# 薩拉·沃克：生命的物理學、時間、複雜性與外星生命 > 物理學家從複雜系統角度討論生命的定義、時間的本質與地外生命的可能形態。 - 原標題：#433 – Sara Walker: Physics of Life, Time, Complexity, and Aliens - 期數：第 433 期 - 釋出日期：2024-06-13 - 嘉賓 / 主題：薩拉·沃克 - 網頁版：https://lex.qiaomu.ai/tw/ep/sara-walker-3/ - 官方頁面：https://lexfridman.com/sara-walker-3/ - 精讀字數：約 8716 字（閱讀約 19 分鐘） > 本文為 lex.qiaomu.ai 基於原始訪談的 AI 改寫中文精讀，非官方翻譯；引用請註明出處並連結網頁版。 Sara Walker 曾經被人引用說，她贊同「生命是一個能夠進行達爾文演化的自我維持的化學系統」這個定義。她對此非常生氣。 在她的原話裡，她「討厭這個定義」，認為它「很糟糕」，而且「這個定義裡的每一個詞，作為對生命的描述都是錯的」。她在 Lex Fridman 播客第 433 期裡花了很長時間解釋，為什麼這句聽起來很聰明、被寫進無數天體生物學教科書的話，其實什麼都沒說明白。 她第三次上這個播客。她是天體生物學家和理論物理學家，研究生命的起源，也研究如何在其他星球上找到外星生命。她的新書《Life As No One Knows It: The Physics of Life's Emergence》2024 年 8 月 6 日出版，中文可以譯成《沒人知道的生命》。 這期對話把「生命是什麼」這個問題從物理、化學、資訊、時間、語言、時尚、外星文明一路拆到自由意志。資訊密度極高，很多地方需要反覆想。 ## 亞里士多德也搞錯過運動，我們可能正在搞錯生命 先回到那個讓她生氣的定義。拆開來看：自我維持、化學系統、達爾文演化。 每一個單獨拿出來都能找到反例。 「自我維持」：人類不自我維持。離開社會、離開環境就無法存活。嚴格來說，沒有任何生物是真正的自我維持，它們永遠需要環境。順著這個邏輯推下去，社會因為是一個自我維持的單元，反而可能比個體更像「活的」。 「化學系統」：她認為化學只是生命出現的第一個舞臺，生命本身並不等於化學。生命之所以在這個舞臺上出現，是因為化學的組合空間大到宇宙窮盡不了。 Lee Cronin 給過她一個例子。紫杉醇（Taxol）的分子量大約 853，原子數量並不算天文數字。但如果你把擁有這個分子式的所有可能三維形狀都造出來，每一個分子佔一個位置，需要的體積是 1.5 個宇宙。 一個分子，就能填滿一個半宇宙。 化學空間就是這麼龐大。宇宙沒有能力把所有可能的分子都表達一遍，它只能沿著歷史上偶然走出來的那幾條路徑做選擇。生命，就是宇宙在不可能窮盡全部可能性的地方，被迫做出的歷史性選擇。 「達爾文演化」的問題在於層級。演化發生在種群層面，不發生在個體層面。你現在這個「你」，按經典演化理論並沒有在演化。你只是被演化塑造出來的一個瞬間的產物。 > 「生命是資訊隨著時間和空間組織物質的過程。一個例子，就是行星上湧現出的東西，它產生一個開放式的、結構不斷生成、複雜度不斷上升的級聯。任何個體，都只是這些跨越時間的譜系裡的一個特定例項。」（Sara Walker） 所以她真正想說的，和亞里士多德有關。 亞里士多德解釋運動時，用的辦法是給物體貼物質屬性：重的東西往下掉，因為它「土」；輕的東西往上飄，因為它「氣」；天體繞著地球轉，因為它「神聖」。這套理論講了幾千年，直到有人造出了能機械計時的鐘、能滾小球的下斜面，人類才發現運動和「土氣神聖」完全無關，只需要質量和加速度兩個概念，全宇宙的運動都能用一個公式統一描述。 Sara Walker 說，我們對生命的困惑，就卡在亞里士多德那個階段。我們知道該怎麼處理質量和加速度，卻不知道該怎麼把資訊當成一種物質屬性來處理。等到有一天人類發明出「資訊的物質概念」，生命的統一描述也會像牛頓定律一樣簡潔。 ## 殭屍螞蟻、病毒和火的共同難題 為什麼所有經典定義都會失效？Carl Sagan 寫過一篇關於生命定義的短文，裡面有個特別妙的觀察。 如果外星人來到地球，他們很可能會認為汽車才是佔據主導的生命形式。汽車數量龐大、會移動、會消耗資源、排出廢物、內部有人類在操作，按照任何一本生物學教科書對生命的定義，汽車都能被裝進去。 Sagan 想劃一條線把汽車排除出去，定義本身卻不允許他這麼做。他最後得出結論：我們現有的每一個生命定義，都能找到一個反例把它推翻。 病毒是最典型的。殭屍螞蟻真菌更離譜。 這種真菌感染螞蟻之後，會鑽進螞蟻的身體，操控它爬到高處，咬住葉子，然後從它的頭部爆出孢子。整個過程裡，螞蟻的身體還在動，還在執行任務，但螞蟻已經死了。這算一個活的東西還是兩個活的東西？ > 「我想我們必須放棄個體這個概念的相關性。我們習慣把細胞當成生命的基本單位，把個體當成活的，但我們從來沒有認真想過這條線到底有多模糊。」（Sara Walker） 她把這個邏輯一直推到語言、模因和數學上。她認為語言至少是「類生命的」（life-like），數學也是。 數學這個說法容易招來反駁。大多數人認為數學有一種柏拉圖式的實體，存在於宇宙之外，等待被發現。她的觀點相反：數學是我們這個生物圈裡長出來的東西，它反映的是我們自身的結構。當人類把從世界中觀察到的規律全部內化，然後問「如果我從外部看這套系統，它長什麼樣」，答案和我們平時描述自己的方式非常不一樣。 她說數學之所以「活」，是因為它開放、組合空間巨大、具備遞迴性質。哥德爾定理和圖靈的工作之所以能在上個世紀引發革命，就是因為數學會在某些地方「發現宇宙的漏洞」。 ## 時間裡的巨物 她有一條發在 X（原推特）上的話：事物看起來像湧現，只是因為我們看不見時間。 這句需要慢慢拆。 人類演化出的感知系統把空間看得非常重要，把時間看得極其短暫。我們看到的每一個生命都轉瞬即逝，所以會覺得個體就是生命。如果你能看見時間，你會看到每一個物體背後拖著一條巨大到無法想象的因果尾巴。 > 「活的物體其實非常大。它們是宇宙裡最大的結構之一。它們在空間裡並不大，在時間裡大得驚人。我們分辨不出這個特徵。」（Sara Walker） 她舉了個例子：你我彼此能夠理解、能夠溝通、能夠共享體驗，是因為我們在時間上靠得很近。在宇宙歷史裡，我們分叉得很晚，非常近。章魚、蘑菇、細菌和我們在時間上分叉得早得多，我們從它們身上看到的差異大到幾乎像外星人。 這條思路有實打實的科學依據。把系統發生樹（phylogeny）在物理層面認真對待，就能推出這個結論。你可以把 138 億年的宇宙歷史全部打包進每個物體，只要你有足夠大的認知空間去展開它。 她說，現代技術圈（technosphere）是我們已知的宇宙裡時間尺度上最大的物體。技術圈並沒有獨立於生命之外，它是這個星球上生命和技術的全球整合。手機、光纖、電網、衛星、語言、法律、金融市場，這些東西都可以看作從四十億年演化鏈上長出來的一層新的因果結構。 Lex 在對話裡講了一件他做死藤水（Ayahuasca）之後的體驗。儀式結束後他在森林裡和朋友聊天，能看見他們「過去的自己」浮在身後，像行走時面孔拖出一條模糊的尾巴。他說那個效果從審美上很美，從物理學角度看也很美，因為那確實是一個過去自我的可視殘影，只不過才幾秒鐘。 Sara Walker 的反應是：把它推到底，就是幾十億年。 ## Assembly Theory：15 步是那道門檻 這個理論她講了大半場。她和 Lee Cronin 合作多年建起的這個框架，試圖把「複雜度」變成一個可以測量、可以計算的物理量。 核心是兩個可觀測量。 第一個叫副本數（copy number）：你觀察到多少個完全一樣的物件。第二個叫組裝指數（assembly index）：從最基本的構件開始，用最短的遞迴路徑把物件造出來，需要多少步。 規則很簡單：不能浪費步驟，必須能用已有的東西拼出新的東西。組裝指數算的是最短路徑。實際路徑可能繞遠得多。 Lee Cronin 的實驗室已經做出實驗驗證：在有機化學裡，組裝指數大約 15 是一道門。分子要超過 15 步還大量存在，幾乎必然來自生命過程。這正是 Sara Walker 所說的「生命必須跨越的邊界」。 15 不是一個普遍常數，不同的組裝空間有不同的閾值。在這個空間裡，它確實是一道突然出現的門。 > 「生命是突然跳出來的。」（Sara Walker） 她說這是她職業生涯裡第一次說出這句話。過去她一直在「漸變」和「突變」之間搖擺，現在她確信是突變。 為什麼？組裝宇宙按因果步驟排序，每一層比上一層大得多，增長是指數級的。要造出一個複雜物件，如果走「典型路徑」，那條路徑的複雜度也在指數級增長。結果是：絕大多數能出現的複雜物件，都必須沿著幾乎最短的路徑出現，必須在因果上離已存在的東西非常近。 「繞遠路」這條路根本不存在。 那些從未出現過的物件呢？它們的數量指數級地離我們遠去。宇宙每生成一個新結構，就在同時排除掉一大批永遠沒有機會存在的可能結構。 她把一條推文說得很精確：演化過程中最重要的生存鬥爭，發生在存在的物件和「從未有機會存在」的物件之間。選擇的大部分因果工作，都發生在這裡。 現在人類發明的神經網路人臉生成器，可以一整天刷出不存在的人臉。她的說法是：那些人都存在於「不存在之物」的空間裡。那才是最大的戰場。 ## 手性：在時間上破缺的對稱 她的博士論文研究的是生命手性（chirality）的起源。手性指分子能否和它的映象完全重合。左手和右手無法完全重合，這就是非疊合性。 生命的化學有一個奇怪的事實：蛋白質裡的氨基酸都是左手性，DNA 和 RNA 裡的鹼基都是右手性。為什麼？ 她在對話裡提出了一個比「為什麼有手性」更根本的問題：為什麼會有手性分子這種東西存在？ 如果你把所有小分子（重原子少於 7 到 11 個）的化學空間翻一遍，會發現幾乎每一個都是非手性的。就像一把勺子，和映象完全一樣。一旦分子超過這個複雜度門檻，幾乎每一個都是手性的。左手版和右手版都存在，它們屬於兩個不同的東西。 > 「手性其實是在時間上打破對稱，不在空間上。我選擇左手性，就等於替這個系統選定了它未來所有時間裡和整個化學宇宙反應的方式。每次分子獲得一個映象異構體，宇宙的可能性空間就被劈成兩半。」（Sara Walker） 她實驗室的發現是：生命起源的相變，似乎就發生在分子複雜度剛好越過那個手性出現的門檻附近。手性分子一旦開始互相識別，級聯就起來了，自催化反饋就起來了。 她還提到 Lee Cronin 實驗室發現的一個鉬（molybdenum）自催化環。這個結構完全非生物，是無機化學裡的自複製迴圈。從鉬原子出發，化學空間的配置數指數級增長，整個系統最後塌縮到只生產那一個巨大的環狀結構。原因是這個環會反過來做模板，指導小分子的組裝。整條鏈互相強化，鎖死在一個自維持的迴圈裡。 她說，那篇論文其實揭示了生命起源相變的一部分機制：一個本來應該組合爆炸的空間，最後塌縮到一個互鎖自持的小空間裡。這就是生命的誕生。 ## 演化史裡被忽略的那次躍遷 Lex 提到 Nick Lane 的《Life Ascending》裡列出的十大發明：生命起源、DNA、光合作用、複雜細胞、性、運動、視覺、意識、死亡。 Sara Walker 說她喜歡「發明」這個詞。視覺是她最感興趣的之一，因為它展示了生命如何一步步獲得「看見」的能力。生命起源的時候，地球上什麼也看不見；後來出現了光子受體；多細胞出現後，眼睛長出來了；人類社會出現後，我們造出瞭望遠鏡和顯微鏡，能看見更深和更小的世界。 但她認為演化史上被忽略最嚴重的一步不在那個列表上。那一步是生殖細胞（germline cell）和發育過程。 > 「地球上每一個生命，在它生命的某個時刻，都要經過一個單細胞。你從一個細胞來。一個細胞怎麼知道該怎麼長出你？器官怎麼知道該往哪兒長？多細胞生物的形態形成機制，我們其實知道得非常少。這部分常常被排除在人們的清單之外。」（Sara Walker） 每個細胞的基因都一樣，分化只能是基因表達隨時間變化的結果，加上細胞之間的物理互動。這臺計算機的執行原理，我們至今沒有真正理解。她說，想理解一個生物，關鍵可能不在成品，而在建造過程。 她對技術圈理論有一個總結式的表述，把整條鏈壓縮成了一段： > 「一個生命起源事件發生了。它演化 40 億年。它演化出技術圈。技術本身開始獲得我們稱之為生命的那個性質，這正是我們此刻所處的階段。它解出了自己的起源問題，然後它弄清楚整個過程怎麼運作，理解如何製造更多生命，然後能把整個結構複製到另一個星球上，於是這個結構可以自我複製。」（Sara Walker） 在她的影象裡，生命起源並沒有停在四十億年前的某個瞬間。它一直在進行。今天這個星球正在經歷第二次起源。上一次是地球化學向生物學的轉變，這一次是生物圈向技術圈的轉變，都是從化學尺度到行星尺度的多層過程。 ## 大感知過濾器：外星人可能都變成黑洞了 她的想法在這裡開始變得黑暗。 費米悖論有一個經典解釋叫「大過濾器」（Great Filter），認為每種文明在某個階段都會自毀。她提出一個不同版本，叫「大感知過濾器」（great perceptual filter）。 邏輯是這樣的：宇宙在空間上小，在時間上大。我們這個行星四十億年來體積沒怎麼變，裡面堆積的因果結構、資訊、遞迴已經多到無法想象。人類正在「自我虛擬化」。科技越來越抽象，虛擬現實、數學、語言這些東西看起來是資訊性的，實際上只是在時間裡非常深。 她把這個洞見和 Paul Davies、Freeman Dyson 的兩個經典思路拼在一起。 Davies 在《The Eerie Silence》裡設想，足夠高階的智慧會把自己變成量子計算機，跑在真空裡，無限運算，從外部世界完全看不見。 Dyson 在一篇論文裡設想，一個模擬式的生命可以隨著宇宙膨脹越來越慢地執行，永遠持續下去。 把二者結合，再加上我們已經在做的事情，也就是造虛擬現實，她得到一個不安的推測：足夠成熟的技術圈可能會把自己虛擬化，把整個宇宙內化到它們的時間因果結構裡，從其餘宇宙裡切斷聯絡。 > 「我曾經想過，足夠高階的技術看上去會像黑洞。也許這就是所有奇點的解釋，它們都是把自己虛擬化、從我們這裡斷開的因果結構。」（Sara Walker） Lex 說那這個宇宙就孤獨得可怕。她說：對啊，這也是我最怕的版本。她明說自己並不完全認同這個結論，只是必須親自穿過這類想法，才能抵達下一個想法。 她真正感興趣的是：把生命起源和尋找外星生命看成同一個問題。你能不能在實驗室裡造出生命，直接決定了你能不能認出別處的生命。發現外星生命的第一次接觸，很可能發生在一次生命起源實驗裡。 她正在參與 Habitable Worlds Observatory 的任務規劃，處理系外行星生物特徵的問題。她對此抱有樂觀。 ## 語言、大語言模型和「在時間裡結晶」 她對語言有一個很具體的感受：她能「看見」詞，詞是物。詞和詞描述的東西，擁有不同的本體論。詞是物理的，能承載因果，能創造意義，但它和它描述的那個東西屬於兩套不同的存在。 她說自己在語言上有點像通感。跟她對話的人很難跟上，因為她在同一個講座裡可能故意把同一個詞用六種不同方式反覆擺弄。她解釋為什麼這樣：想要發現一個新概念的時候，現有的詞是不夠用的。你必須把已有的詞用非標準的方式擠壓，才能擠出一點新意義。 Lee Cronin 那種人思考的抽象層級根本不能被語言直接表達，所以他們的合作必須借語言「繞路」。 Assembly Theory 那篇 Nature 論文之所以冒犯了不少人，有相當一部分原因是詞語的用法和讀者互動的方式錯位。她想用舊詞說新事，讀者按舊詞理解，衝突就發生了。 > 「很多人談論 GPT 的時候忽略了：語言不是全部。語言底下有東西。大語言模型真正讓人感到存在性創傷的地方，正是因為它顯出了語言底下還壓著別的東西。」（Sara Walker） 她把大語言模型放在語言演化的譜系裡理解。書寫語言的發明是一次創傷，因為「死者在向活人說話」。印刷術是一次創傷，因為資訊的複製突然變成廉價品，好像要稀釋一切。大語言模型是第三次。 它和書籍不一樣。書籍是靜態的，語言模型是動態的。她給了一個類比： > 「大語言模型有點像語言的遺傳系統。它產生了一種高度動態的歸檔方式。你其實是在跟人類語言在計算機裡的結晶交談，一個動態的結晶，因為它是人類歷史演化出來的巨大抽象結構在時間上的結晶，現在被壓進了一臺小機器。」（Sara Walker） 她說「結晶」這個詞是刻意選的。某個特定資料集訓練出來的模型，就是語言在訓練那一刻的晶體。人類還在不斷迭代這個技術。 對於 AGI，她不喜歡現在流行的說法。她援引 David Deutsch 的「通用解釋者」（universal explainer）概念：人類是生物圈裡第一批能夠理解其餘現實的東西，我們有一種通用理解能力。這並不意味著單個人能理解一切，只是說這個能力存在。在這個框架下，AGI 是同一能力的另一種實現，可能在質因數分解之類的任務上比人快，但不一定「更聰明」或「理解範圍更廣」。 她說，我們現在關於 AI 末日論的敘述，其實是一種文明免疫反應：因為感覺到了即將到來的危險，所以過度誇大恐懼，以便更快立法、更快建立護欄。這件事本身是好的。用來描述的語言和真實發生的東西差別很大，在她看來，人類要到一兩百年後才能真正理解我們正在經歷的到底是什麼。 關於 AI 意識，她的判斷很直接：沒有一套可檢驗的意識理論，這個問題就永遠是個灰色地帶。有人會覺得它有意識，有人會覺得它沒有，雙方都無法證否對方。她說，意識的「困難問題」之所以困難，部分原因就是它可能根本不在科學的範圍內，需要用別的途徑理解，而那些途徑不一定能提供我們想要的、可以寫進法律的技術性判據。 ## 自由意志、隨機和多世界 她並不支援多世界詮釋。 她的影象是：把多世界裡的所有分叉全部摺疊起來，折進你作為時間深處的那個物體裡。你曾經是所有那些世界的收斂點。你是一個被選中存在的物件，和其他結構自洽。量子世界的隨機性是底層的背景噪聲，你不住在那兒。你住在一個非常確定的、經典的宏觀世界裡，你在這個世界裡挪動。 > 「你是一個活在隨機背景裡的確定結構。所有打包在你身上的選擇，讓你能夠選擇可能的未來。這就是你意志的來源。同時永遠有一點點隨機性，因為宇宙正在變大，過去和現在不夠大，裝不下未來，額外的結構總得從哪兒來。所以在這些巨大的因果結構之外，外面他媽的隨機，很嚇人。我們互相抓著不放，因為存在下去的唯一方式就是緊緊抱住所有和我們共同棲居的因果結構，互相強化彼此的存在。」（Sara Walker） 她的自由意志沒有瞬時性。她坐在播客棚裡跟 Lex 說話時，不可能同時出現在英國或亞利桑那，但她可以計劃，可以在時間上執行自己的意志，明天或後天到那裡去。 關於瞬時決定（比如把手放在桌上），她認為「那些早就被決定了」。自由意志從來不是瞬時的東西。它在組合時間（combinatorial time）裡操作：你有很多結構，你的未來可以是那些結構的組合，只要你還能保持為一個自洽的你。你的操作空間就是你的視界，在那裡你的意志可以起作用。 ## 為什麼有物存在，宇宙為什麼沒有停在空無 Lex 把問題推到了底：為什麼有物存在，為什麼不是一無所有？ Sara Walker 說這是最難的問題。她是最徹底的物理主義者：對她來說，不存在「宇宙之外」。連多重宇宙也不存在於宇宙之外，多重宇宙是人類心智裡的一個概念，存在於這個生物圈裡，它使人類有能力對自己的宇宙學做反事實推理，從而構建更好的理論。 數學也一樣。她不認為存在一個柏拉圖式的數學世界。數學的東西就在這個星球上。 > 「談論宇宙之外的東西沒有意義。你一旦在談論它們，就已經在談論宇宙內部存在的某個東西，它就是宇宙正在建造的一部分。」（Sara Walker） Lex 反擊：只是因為你談論它更建設性，不代表它更真。 她同意。她說，建設性不等於真，但可以通向真。這就是科學和純哲學的區別：沒有實驗性的柏拉圖主義，但如果把數學當成生物圈裡長出來的物件，你就可以開始用實驗的方式研究它。數學家有時候也把數學當成實驗科學，但反過來，如果物理學家把數學本身當成研究物件，不再僅僅當成描述現實的工具，這個反轉才是她真正感興趣的。 ## 幾個可以立刻拿來用的判斷 這場對話裡的很多想法第二天就能用。以下是幾個具體的行動點。 - **遇到「本質」爭論時，先問「站在哪個時間尺度上看」。** 病毒是不是生命、AI 是不是智慧、社會是不是活的，這些歸根到底都是定義問題。換個尺度，答案會變得完全不同。試圖找到一個在所有尺度下都成立的定義，等於用亞里士多德的方式解釋牛頓的運動。 - **判斷一個新事物是否「複雜」，看它的組裝指數和副本數。** 一個東西背後有多少步不可省的最小構造路徑？它被複制了多少次？這兩個維度合起來，比「高科技」「先進」這類模糊的標籤有用得多。它可以用來判斷一家創業公司、一項技術、一個物種是不是真的跨過了一道門檻。 - **不要用「繞遠路」的思路規劃複雜目標。** 組裝宇宙的指數增長意味著，典型路徑跑去造複雜物件，成功率會指數級下降。可行的做法是沿著最短因果鏈走，每一步都建立在前一步上，每一步都能自我強化。 - **重新審視「個體」這個單位。** 它可能只是注意力為了省力而做的投影。真要在「生命」這個尺度上做決策，需要把家族、社群、供應鏈、生態、語言、技術圈同時考慮進去。一個人、一家公司、一個國家的壽命都被它的因果結構決定。 - **認真對待「從未存在的東西」。** 演化的大部分因果工作發生在存在的物件和從未有機會存在的物件之間的篩選上。個人做選擇時也一樣：除了最佳化已選項，更要意識到每選一條路就排除掉一整片指數級大的可能性空間。這種意識不會讓決策更容易，但會讓決策更誠實。 - **把「感受」當第一手資料。** 她自己反覆強調，思維路徑是「感受、視覺、語言」三段。感受不等於不嚴謹，它是深度抽象還沒被壓進語言之前的樣子。遇到講不清的問題，先別急著寫方案，先確認自己的感受有沒有穩定下來。 - **區分「語言不到的地方」和「不懂的地方」。** 科學史上每一次大突破都發生在舊語言不夠用的時候。從這個角度看，能在同一個詞上玩耍、能接受一個詞有多種用法，這件事本身就屬於研究能力的一部分，並非單純文字遊戲。 - **對「我們處在 1% 還是 20%」這類問題保持謙遜。** Lex 打賭說人類只理解了 1%，Sara Walker 說視界會一直後退，宇宙在變大，永遠不可能知道全部。任何聲稱「物理學已經接近完成」的說法，很可能和十九世紀末的物理學家一樣自我安慰。