴(kuò)展的過程中某一時刻出現(xiàn)的，也就是說，有認(rèn)知能力的生物是生命體的一個子集 [6]。

在此，我們回顧了一種關(guān)于生命起源問題的替代性思考方式，這種思路受到Conway-Kochen定理（Conway-Kochen Theorem, CK 定理）[7,8]（基礎(chǔ)物理學(xué)中的一個結(jié)果）和自由能原理（Free Energy Principle, FEP）[9,10]（最初源于神經(jīng)科學(xué)的理論框架，過去十年中已被擴(kuò)展為對一般物理系統(tǒng)的描述 [11–16]）的啟發(fā)。

CK 定理將所有物理系統(tǒng)描述為具有“代理性”（agentic），即以某種行為無法甚至原則上不能由局部因果影響預(yù)測的方式來表現(xiàn)自身。FEP 則將所有物理系統(tǒng)描述為具有“推理性”（inferential），即以貝葉斯?jié)M意者（Bayesian satisficers）的方式行為。結(jié)合來看，CK 定理與 FEP 提出了一種遠(yuǎn)比生物學(xué)主流觀點更廣義的認(rèn)知觀，例如文獻(xiàn) [6] 中的觀點，甚至可能讓那些主張植物或微生物等“基礎(chǔ)認(rèn)知”的支持者感到驚訝 [17–21]。它們特別指出，所有復(fù)雜系統(tǒng)本質(zhì)上是由具有代理性的材料組織而成的，這些材料在多個尺度上執(zhí)行貝葉斯?jié)M意化 [22–24]。這反過來提示，生命起源問題不只是、甚至主要不是一個化學(xué)問題，而更是一個認(rèn)知科學(xué)問題：即確定在哪一層次或類型的認(rèn)知水平上，一個系統(tǒng)才被認(rèn)為具有生命是有意義的。它提出了兩個重要問題：生命與認(rèn)知是否是共延展的（co-extensive）——正如許多人所主張的那樣 [25–28]；如果不是的話，那么活著的認(rèn)知系統(tǒng)與非活著的認(rèn)知系統(tǒng)之間的具體區(qū)別又是什么？它還表明，要全面解決生命起源問題，我們需要發(fā)展方法來識別并與多種具有不同體現(xiàn)形態(tài)（embodiment）、在多種狀態(tài)空間中表現(xiàn)出行為的智能進(jìn)行交流 [22,29–31]。

我們首先在第 2 節(jié)回顧 CK 定理，在第 3 節(jié)介紹 FEP。接著在第 4 節(jié)探討一個根本性問題：生命是否與認(rèn)知是共延展的。我們討論了當(dāng)宇宙中的材料被視為具有代理性時，可能實現(xiàn)的各種體現(xiàn)形態(tài)，這些形態(tài)幾乎可以在任意時空尺度上存在。我們也考慮了此類系統(tǒng)在其“生命周期”中可能穿越的多種狀態(tài)空間，其中一些狀態(tài)空間可能僅與我們熟悉的三維（3D）嵌入空間有微弱關(guān)聯(lián)——在后者中，我們熟知的有機(jī)體行為得以展開。我們以適用于多種體現(xiàn)形態(tài)和多種狀態(tài)空間的方式，重新表述了典型的生命標(biāo)準(zhǔn)，包括帶有變異的繁殖能力和自創(chuàng)生代謝能力。然后在第 5 節(jié)，我們將轉(zhuǎn)向恩里科·費(fèi)米著名的“他們在哪里？”（Where are they?）問題，并討論我們可能期望各種認(rèn)知系統(tǒng)——無論我們是否將其視為“生命”——具備哪些通信能力。

2. Conway-Kochen 定理作為對“代理性”的一般性刻畫

2006年，約翰·康韋（John Conway）與西蒙·科琴（Simon Kochen）發(fā)表了他們的“自由意志定理”（free will theorem）；他們在2009年發(fā)表了一個更普遍、因此也更強(qiáng)的版本。CK 定理所關(guān)注的是符合狹義相對論（Special Relativity, SR）和量子理論（Quantum Theory, QT）的觀察者與某個被觀測系統(tǒng)之間的相互作用。

前者要求系統(tǒng)與觀察者之間的相互作用是因果性的，具體來說就是信息在時間上向前傳播，并且傳播速度不超過光速。實際上，這兩個條件的滿足定義了 SR 中的“因果性”。圖1展示了一種滿足這些條件的相互作用。在描繪任一系統(tǒng)在時空中的軌跡的“世界線”上的每一個點——為簡單起見，這里垂直繪制以表示時間流逝而空間中無（相對）運(yùn)動——該系統(tǒng)過去的所有可能因果影響都包含在它的“過去光錐”（past light cone）中，即從該點向過去任意延伸的時空區(qū)域，其中任何以不超過光速傳播的信號都有可能到達(dá)該系統(tǒng)。

如圖1所示，在時間 t? 被觀察者施加作用時，被觀測系統(tǒng)的過去光錐完全包含了觀察者在時間 t? 發(fā)起該作用時的過去光錐。同樣地，在時間 t? 觀察者接收到系統(tǒng)反饋結(jié)果時，其過去光錐也完全包含了系統(tǒng)在 t? 時的過去光錐。

CK 定理的原始形式指出：在任何符合 SR 和 QT 的觀測情境中，如果觀察者在某一時刻 t? 的行為并非完全由其在該時刻的過去光錐中的事件所決定 ，那么被觀測系統(tǒng)在稍后時刻 t?（t? > t?）對其行為作出的反應(yīng)，也不是完全由該系統(tǒng)在 t? 時的過去光錐中的事件所決定的 。

這個定理的證明較為復(fù)雜，依賴于早先的 Kochen-Specker 定理 [32]，該定理表明符合 QT 的觀測具有對上下文的非因果依賴性。然而，其背后的直觀理解卻很簡單：宇宙某一部分的量子態(tài)演化，只有在整個宇宙的量子態(tài)演化的框架下才能被完全理解。局部信息——例如一個過去光錐所能提供的信息——永遠(yuǎn)不足以完全確定一個量子態(tài)；這種局部信息的不足也是 Wootters-Zurek “不可克隆”定理 [33] 的基礎(chǔ)。這一點在處于糾纏態(tài)的空間擴(kuò)展系統(tǒng)中尤為明顯：在一個觀察者的實驗室參考系中，一個系統(tǒng)中空間上分離的部分似乎擁有不同的過去光錐。局部信息對于確定量子態(tài)的不足，適用于觀察者與被觀察系統(tǒng)兩者，這使得原定理的“如果……那么……”表述被2009年版本的更強(qiáng)表述所取代。

CK 定理告訴我們，在當(dāng)前基礎(chǔ)物理學(xué)的框架下，所有系統(tǒng)都表現(xiàn)出生命系統(tǒng)的一個典型特征 ：它們的行為無法被局部因果因素完全決定，因此它們有能力做出令人意外的行為。我們可以將這種現(xiàn)象視為“隨機(jī)性”或“隨機(jī)過程”，從而將其歸結(jié)為熱力學(xué)意義上的現(xiàn)象；但我們注意到，這樣做已經(jīng)提供了系統(tǒng)具備“代理性”譜系中最低層次所需的最小條件——即一定程度的自主性（autonomy），而通過進(jìn)化或工程的過程，這種自主性可以發(fā)展出更高形式的智能（具有更強(qiáng)的歷史性、元認(rèn)知等能力）。

在此，我們遵循 Wheeler [34]、Fuchs [35] 等人的觀點，認(rèn)為 CK 定理乃至整個 QT 都意味著：所有系統(tǒng)本質(zhì)上都具有某種代理性特征 。我們將在下一節(jié)中描述一種表達(dá)這一觀點的方式：如果兩個系統(tǒng)是可以區(qū)分的——形式上說，如果它們的聯(lián)合態(tài)不是糾纏態(tài)——那么它們就各自獨(dú)立地選擇如何處理輸入信息，并賦予其語義 [36]。這種解釋自由度正是二階控制論（2nd-order cybernetics）[37–39] 的核心觀點之一。

3. 自由能原理（FEP）作為對“認(rèn)知”的一般性刻畫

自由能原理（FEP）描述了那些可以從其所嵌入的環(huán)境中區(qū)分出來的物理系統(tǒng)的行為，并提供了一個標(biāo)準(zhǔn)：這樣的系統(tǒng)必須滿足何種條件，才能在一段時間內(nèi)保持與環(huán)境的區(qū)別。它可以用一種顯然為同義反復(fù)的形式表述為：任何能夠與環(huán)境區(qū)分開來的系統(tǒng)，必須以某種方式行為，從而從外部觀察者的視角（甚至可能也從其自身視角 [11]）維持其與環(huán)境的可區(qū)分性。

更技術(shù)地說，任何這樣的系統(tǒng)必須以某種方式行為，使其狀態(tài)與環(huán)境狀態(tài)之間保持條件統(tǒng)計獨(dú)立性 。FEP 將這種條件統(tǒng)計獨(dú)立性的維持描述為在系統(tǒng)與環(huán)境邊界處測量到的變分自由能 （Variational Free Energy, VFE）的漸近最小化 [40]，并把 VFE 的最小化解釋為貝葉斯?jié)M意化 （Bayesian satisficing）。直觀上，VFE 是系統(tǒng)對其環(huán)境下一步將如何作用于它的不確定性的一種度量；因此，VFE 可被解釋為環(huán)境施加給系統(tǒng)的“壓力”，而貝葉斯?jié)M意化則可以解釋為決定如何最好地緩解這種壓力的方式。

因此，F(xiàn)EP 可被視為一種“詞典”，用于將經(jīng)典動力系統(tǒng) [11–14] 或量子理論（QT）[15,16] 中對行為的描述，轉(zhuǎn)化為認(rèn)知科學(xué)語言（當(dāng)涉及多個主體時，還可能包括社會科學(xué)語言）。在下文中，我們將始終使用“代理”（agent）一詞來指代同時符合 CK 定理和 FEP 的系統(tǒng)，承認(rèn)這一用法的范圍涵蓋了所有在某段時間內(nèi)與其環(huán)境保持區(qū)別的物理系統(tǒng)，而這個范圍比其他一些對該術(shù)語的使用要廣泛得多；參見 [41] 對此的一般綜述，以及 [42] 針對生物學(xué)的具體綜述。

為了理解 FEP 的運(yùn)作機(jī)制，令 U（代表“宇宙”）為一個足夠大的物理自由度集合，大到可以被認(rèn)為是孤立的。考慮將 U 分解為一個系統(tǒng) S 和其環(huán)境 E，根據(jù)定義，E 是除了 S 以外的所有部分。請注意，在 FEP 所涉及的相關(guān)狀態(tài)空間中，即 U 的狀態(tài)空間，包含的是 U 作為一個整體的所有可能狀態(tài)，而不僅僅是 S 的可能狀態(tài)。

FEP 描述了 U 的兩個因子或組成部分——S 和 E——的行為，前提是它們的狀態(tài)（可視為 U 狀態(tài)的正交投影）彼此之間是條件統(tǒng)計獨(dú)立的 。S 與 E 彼此之間的條件統(tǒng)計獨(dú)立性要求：i) S 和 E 都是 U 的足夠大的組成部分，即它們大到足以擁有不直接受交互影響的“內(nèi)部”或“體態(tài)”；ii) 它們之間的相互作用足夠弱，即它們自由度之間的耦合足夠稀疏。經(jīng)典物理和量子物理都提供了滿足這些條件的精確標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)且僅當(dāng)存在一個馬爾可夫毯 （Markov Blanket, MB）——即一個通過其中所有相互作用流動的“小”狀態(tài)集合——時，經(jīng)典動力系統(tǒng)才可以分解為兩個條件統(tǒng)計獨(dú)立的組成部分 [43]；參見 [11] 對一般經(jīng)典設(shè)定下的定義。對于量子系統(tǒng)而言，當(dāng)且僅當(dāng)聯(lián)合態(tài)可以分解為各個組成部分的態(tài)時，即在狄拉克記號中|U〉 = |SE〉 = |S〉|E〉，系統(tǒng)才可分解為兩個條件統(tǒng)計獨(dú)立的組成部分。如果這一條件不成立，則 S 和 E 被定義為糾纏態(tài)（entangled）。若該條件成立，則可以定義一個“全息屏”（holographic screen），所有相互作用都通過該屏進(jìn)行 [36]；在 QT 描述中，這個全息屏扮演的角色與經(jīng)典描述中的 MB 相同。

基于上述對 S 與 E 的描述，只有當(dāng)定義它們共同邊界 B 的 MB（在 QT 情況下為全息屏）隨時間持續(xù)存在時，S 與 E 的區(qū)別才會隨時間持續(xù)。請注意，這里的邊界 B 是圖2所示的 U 的狀態(tài)空間中的邊界，它不一定對應(yīng)我們熟悉的三維嵌入空間中的邊界。

反過來，只有當(dāng) S 與 E 的相互作用（我們將其表示為在 QT 中實現(xiàn)該相互作用的哈密頓算符 HSE 保持在一定范圍內(nèi)時，邊界 B 才會被保留下來。這些范圍必須：i) 允許 S 與 E 之間有足夠熱力學(xué)自由能的流動，以支持各自的內(nèi)部過程 [44]；ii) 防止構(gòu)成 S 或 E 各自“體態(tài)”的“內(nèi)部”狀態(tài)數(shù)量減少。第一個條件設(shè)定了 HSE 變化的下限，第二個條件則設(shè)定了上限。這類對相互作用的限制在生物學(xué)中很常見；它們對應(yīng)于穩(wěn)態(tài)（homeostasis）、適應(yīng)性穩(wěn)態(tài)（allostasis）或形態(tài)穩(wěn)態(tài)（homeorhesis）得以維持的范圍。如果允許邊界 B 的大小相對于 HSE 的“自然”時間尺度緩慢變化，同時始終維持穩(wěn)態(tài)，那么這些限制就對應(yīng)于適應(yīng)性穩(wěn)態(tài)或形態(tài)穩(wěn)態(tài)的范圍。

在這些限制范圍內(nèi)使 HSE 的變化最小化，就是使 VFE 和由此產(chǎn)生的“壓力”最小化。FEP 將系統(tǒng)描述為通常偏好最低壓力狀態(tài)，即盡可能接近最佳穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)。

FEP（自由能原理）基于這樣的認(rèn)識：S 和 E 所實施的內(nèi)部過程——我們用哈密頓算符 HS 和 HE 來表示這些在量子理論（QT）中實現(xiàn)這些過程的操作——可以被看作是對它們之間相互作用 HSE 的表征，或者用統(tǒng)計學(xué)的語言來說，是一種生成模型。在這種情況下，S 和 E 都可以被視為通過執(zhí)行其內(nèi)部過程 Hs 和 HE 來持續(xù)預(yù)測：它們之間的相互作用 HSE 將保持在其穩(wěn)態(tài)界限之內(nèi)，這個界限就是 S 和 E 保持可分離、且內(nèi)部過程 HS 和 HE 仍具有良好定義的范圍。

這種 HS、HE 和 HSE 之間的相互依賴關(guān)系在量子理論（QT）的表述中尤為明顯，在該框架下，根據(jù)定義，整個系統(tǒng) U 的內(nèi)部過程為 ，而由于 U 被定義為孤立系統(tǒng)，我們可以令 Hu= 0。于是我們有 ，因此如果 Hs和 HE保持在維持可分離性所需的范圍內(nèi)，則 HSE 必須也保持在相應(yīng)的范圍內(nèi)。

直觀地說，如果一個系統(tǒng)及其環(huán)境的內(nèi)部“體”動力學(xué)是有界的，那么它們之間的交換也必須是有界的。在這種有界條件下，即當(dāng)“體”動力學(xué)各自良好定義時，可以被視為實現(xiàn)了良好定義的功能，此時 S 可以被視為在預(yù)測 E 對其狀態(tài)的影響，反之亦然 [11]。

對于任何對其與環(huán)境的相互作用實施生成模型的系統(tǒng)——實質(zhì)上是對其預(yù)期輸入和可用輸出的生成模型而言——偏離模型預(yù)期的情況可以用一種變分近似來表示，即 VFE（變分自由能）[40]；再次參見 [11]，其中給出了當(dāng)前設(shè)定下的表述。因此，由 HS 和 HE 的作用將 HSE 維持在穩(wěn)態(tài)界限內(nèi)的過程，可以被表示為對這一 VFE 的最小化。然而，對輸入的 VFE 最小化可以形式化地表示為貝葉斯?jié)M意化（Bayesian satisficing）；因此，的作用可以被視為貝葉斯?jié)M意化行為，而系統(tǒng) S 和 E 則可以被視為貝葉斯智能體。

在 FEP 的語言中，S 和 E 在任何時候都在進(jìn)行主動推理（active inference），既調(diào)整其生成模型以解釋傳入的數(shù)據(jù)，又通過作用于彼此來維持其接收數(shù)據(jù)在模型所預(yù)期的界限之內(nèi)，即維持可分離性所需的界限之內(nèi) [45–47]。

將可分離智能體之間的物理相互作用視為主動推理 （active inference），其中一方的輸出（“行動”）是另一方的輸入（“感覺”），這種做法將此類相互作用重新描述為交流 （communication）。每個參與方對這種交流性互動的反應(yīng)取決于其內(nèi)部過程，即對于系統(tǒng) S 和 E 來說，分別取決于 HS 和 HE。這些過程從感覺生成行動，因此通常以隱式方式編碼了對每個系統(tǒng)而言“有差異的差異”（“differences that make a difference”），從而也編碼了它們?yōu)槠涓杏X所賦予的意義（semantics）——這是貝特森（Bateson）[48]意義上的意義 [49,50]。

由于在可分離系統(tǒng)中 HS 和 HE 是條件獨(dú)立的，這些意義可以被視為是“自由選擇”的，即不是局部決定的，這正是 CK 定理中所使用的含義。從漸進(jìn)行為來看，F(xiàn)EP 會推動系統(tǒng)趨向于彼此可預(yù)測 ，從而形成一種共享的語言；而在經(jīng)典和量子處理中，其漸近極限分別為廣義同步（即混沌同步）和糾纏（entanglement）[15]。

4. 生命 = 認(rèn)知？還是生命 ≠ 認(rèn)知？

通過將基本物理定律以“能動性”（agentive）語言重新表述，并使其適用于所有時間持久系統(tǒng)的方式，CK定理與自由能原理（FEP）抹去了認(rèn)知系統(tǒng)與“僅僅是物理”的系統(tǒng)之間的任何“明確界限”，同時在動態(tài)復(fù)雜性與認(rèn)知復(fù)雜性之間建立了自然聯(lián)系。相對簡單的、直觀上“愚笨”的系統(tǒng)如電子或巖石，其認(rèn)知能力可以忽略不計；而復(fù)雜的、多組分系統(tǒng)如大分子、生化通路或細(xì)胞則表現(xiàn)出顯著的認(rèn)知特征，包括錯誤校正、學(xué)習(xí)和記憶[22]；更復(fù)雜的系統(tǒng)如章魚、人類或生態(tài)系統(tǒng)則展現(xiàn)出更強(qiáng)的認(rèn)知能力；當(dāng)然，這一切都需要通過實驗來具體確定[51]。

事實上，在沒有進(jìn)一步限制性假設(shè)的情況下，CK定理和FEP與哲學(xué)家如Galen Strawson [52] 或 Philip Goff [53] 提出的極端泛心論（radical panpsychism）是一致的；參見[54]中的跨文化歷史綜述，以及[22,50]中的具體討論。然而，由于CK定理和FEP本身并不是意識理論，它們并不必然要求意識的存在（Fields, Albarracin, Friston, Kiefer, Ramstead 和 Safron，正在評審中）。

將“僅僅是物理”與認(rèn)知之間的界限抹除后，立刻引發(fā)了一個問題：生命應(yīng)被置于何處？我們是否有理由像Maturana和Varela[25]或Pattee[26]那樣，把“活著”等同于“認(rèn)知”？如果這樣做意味著將“生命系統(tǒng)”的含義擴(kuò)展到一切在時間中持續(xù)存在的系統(tǒng)，那是否合理？通常被引用的生命功能——如復(fù)制、代謝或區(qū)室化——對于“生命”的定義有多重要？有機(jī)化學(xué)又有多關(guān)鍵？它是唯一能夠自主生成復(fù)雜系統(tǒng)的化學(xué)嗎？其他類型的化學(xué)體系是否也能做到這一點？鑒于目前僅有一個例子——LUCA（最后普遍共同祖先）的譜系，我們是否還值得嘗試用一般性的術(shù)語來定義“生命”[56]？

在提出這些問題時，考慮術(shù)語的使用方式是有意義的。人們常常認(rèn)為，將“認(rèn)知”一詞應(yīng)用于非傳統(tǒng)基質(zhì)（如生化通路、細(xì)胞、器官、“機(jī)器”等）最多只是無意義的文字游戲，最壞情況下甚至是一種范疇錯誤。我們主張采取一種工具主義立場，即本體論類別不應(yīng)被視為不可更改的哲學(xué)前提，而應(yīng)隨著科學(xué)的進(jìn)步不斷更新；術(shù)語的價值取決于其所支持或抑制的交互協(xié)議。例如，“某系統(tǒng)大致處于能動性光譜上的X位置”這一陳述的實際含義，取決于我們在該系統(tǒng)上應(yīng)用認(rèn)知與行為科學(xué)工具所能帶來的實證效益程度。

我們在其他地方[57–61]已詳細(xì)論述了這種邊界模糊如何促進(jìn)新的研究項目，并帶來生物醫(yī)學(xué)與生物工程等領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)與實際能力。因此，認(rèn)知極為廣泛地存在這一觀點并未貶低“認(rèn)知”概念本身，而是提示我們應(yīng)在新系統(tǒng)中對已被證明有助于理解傳統(tǒng)具身心智（embodied minds）的工具與概念進(jìn)行實驗性檢驗。

自由能原理（FEP）最初是作為一種關(guān)于生命系統(tǒng)的理論提出的，它從其最基本的物理假設(shè)出發(fā)推導(dǎo)出了許多生命的識別特征。例如，所有可分離的系統(tǒng)都必須是“區(qū)室化的”（compartmentalized），盡管正如所指出的那樣，它們可能存在于我們?nèi)S嵌入空間之外的其他空間中。例如，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是在分子濃度的狀態(tài)空間中區(qū)室化的，而計算機(jī)程序的執(zhí)行軌跡則是在有限數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編碼狀態(tài)空間中區(qū)室化的。

正如上文所述，F(xiàn)EP普遍再現(xiàn)了生命系統(tǒng)對低環(huán)境誘導(dǎo)壓力的偏好。FEP還普遍再現(xiàn)了Bartlett和Wong[55]提出的四個“生命支柱”中的三個：耗散、穩(wěn)態(tài)與學(xué)習(xí)，盡管某些系統(tǒng)僅在某種最低復(fù)雜度極限下才表現(xiàn)出這些功能。第四個支柱——自催化繁殖（autocatalytic reproduction）并非FEP所必需；然而，任何持久且有邊界的系統(tǒng)，按其構(gòu)造而言都必須是自催化的。特別是，一個既是開放又是有邊界且持久的系統(tǒng)，其動力學(xué)必須同時包含耗散性和非耗散性成分，在經(jīng)典公式中，這對應(yīng)于打破細(xì)致平衡的非平衡穩(wěn)態(tài)解。那些耗散波動平均為零的系統(tǒng)看起來是保守的，即表現(xiàn)得像經(jīng)典物體；而耗散動力學(xué)仍顯著的系統(tǒng)則是混沌的，表現(xiàn)出生命常見的特征，如電生理振蕩、生物節(jié)律、生命周期與繁殖[13]。

此外，繁殖是任何試圖減少其局部變分自由能（VFE）的系統(tǒng)的一種自然策略，因為將自己的副本放入環(huán)境中通常會增加環(huán)境的可預(yù)測性[62]。FEP普遍促使具有足夠復(fù)雜度的系統(tǒng)發(fā)展出類神經(jīng)形態(tài)的結(jié)構(gòu)，以最大化從環(huán)境中獲取的信息量[63]。它也普遍誘發(fā)區(qū)室化與層次信息處理[14,64–66]。它還促使暴露在共享環(huán)境中的相似智能體群體之間產(chǎn)生交流與集體問題解決行為，從而自然地描述了多細(xì)胞發(fā)育、群體行為以及種群尺度上的演化現(xiàn)象[67–70]。

對于“FEP普遍描述生命”這一主張的一個明顯反駁是指出一些具有已知結(jié)構(gòu)的復(fù)雜人工制品，比如人類制造的計算機(jī)，并聲稱它們顯然不是生命體。這種觀點認(rèn)為，盡管這類系統(tǒng)是區(qū)室化的、具有耗散性并具備學(xué)習(xí)能力，但它們不能被認(rèn)為是生命，因為它們無法維持穩(wěn)態(tài)，也不是自催化的。但我們必須反問：這是否僅僅是一種直覺泵（intuition pump）？確實存在一些基于有機(jī)化學(xué)的系統(tǒng)，我們?yōu)槠涮峁┝嗽O(shè)計完美的環(huán)境、任意大量的熱力學(xué)自由能供應(yīng)以及由外部提供的組件協(xié)助完成的運(yùn)動復(fù)制；例如基因組DNA、蛋白質(zhì)和病毒。如果我們用有機(jī)材料制造計算機(jī)并將它們放置在我們的體內(nèi)，我們還會認(rèn)為它們是非生命的人工制品嗎？許多生物體，不僅包括依賴人類生存的寄生蟲和病原體，還包括大多數(shù)家養(yǎng)動物，都依賴人類提供的環(huán)境服務(wù)來維持穩(wěn)態(tài)和繁殖——這種對我們?nèi)祟惖囊蕾囀欠袷顾鼈儾辉偈巧课覀內(nèi)祟愖陨硪惨蕾囄覀兊奈⑸飪?nèi)共生體，反之亦然。所有生物體都依賴其環(huán)境；這種對環(huán)境的依賴性本身就可以視為定義的一部分。歷史上，“看到就知道是什么”的方式在生命或心靈的研究中一直并不可靠。我們認(rèn)為，如今這種方式更加不可靠[22,31]。

如果FEP確實普遍地描述了生命，那么這將如何看待“生命起源”（OOL）問題？是否只存在一次生命的起源，就發(fā)生在大爆炸之時？或者，生命起源事件是無處不在的，只要有機(jī)化學(xué)或其他任何化學(xué)能夠生成復(fù)雜性，就會發(fā)生？

如果FEP并非普遍地描述生命，也就是說，如果生命系統(tǒng)只是能動性、認(rèn)知系統(tǒng)的一個真子集，那么為了定義“生命”，我們還需要在FEP所普遍賦予的屬性與能力之上添加什么？這些附加條件又如何與自然界演化系統(tǒng)與生物工程構(gòu)造物之間日益模糊的界限相協(xié)調(diào)[22,31]？

換句話說，“生命”是一個本體論范疇，還是一種解釋性建構(gòu)[71]？可以如文獻(xiàn)[56]所述那樣主張：這類問題并不重要，甚至根本不可能重要。真正重要的是，我們是否能夠識別并與FEP所告訴我們將無處不在的各種智能系統(tǒng)進(jìn)行交流，無論我們在何時何地遇到它們。

5. 它們在哪里？

“費(fèi)米悖論”——盡管可觀測宇宙足夠大，我們本應(yīng)預(yù)期能觀察到智慧外星生命的證據(jù)，但為何至今沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)——自[72]以來一直被廣泛討論。Webb [73]綜述了75種提出的解決方案，而Gray [74]則對這些討論提出了總體批評。然而正如Webb所指出的那樣，無論是悖論本身的陳述還是其提出的解決方案，都隱含地將地外生命建模為與人類生命相似的存在，即使不是在生物學(xué)上，至少也是在心理和文化層面上的相似[75]。這種假設(shè)增加了戲劇性，并使大部分討論帶有科幻色彩。

FEP將所有系統(tǒng)建模為具有一種最小化變分自由能（VFE）的心理，從而也具有經(jīng)驗性的壓力感，甚至連單個細(xì)胞都可以擁有這樣一種“心理學(xué)”[26]。它將心理復(fù)雜性與系統(tǒng)復(fù)雜性相關(guān)聯(lián)，前提是系統(tǒng)的邊界帶寬允許這樣做[66]。然而，若要預(yù)測出類似于人類的心理狀態(tài)，則需要額外的假設(shè)；因此，F(xiàn)EP無法告訴我們類人心理、更不用說文化，在宇宙中可能有多普遍。

此外，雖然我們目前無法接觸真正意義上的外星生命，但我們現(xiàn)在已經(jīng)有機(jī)會研究那些未經(jīng)歷典型進(jìn)化選擇力量的合成與混合生命形式。賽博格（cyborgs）、hybrots（腦機(jī)混合體）、生物機(jī)器人（biobots）、最簡活性物質(zhì)（minimal active matter）以及人工智能（AI）等，都對我們預(yù)測環(huán)境與遺傳無法完全解釋的新出現(xiàn)形態(tài)與功能的任務(wù)提出了獨(dú)特挑戰(zhàn)[23,76]。

然而，F(xiàn)EP確實告訴我們，地球上存在一個比我們更為復(fù)雜且更具智能的認(rèn)知系統(tǒng)。當(dāng)用FEP描述時，系統(tǒng)發(fā)育演化與個體形態(tài)發(fā)生具有相同的形式結(jié)構(gòu)，僅在空間與時間尺度上有所不同[77]；因此，整個LUCA譜系可以被描述為一個單一有機(jī)體的形態(tài)發(fā)生過程，也就是我們所知的“生命”[78]。我們可以從基因?qū)用鎭砜坍嬤@個有機(jī)體[4,79]，并描述它的發(fā)育如何改變其環(huán)境[80]，但我們與其中一些與我們親緣關(guān)系較近的部分之間的交流仍然笨拙，而對于它的整體心理狀態(tài)，除了抽象地理解為VFE最小化進(jìn)而減少壓力之外，我們幾乎毫無認(rèn)知。我們無法“看見”我們所知的所有生命的生存環(huán)境，也無法以任何細(xì)節(jié)建模它與環(huán)境的整體互動。將感興趣的系統(tǒng)擴(kuò)展至Lovelock和Margulis提出的行星尺度的“蓋亞”（Gaia）——參見[81]中的天體生物學(xué)推廣——會得到一個更加復(fù)雜的系統(tǒng)，其中某些過程已被建模為主動推斷[82]，但上述關(guān)于完整或詳細(xì)模型的評論同樣適用于此。與這樣一個系統(tǒng)進(jìn)行溝通會是什么樣的體驗？我們是否可以開發(fā)工具，幫助我們將理論上預(yù)測的這類系統(tǒng)的感知空間與目標(biāo)空間映射到我們自己的認(rèn)知框架中——一種增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，使我們能夠理解甚至共存于高度多樣化的思維之中？我們的先天“心智盲”能否像通過電磁學(xué)理論及其技術(shù)的發(fā)展讓我們操作原本未知的電磁頻譜那樣，部分地被克服？我們尚不清楚。我們在識別自身自然器官中非常規(guī)空間中的感知-行動循環(huán)、問題解決行為與智能導(dǎo)航方面所遇到的困難[30]，凸顯了我們進(jìn)化形成的“固件”（firmware）所提供的認(rèn)知過濾器是多么狹窄。

將物理系統(tǒng)建模為信息處理器——即一臺“計算機(jī)”——是一種從可觀測物理現(xiàn)象到可計算函數(shù)的映射[83]。FEP是定義此類映射的一種方式。包括FEP所規(guī)定的那種形式在內(nèi)的、從可觀測物理到可計算函數(shù)的映射可以在任何尺度上構(gòu)建，隨著事件被粗粒化的尺度增大，其計算復(fù)雜度也隨之降低。在特定尺度下，可以存在多種不同的映射方式。因此，任何物理系統(tǒng)都可以被視為同時執(zhí)行著多個不同的函數(shù)，具體“看到”它執(zhí)行哪一個函數(shù)取決于所采用的視角和測量方法[84]。

因此，F(xiàn)EP不僅在每一個尺度上將通用系統(tǒng)描述為VFE最小化者[14]，它還允許多種這樣的描述。一個描述是否支持與系統(tǒng)的有效互動，取決于它在多大程度上捕捉到了該系統(tǒng)本身對其世界進(jìn)行測量與作用的方式——即它用于理解其世界正在對自己做什么的“參考框架”[15]。要理解，尤其是影響系統(tǒng)的運(yùn)作方式，最好的做法是以它們自身的語言與之交流。這就是所謂“因果涌現(xiàn)”（causal emergence）現(xiàn)象，它依賴于尺度與描述方式[85]。我們對于他人、在某種程度上對其他哺乳動物已經(jīng)具備這種直觀理解；在模式生物的研究中可以通過實驗接近這一現(xiàn)象[86,87]；但對于一般系統(tǒng)，我們目前只有理論上的理解。

因此，F(xiàn)EP 表明解決費(fèi)米悖論的關(guān)鍵在于放棄我們對“智慧生命”的人類中心主義視角；參見[88]，其中從不同角度得出了類似結(jié)論。它提示我們其實正被智慧生命所包圍，其中一些甚至比我們更聰明，但我們尚無法探測、理解或與之交流。

FEP 進(jìn)一步表明，智慧生命遍及宇宙，但它們在結(jié)構(gòu)、具身性（embodiment）或習(xí)性上未必與我們相似。如果我們假設(shè)自己會遇到某種我們能想象有一天自己也會制造的技術(shù)性人工制品，或接收到某種我們能想象有一天自己也會發(fā)送的信號，那就等于假設(shè)了智慧必然意味著一種與我們心理和操控能力相近的存在方式。然而，F(xiàn)EP 暗示我們，生命與心理狀態(tài)的多樣性遠(yuǎn)超 LUCA 譜系本身，更不用說通向哺乳動物、最終通向我們的那條子譜系了。

即便有了這樣的預(yù)期，地球上的生命也已展現(xiàn)出足夠的多樣性，足以挑戰(zhàn)我們構(gòu)建模型與開展實驗的能力。正如文獻(xiàn)[6]所揭示的那樣，只有少數(shù)生命科學(xué)家接受“生物普遍具有智能”這一觀點。我們尚未充分了解微生物的感知與行為能力，從而難以準(zhǔn)確預(yù)測其在新環(huán)境中的行為；對于真核細(xì)胞（例如人類癌細(xì)胞）的理解則更為有限。比較基因組學(xué)持續(xù)揭示出新的、似乎局限于特定譜系的功能，而基因組序列的多樣性之大，使得來自非 LUCA 譜系的橫向貢獻(xiàn)——如文獻(xiàn)[4]中示意性展示的——無法被排除。此外，合成生物學(xué)與生物機(jī)器人技術(shù)正在構(gòu)建出既沒有當(dāng)前形態(tài)下演化歷史、又展現(xiàn)出明顯新穎問題解決能力的生命系統(tǒng)[89–91]。在更宏觀的層面，生態(tài)學(xué)在很大程度上仍是一門以觀察和現(xiàn)象模型為主的科學(xué)，我們甚至很少將真社會性昆蟲群體視為具有認(rèn)知能力的個體。我們在尋找與集體智能（如蟻群，而非單個螞蟻）進(jìn)行交流的方式上仍然舉步維艱，并且很少意識到我們自己也是集體智能的一個例子。

我們難以識別那些在不熟悉的時空尺度上運(yùn)行、或在陌生的問題空間中運(yùn)作的認(rèn)知同類。許多科學(xué)家似乎還努力維護(hù)各種區(qū)分界限，作為抵御人類中心主義觀念進(jìn)一步瓦解的最后一道防線。

甚至連“真實智能體”最基本的特征——物理性的具身存在——如今也不再那么穩(wěn)固了。我們現(xiàn)在可以將自己理解為暫時持續(xù)存在的動態(tài)模式——而非物體——就像孤波（solitons）、颶風(fēng)等一樣。我們作為在代謝[92]與認(rèn)知[93]媒介中自我修改的模式這一本質(zhì)，迫使我們必須面對這樣一個問題：其他哪些模式實際上也是“智能體”？模式與物體之間、思想與思考者之間的脆弱界限，為我們打開了一條道路，使我們能夠認(rèn)識到越來越多原本完全視而不見的非常規(guī)智能體類別[71]。換句話說，我們目前才剛剛開始初步準(zhǔn)備去面對地球上存在的其他生命系統(tǒng)。源自其他星球的智慧生命，或其產(chǎn)物，可能對我們而言是不可識別的。

6. 在FEP視角下的德雷克方程

德雷克方程（Drake Equation）估算從地球可探測到的地外智慧系統(tǒng)數(shù)量 N 的公式為：

人類始終處于大規(guī)模的信息承載模式之中，從可見恒星分布的非均勻性，到宇宙微波背景輻射的各向異性 [96]，我們都將其視為“自然現(xiàn)象”，從而認(rèn)為它們在生物學(xué)或認(rèn)知科學(xué)的角度上無足輕重。

同樣地，將太陽系尺度上的非隨機(jī)性視為具有交流意圖的做法也無法通過上述實用性測試。那么，把一塊明顯非人類制造的空間垃圾視為一種“通信”或“生物意義上的有意義事物”的價值何在？

一方面，這樣的發(fā)現(xiàn)將打破我們的“人類中心主義”，清楚地表明我們并非如許多人所恐懼或希望的那樣“孤獨(dú)于宇宙”。另一方面，它又會強(qiáng)化我們的“人類中心主義”，因為它確認(rèn)了一個深層假設(shè)：即宇宙中的其他存在者在某些重要方面是“像我們一樣的”。

換句話說，將此類發(fā)現(xiàn)視為“非自然”的價值并不在于它是否有助于我們更好地應(yīng)對環(huán)境，而在于它告訴我們關(guān)于自身的什么信息。它將告訴我們，我們不是獨(dú)一無二的，而是在某種意義上是不可避免的。

7. 結(jié)論

生命起源（OOL）問題一直以來都是在經(jīng)典物理在經(jīng)典時空中的運(yùn)作背景之下被提出和討論的，并且它假設(shè)了一個以經(jīng)典機(jī)制方式運(yùn)作的非生物環(huán)境。然而，Conway-Kochen定理與自由能原理（FEP）對這些假設(shè)提出了挑戰(zhàn)：前者表明局部決定論與已知物理定律存在沖突；后者則為即使是經(jīng)典的動力系統(tǒng)提供了作為貝葉斯智能體（Bayesian agents）的形式化解釋。CK定理與FEP共同將物理系統(tǒng)刻畫為在所有尺度上至少具有最低限度的“能動性”（agentive），并暗示生命、認(rèn)知與復(fù)雜性既是不可分割的，也是普遍存在的。如果事實確實如此，那么在實踐中，“生命起源”問題將被取代為另一個問題：即如何識別并與各種具身形式下的多樣智能成功互動——而這些智能可能、也可能不涉及我們熟悉的生物化學(xué)過程。

原文鏈接： https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/19420889.2025.2466017