前言
景觀思維：關(guān)于創(chuàng)造力的新科學(xué)

早在生命誕生之前很久，大自然就創(chuàng)造出了漩渦狀的星系和有著熱核引擎的恒星。它還創(chuàng)造出了絢爛奪目的晶體，比如那些在地球深處孕育了數(shù)百萬年的鉆石。進(jìn)而，大自然創(chuàng)造出了復(fù)雜的有機(jī)分子，而這些存在于星際氣體、隕石和深海熱泉口中的分子，就是生命的基本構(gòu)件。一旦它們被組裝成了最早的活細(xì)胞，達(dá)爾文進(jìn)化論就開始發(fā)揮作用了。此后，生命開始永不滿足地從陽光中、從富含營養(yǎng)的分子里汲取能量。有了分子發(fā)電機(jī)⁽¹⁾，生命得以征服地球上的每一種生態(tài)環(huán)境。從浩瀚的赤道大洋到寒冷的北極冰架，從熾熱的地下熔巖到無垠的干旱平原，乃至冰雪覆蓋的永久凍土，生命無處不在。

經(jīng)歷漫長的地質(zhì)時(shí)間，單個(gè)的細(xì)胞得以聚集在一起，組成一個(gè)個(gè)擁有數(shù)百萬甚至幾十億同類的專業(yè)化團(tuán)隊(duì)。后來，這些多細(xì)胞生物又進(jìn)化出了傳感器，得以感知?dú)馕丁⒙曇艉凸庥埃㈤_始探索大千世界。它們還學(xué)會了避敵之術(shù)與獵食之法，飛行、打洞、行走、游泳，各展其能。最終，它們的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)化出了復(fù)雜的大腦，這才能夠創(chuàng)造、辨析各種抽象的符號，如本書中的文字。接下來就輪到了人類大顯身手：從拉斯科的洞窟壁畫到莫奈的風(fēng)景畫，從簡單的算盤到復(fù)雜的超級計(jì)算機(jī)，從蘇美爾的計(jì)算泥板到詹姆斯·喬伊斯（James Joyce）的《尤利西斯》（Ulysses），從畢達(dá)哥拉斯定理到薛定諤方程。

這些千姿百態(tài)的成就，無一不是源自大自然的創(chuàng)造力。說起“創(chuàng)造力”這個(gè)詞，人們可能會想到某些鳥雀，它們可以利用工具將昆蟲從藏身之處逼迫出來；也可能會讓人們想到某些黑猩猩，它們可以制作原始的長矛來獵殺嬰猴。但我在這里想講的是一種在化學(xué)、生物學(xué)和文化層面更為普遍的創(chuàng)造力形式。

人類的創(chuàng)造力在很大程度上符合心理學(xué)家廣泛使用的一個(gè)定義：一個(gè)具有創(chuàng)造性的想法或者產(chǎn)品，就是一個(gè)能夠解決某一問題的獨(dú)特且適切的方法。¹有些問題本身就很簡單，例如，怎樣把一疊紙固定在一起，這些問題通常都有簡單的解決方案，比如用訂書機(jī)或者回形針。而有些問題則復(fù)雜得難以置信，比如如何在圍棋這樣的策略游戲里擊敗人類，這些問題也有解決方案，比如創(chuàng)造像AlphaGo這樣的人工智能。這些都是技術(shù)性的例子，而把創(chuàng)造力定義為解決問題的方法，在許多其他領(lǐng)域里也是行之有效的，比如藝術(shù)領(lǐng)域。20世紀(jì)杰出的藝術(shù)史學(xué)家、耶魯大學(xué)的喬治·庫布勒（George Kubler）曾經(jīng)說過，“每一件重要的藝術(shù)作品都可以看作……解決某些問題的來之不易的答案”。²這并不是個(gè)人之見。稍后我們將看到，人工智能也可以采用問題求解的策略來進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，譬如譜寫出激動人心的旋律。毋庸置疑，當(dāng)下的人工智能還遠(yuǎn)不能與最偉大的人類藝術(shù)大師相提并論，也許并沒有任何一種心理學(xué)上的創(chuàng)造力定義可以描述莫扎特的樂曲、畢加索的繪畫或羅丹的雕塑。但這個(gè)定義還是非常有用的，因?yàn)樗匀粡V泛涵蓋了人類所表現(xiàn)出來的創(chuàng)造力。

更重要的是，這個(gè)定義甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類的范疇。早在類似人類的大腦，抑或任何類型的大腦出現(xiàn)之前，生命就需要解決各式各樣的問題。能夠破壞富含能量分子化學(xué)鍵的酶，就是解決能量獲取問題的一個(gè)方法。眼睛，一個(gè)令人贊嘆的光學(xué)奇跡，也不過是捕食與反捕食問題的一個(gè)解決方案。抗凍蛋白（antifreeze proteins），則是冷血?jiǎng)游飳Α叭绾卧诹愣纫韵律妗边@個(gè)問題的一個(gè)解決方案。同樣的思路甚至可以引申到生命誕生之前。例如，晶體本身就是宇宙用來解決“原子或分子如何以穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列”這個(gè)問題的辦法。

我是一名進(jìn)化生物學(xué)家，一生的工作都集中在微型藻類、巨型紅杉、腸道細(xì)菌和非洲大象的身上，試圖理解生物進(jìn)化中的創(chuàng)造性力量。而我發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)存的無數(shù)物種，每一個(gè)都是一系列幾近無窮的、由各種創(chuàng)造性成就所組成的鏈條中最新的一環(huán)。每一個(gè)生物體，無論是其細(xì)胞內(nèi)的分子機(jī)制，還是其身體的物理結(jié)構(gòu)，都是無數(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)物。而不同形態(tài)的生命，有的可以瞬間遠(yuǎn)距離傳送，有的可以披上完美的偽裝，有的可以借用陽光的能量，都體現(xiàn)了無處不在且激情四溢的創(chuàng)造力。對此，我著迷不已，不能自拔。

在蘇黎世大學(xué)我的實(shí)驗(yàn)室里，我和大約20名研究人員組成了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，共同研究不同生物體的DNA，并以此來探究大自然是如何創(chuàng)造出新的生命形式、新的分子類型的。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，我們還觀察了幾千代微生物的進(jìn)化過程，研究它們是如何一路披荊斬棘，克服重重障礙的。同時(shí)，我們還比較了微生物進(jìn)化與其他領(lǐng)域的創(chuàng)新過程之間的相似之處，包括晶體是如何形成的，分子是怎樣自我組裝的，算法又是怎么解決問題的。

我不僅是一名科學(xué)家，還是一個(gè)父親、一名教育工作者。我正在不斷探索，以求更好地養(yǎng)育孩子，培養(yǎng)下一代的科學(xué)家，雇用最有創(chuàng)造力的研究人員，以及建立和運(yùn)營一支團(tuán)隊(duì)。我在整個(gè)過程中遇到的問題都非常實(shí)際，這鞭策著我查閱了大量有關(guān)人類心理學(xué)、教育研究、組織管理和創(chuàng)新方面的文獻(xiàn)。正是在這樣的探索過程中，我發(fā)現(xiàn)大自然和人類有著驚人的相似之處，兩者在創(chuàng)造力上如出一轍。

而這本書講述的，遠(yuǎn)不只是這些相似之處。首先，書中的內(nèi)容是達(dá)爾文未知之事。自然選擇理論是一座豐碑，但它只是一個(gè)起點(diǎn)。達(dá)爾文不知道，也不可能知道的是，自然選擇會面臨一些自身無法克服的障礙。本書對這些障礙進(jìn)行了闡述，也解釋了進(jìn)化機(jī)制是如何跨越這些障礙的。

其次，這本書也將人類的創(chuàng)造力和現(xiàn)代達(dá)爾文進(jìn)化論的觀點(diǎn)進(jìn)行了比較。兩者之間存在著多方面、深層次的相似之處，本書將從心理學(xué)、歷史和生物學(xué)研究的角度加以論證。

最后，也許是最重要的，本書還解釋了這些相似性是如何幫助我們解決問題的。當(dāng)今人類面臨著諸多麻煩，而借助這些相似性，我們可以讓孩子過上更加充實(shí)的生活，還可以增強(qiáng)商業(yè)創(chuàng)新能力，并在一個(gè)創(chuàng)新驅(qū)動全球領(lǐng)導(dǎo)力的世界里，提升整個(gè)國家的創(chuàng)造力水平。

大自然與文化的創(chuàng)造力為什么會如此相似呢？其中一個(gè)原因在于，凡是難題，比如怎樣形成一個(gè)規(guī)則的菱形晶體，怎樣的捕食策略最有效，又或者怎樣的觸角最靈敏，都有一個(gè)共同的特征：有多個(gè)解決方案，只不過有些實(shí)在不怎么樣，有些湊合能用，少數(shù)相當(dāng)不錯(cuò)，極少數(shù)可以稱得上出色。我們可以想象，所有這些方案組合在一起形成了一個(gè)“山地景觀”，那些不怎么樣的方案對應(yīng)著低矮的山麓，那些出色的方案則處在群山之巔（圖0-1）。這種設(shè)想出來的景觀又被稱為“適合度景觀”（fitness landscape），最早是由哈佛大學(xué)的遺傳學(xué)家休厄爾·賴特（Sewall Wright）⁽²⁾提出的。20世紀(jì)初，賴特在美國農(nóng)業(yè)部進(jìn)行了育種實(shí)驗(yàn)，旨在培育出優(yōu)質(zhì)的牛、豬和羊。³通過這些實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)了一些普遍而又怪異的現(xiàn)象：在育種過程中，即使每次都按照自然選擇的方式以最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選種，最后卻始終得不到良種。最終，賴特搞清楚了背后的原因，而且創(chuàng)造出了“適合度景觀”這個(gè)概念來解釋這些現(xiàn)象。

在進(jìn)化的過程中，每一個(gè)生物種群都在孜孜不倦地找尋它們所面臨的問題的解決方法，鯊魚探索的是如何在狩獵時(shí)節(jié)省體力，細(xì)菌追求的是如何擺脫抗生素的追殺，而食草動物苦苦尋找的則是怎樣靠采集營養(yǎng)并不豐富的葉子活下去。只不過，這些探索都或多或少地帶有盲目的意味。賴特把這些解決問題的過程比作在適合度景觀中爬山。在達(dá)爾文式的生物進(jìn)化過程中，爬上山頂?shù)倪^程是這樣的：從任意一個(gè)方案開始，不管它是多么不堪一用，都在這個(gè)方案的基礎(chǔ)上修修補(bǔ)補(bǔ)，而每走一步，都只把那些有利于生存的變異保留下來。在人與人、組織與組織之間，與自然選擇最為接近的類比就是競爭，而它們的本質(zhì)都是優(yōu)勝劣汰。⁴在景觀中只存在一個(gè)頂峰的時(shí)候，自然選擇必然能大行其道。只要一直保持上坡，一定不會錯(cuò)過最高點(diǎn)。但是，如果景觀中存在著兩座、十幾座、數(shù)百座，甚至是數(shù)不清的山峰，那么自然選擇可就不僅僅是“不完美”那么簡單了，后果甚至?xí)侵旅摹Ｔ谶M(jìn)化過程中，從一個(gè)頂峰到達(dá)下一個(gè)頂峰，也就是說，從一個(gè)方案過渡到另一個(gè)更好的方案，生物種群必須先跨過兩座山峰之間的山谷，而自然選擇是禁止這個(gè)跨越的過程的。自然選擇不懂得以退為進(jìn)的道理，只會悶頭上坡，斷無下坡之舉，因此很可能反倒把自己卡在了遠(yuǎn)離珠穆朗瑪峰的地方。賴特的這個(gè)發(fā)現(xiàn)，怎么形容其重要性都不夸張。所有進(jìn)化的創(chuàng)造性產(chǎn)物——數(shù)不清的物種，都只是上述過程的終點(diǎn)而已。為了征服連綿起伏的景觀，自然選擇必不可少，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

休厄爾·賴特不僅發(fā)現(xiàn)了自然選擇的這個(gè)問題，而且還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)潛在的解決方案——一種被稱為遺傳漂變的驅(qū)動進(jìn)化的力量。為了理解遺傳漂變能帶來什么，我們可以類比一下專業(yè)的音樂家、藝術(shù)家或者田徑運(yùn)動員。他們的技能在趨于平穩(wěn)后，不管怎么練習(xí)，都很難再上一個(gè)臺階。這些專業(yè)人士往往需要拿出脫胎換骨的決心來，從頭學(xué)起。1997年，高爾夫球冠軍泰格·伍茲（Tiger Woods）就經(jīng)歷了一個(gè)徹底重構(gòu)揮桿技術(shù)的過程。1998年的賽季，他的表現(xiàn)一塌糊涂，但在之后的幾年里，他又打破了新的世界紀(jì)錄。有時(shí)候，我們就是得先自廢武功，然后才能東山再起。

由于遺傳漂變的存在，生命也會發(fā)生同樣的事情。對進(jìn)化而言，遺傳漂變至少和自然選擇一樣重要。遺傳重組，作為一種額外的、獨(dú)立的機(jī)制，使得進(jìn)化中的生物體能夠在適合度景觀中實(shí)現(xiàn)巨大的飛躍，并幫助它們越過障礙，抵達(dá)頂峰。只要有性的存在，就會有重組，而性的形式，既有稀松平常、令人類沉溺其間的男歡女愛，也有奇異隱秘的細(xì)菌和植物之間的基因交流。

景觀，已經(jīng)成了現(xiàn)代科學(xué)的一個(gè)基本概念，其重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了生物學(xué)。正如生物體在適合度景觀中不斷進(jìn)化一樣，在一種被稱為能量景觀（energy landscape）的環(huán)境中，分子和原子也在強(qiáng)烈地發(fā)生鍵合作用。跟適合度景觀相比，能量景觀也是崎嶇不平的。針對這些鍵合作用開展的研究，不僅展現(xiàn)了大自然是怎樣創(chuàng)造出鉆石和雪花來的，還可以幫助我們制造出更好的分子來造福人類。

無論是在繁忙的機(jī)場進(jìn)行空中交通管理，還是下圍棋，我們都可以從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度將它們看作一個(gè)個(gè)問題，同樣，也都存在著多種解決方案。這種情況下我們可以想象一個(gè)解決方案景觀（solution landscape）。在利用計(jì)算機(jī)來解決復(fù)雜問題時(shí)，人們可以采用與生命進(jìn)化同樣的算法。更為重要的是，借助這類算法，計(jì)算機(jī)還能創(chuàng)造出可與人類的作品比肩，且擁有專利權(quán)的電子電路和音樂作品。

比起人工智能來，我認(rèn)為更有趣也更熟悉的還是人類解決問題的思維方式。當(dāng)人類在充滿各種可能性的思維景觀里游歷時(shí)，思維采取的也是進(jìn)化的方式，和生命、分子以及計(jì)算機(jī)算法探索景觀時(shí)采用的方式大同小異。其中有一些創(chuàng)造性過程是外在的，如畫家拉斐爾和保羅·高更的漂泊之旅，他們帶著其他畫家游歷了不同的國家和大陸；也有一些創(chuàng)造性過程是發(fā)自內(nèi)心的，其中，在1891年，物理學(xué)家、生理學(xué)家赫爾曼·馮·亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）⁽³⁾就曾在解決某些流體物理學(xué)方面的問題后這樣描述他的心路歷程：

我走了很多彎路，才解決了這些問題……整個(gè)過程中只是碰巧連著猜對了幾次。我想把自己比作一名登山者，但我并不識途，只是在那里埋頭費(fèi)力地爬著山。有時(shí)我會發(fā)現(xiàn)路走不下去，只能折返回來；有的時(shí)候，或許是因?yàn)轭I(lǐng)悟，或許是因?yàn)橥话l(fā)奇想，我又會在不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)一條新的路，這樣就能繼續(xù)向上多爬一點(diǎn)兒；最后，當(dāng)我終于到達(dá)山頂時(shí)，卻又懊惱地發(fā)現(xiàn)，原來旁邊本來就有一條捷徑，而我明明已經(jīng)走過一遍了。要是我足夠明智，在一開始就能找到正確的起點(diǎn)該有多好！⁵

我們看到，大約在賴特的書出版之前30年，他的理論就已經(jīng)被人們應(yīng)用在人類思維領(lǐng)域了。當(dāng)然，人類大腦的運(yùn)作機(jī)制并不完全相同，但本質(zhì)上跟漂變、重組這些概念相差不大，如果將生物進(jìn)化的研究成果借鑒過來，我認(rèn)為將可以促進(jìn)個(gè)體思維與群體思維的進(jìn)步，我稱之為“景觀思維”（landscape thinking）。景觀思維可以幫助我們更好地思考問題、養(yǎng)育后代，以及正確地利用各種教育資源、商業(yè)政策和政府法規(guī)來促進(jìn)創(chuàng)新。景觀思維能夠幫助我們的，不僅是將創(chuàng)新成果、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出最大化。大道至簡，它讓我們看到，創(chuàng)造力其實(shí)就是探索廣袤而復(fù)雜的景觀的能力。普天之下，凡是新穎的、有用的、美麗的東西，其發(fā)源莫過于此。就像所有優(yōu)秀的科學(xué)一樣，這門科學(xué)所揭示的，是對我們和我們的世界有著深遠(yuǎn)意義的事物。