技術(shù)是如何進(jìn)化的

到了1997年，我又有了一個(gè)新的想法，不過這個(gè)想法與圣塔菲研究所的經(jīng)濟(jì)學(xué)研究計(jì)劃沒有直接的關(guān)系。我對(duì)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。一開始，這種興趣本身令我很困惑。盡管我的早期教育背景是工程技術(shù)學(xué)，但是這種興趣的出現(xiàn)仍然顯得有點(diǎn)奇怪，因?yàn)閷?duì)技術(shù)魅力的著迷似乎與我的主要興趣，即對(duì)經(jīng)濟(jì)學(xué)或復(fù)雜性的興趣無關(guān)。我以前也研究過與“技術(shù)”相關(guān)的問題，但是當(dāng)我開始深入探究各種技術(shù)為了被采用而展開競(jìng)爭(zhēng)這種思想時(shí)，這種興趣卻消失了。我注意到，我所觀察的所有技術(shù)，沒有任何一個(gè)是純粹地產(chǎn)生于某種靈感的。所有新技術(shù)都是原先已經(jīng)存在的技術(shù)的組合。舉例來說，激光打印機(jī)是由計(jì)算機(jī)處理器、激光器和靜電復(fù)印技術(shù)組合而成的，計(jì)算機(jī)處理器引導(dǎo)激光器在復(fù)印機(jī)的硒鼓上“涂上”字母或圖像，然后再復(fù)印出來。

我還意識(shí)到了其他的一些東西。1992年，出于好奇心，我一直在研究噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。我希望搞清楚的是，在一開始出現(xiàn)的時(shí)候，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是那么簡單，而在接下來的短短二三十年內(nèi)，它們卻變得如此復(fù)雜了，這是為什么？當(dāng)時(shí)，我還一直在學(xué)習(xí)C語言編程。在我看來，用C語言編寫的程序的結(jié)構(gòu)與噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基本上是相同的。它們都有一個(gè)中央功能模塊，還有一些支持這個(gè)核心模塊的子模塊，后者是用來正確地設(shè)置和管理核心模塊的。就某項(xiàng)給定的技術(shù)而言，隨著時(shí)間的推移，如果添加上一些突破了以往的物理界限或能夠更好地解決問題的子技術(shù)，那么就可以進(jìn)一步“擠壓”核心模塊，讓它發(fā)揮更大的性能。因此技術(shù)在剛出現(xiàn)時(shí)是簡單的，但是隨著技術(shù)的進(jìn)化，更多的零件和子模塊將不斷地添加進(jìn)來。1993年，我在《科學(xué)美國人》雜志上發(fā)表了一篇文章，討論了各種系統(tǒng)為什么會(huì)越來越傾向于復(fù)雜和精致的問題。4

逐漸地，我心中有了這樣的一種感覺：對(duì)于技術(shù)，我有一些一般性的東西可說。是的，我應(yīng)該可以提出一個(gè)關(guān)于技術(shù)的一般理論。在此之前，我已經(jīng)廣泛閱讀了與技術(shù)問題有關(guān)的文獻(xiàn)，并且下定決心要學(xué)習(xí)和掌握多種技術(shù)。事實(shí)上，我對(duì)20來種技術(shù)都有很好的了解。到最后，我研究過的技術(shù)不僅包括了前面提到過的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，而且也包括了早期的收音機(jī)、雷達(dá)、蒸汽機(jī)、信息包交換技術(shù)、晶體管、麥克風(fēng)、計(jì)算技術(shù)，甚至還包括了其他一些奇怪的“技術(shù)”，如青霉素等。這項(xiàng)研究工作的大部分是在圣塔菲的圣約翰學(xué)院（St. John’s College）圖書館中完成的，也有一部分則是在我現(xiàn)在工作的施樂帕洛阿爾托研究中心（Xerox Parc）完成的。我總結(jié)出了技術(shù)形成和出現(xiàn)的一般模式。所有技術(shù)都是對(duì)現(xiàn)象的刻畫和運(yùn)用。歸根結(jié)底，技術(shù)無非是用于實(shí)現(xiàn)人類目的的現(xiàn)象?，F(xiàn)象是可以劃分為不同“家族”的，如化學(xué)方面的、電子方面的、基因組方面的，因此也就形成了化學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、生物技術(shù)等這樣的技術(shù)群。

而且從總體上看，如下這一點(diǎn)是顯而易見的，不僅像噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的單個(gè)技術(shù)會(huì)在其生命周期中不斷進(jìn)化，所有單個(gè)技術(shù)的總體集合在如下意義上也是進(jìn)化的：在任何一個(gè)時(shí)刻，所有技術(shù)就像所有物種一樣，都可以通過一條“祖先線”追溯到某項(xiàng)早期技術(shù)。但是，技術(shù)進(jìn)化的基本機(jī)制卻不是達(dá)爾文式（Darwinian）的。新技術(shù)并不是隨著早期技術(shù)的微小變化的不斷積累而出現(xiàn)的。很顯然，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)肯定不是從空氣活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的微波變化的積累中產(chǎn)生的。新技術(shù)來自對(duì)早期技術(shù)的組合或集成，人類的想象力和聰明才智也在其中發(fā)揮了重大作用。這就是說，有一個(gè)不同于達(dá)爾文式的技術(shù)進(jìn)化機(jī)制，我稱之為通過組合而進(jìn)化（Evolution by Combination），或組合進(jìn)化（Combinatorial Evolution）。

當(dāng)然，這種進(jìn)化機(jī)制同樣也存在于生物進(jìn)化當(dāng)中。生物進(jìn)化中出現(xiàn)的最重大的轉(zhuǎn)變，絕大部分都是組合式的。單細(xì)胞生物以組合方式成為多細(xì)胞生物，原核生物以組合方式成為真核生物。但是，這種事件的發(fā)生頻率是極低的，要等上很多億年才會(huì)出現(xiàn)一次。生物的日常進(jìn)化機(jī)制是達(dá)爾文式的微小變化的積累，以及對(duì)這種變化的差異性選擇。相比之下，在技術(shù)的進(jìn)化中，主要的進(jìn)化機(jī)制是組合式的，當(dāng)然在新技術(shù)出現(xiàn)之后，也不排除達(dá)爾文式的技術(shù)進(jìn)化，即微小變化的積累。

經(jīng)過一個(gè)時(shí)期的研究，我相信對(duì)于技術(shù)是如何出現(xiàn)的，作為整體的技術(shù)集合是如何進(jìn)化的，我已經(jīng)洞若觀火了。接下來，我想試一試，能不能在實(shí)驗(yàn)室里或計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的進(jìn)化。2005年前后，我在富士施樂的FXPAL實(shí)驗(yàn)室工作，它實(shí)際上是富士施樂公司在帕洛阿爾托建立的一個(gè)智庫。在那里，我遇到了計(jì)算機(jī)科學(xué)家沃爾夫?qū)げɡ耍╓olfgang Polak）。我提議我們可以進(jìn)行這樣一個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)：把一些原始技術(shù)放到一起，組成一鍋“技術(shù)之湯”，在這鍋“技術(shù)之湯”中，各種技術(shù)可以隨機(jī)地進(jìn)行組合。由此得到的技術(shù)組合，即某種潛在的新技術(shù)，如果沒有用就拋棄；如果有用就保留下來，并將其加入那鍋“技術(shù)之湯”，用于進(jìn)一步的技術(shù)組合。這樣一個(gè)能夠以上述方式不斷創(chuàng)建技術(shù)集成的系統(tǒng)，能不能以“自展向上”（bootstraps）的方式使技術(shù)從簡單進(jìn)化為復(fù)雜？我們嘗試了好幾個(gè)系統(tǒng)，但是都沒有成功。就在那個(gè)時(shí)候，我們讀到了一篇非常漂亮的文章，它是由理查德·倫斯基等人撰寫的，并發(fā)表在《自然》雜志上。5倫斯基和他的同事利用遺傳算法進(jìn)化出了數(shù)字電路。這篇文章啟發(fā)我們，數(shù)字技術(shù)似乎是一種天然培養(yǎng)基。如果你把兩個(gè)數(shù)字電路組合起來，你就可以得到另一個(gè)數(shù)字電路；當(dāng)然，新的電路可能是有用的，也可能是沒有用的。

然而，我們的實(shí)驗(yàn)并不容易。努力嘗試了幾個(gè)月之后，波拉克終于讓我們的系統(tǒng)運(yùn)行起來了。它利用簡單的電路“創(chuàng)建”出新的電路。我們先準(zhǔn)備好一鍋由最簡單的2位與非（nand）電路組成的“湯”，這種電路是數(shù)字電路的基本構(gòu)件。然后按下回車鍵，再等上20個(gè)小時(shí)，看看從這鍋湯中，能不能創(chuàng)建出什么邏輯電路。結(jié)果很理想，我們觀察到了各種各樣的電路。首先形成的是一些最基本的電路。然后出現(xiàn)的是一些中等復(fù)雜程度的電路，如4位的等于（equal）電路、3位的小于（less than）電路，等等。到最后，還形成了8位異或（exclusive-or）電路、8位與（and）電路和8位加法器（adder）。如果不細(xì)想，你可能覺得這沒有什么了不起的。但是不要忘記，一個(gè)工作正常的8位加法器其實(shí)非常不簡單，即將8位的x加到8位的y上，產(chǎn)生9位結(jié)果的z，它擁有16個(gè)輸入針和9個(gè)輸出針。而擁有16個(gè)輸入針和9個(gè)輸出針的電路組合，其種數(shù)高達(dá)10177 554之多，但只有一種8位加法器是能夠正常工作的。這不是隨機(jī)的。因?yàn)槲覀冞@個(gè)實(shí)驗(yàn)有25萬個(gè)步驟，通過這么多步隨機(jī)地發(fā)現(xiàn)一個(gè)8位加法器的概率，是完全可以忽略不計(jì)的。因此，我們這個(gè)連續(xù)集成過程，能夠把原始基本構(gòu)件組合起來，生成有用的簡單構(gòu)件，然后再把這些簡單構(gòu)件組合起來，生成進(jìn)一步的構(gòu)件。這無疑是非常強(qiáng)大的。現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)技術(shù)也是以這種方式進(jìn)化的。技術(shù)已經(jīng)以自展向上的方式，從少數(shù)技術(shù)發(fā)展到許多技術(shù)，從原始的簡單技術(shù)發(fā)展為高度復(fù)雜的技術(shù)。

我們?cè)凇稄?fù)雜性》雜志（Complexity）上報(bào)告了我們的實(shí)驗(yàn)。但奇怪的是，我們這篇文章基本沒有受到什么關(guān)注，也沒有多少人來評(píng)論它。原因何在？我的猜測(cè)是，因?yàn)樗且黄獖A在裂縫當(dāng)中的文章。它既不是關(guān)于生物進(jìn)化的，也不是討論遺傳算法的；它不是純技術(shù)的，也不是純經(jīng)濟(jì)學(xué)的。而且，我們的實(shí)驗(yàn)也沒有解決某個(gè)特定的問題。它只是生成了一個(gè)有用的電路工具箱或電路庫，就像某種編程語言的開發(fā)者提供的有用的函數(shù)庫一樣。但是關(guān)鍵在于，這個(gè)工具箱或庫完全是進(jìn)化出來的，我認(rèn)為這可以說是一個(gè)奇跡。我擁有電氣工程學(xué)位，波拉克擁有計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)位，如果你要求我們親自動(dòng)手去設(shè)計(jì)一個(gè)8位加法器，那么我們就不得不從數(shù)字電子技術(shù)從頭開始設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)在，我們?cè)O(shè)計(jì)出了一種算法，它可以通過進(jìn)化自動(dòng)設(shè)計(jì)出這種電路。我相信，這是一種非常卓越的思想。而且我還認(rèn)為，在本書所收錄的這些文章中，這一篇文章有特別重要的意義，它闡明了一種處在不斷進(jìn)行中的進(jìn)化，還闡明了一個(gè)不同于生物進(jìn)化的進(jìn)化機(jī)制，即通過組合或連續(xù)集成的進(jìn)化。

然而，不知怎么的，我內(nèi)心深處總有一種想法揮之不去。我認(rèn)為，所有這一切都必須與經(jīng)濟(jì)進(jìn)化相適應(yīng)。如果用更準(zhǔn)確的表達(dá)，應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)從一開始是如何在這一切中形成的。在我研究技術(shù)的過程中，我逐漸意識(shí)到，一方面，經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了技術(shù)；另一方面，同時(shí)也是更加重要的一方面是，技術(shù)即我們用來滿足人類需求的技術(shù)集合創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)。因此，經(jīng)濟(jì)不僅是技術(shù)的容器，而且還是技術(shù)的表達(dá)。隨著技術(shù)的進(jìn)化，以及全新技術(shù)的引入，經(jīng)濟(jì)必然會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)濟(jì)做什么，要發(fā)生變化；經(jīng)濟(jì)如何做，也要發(fā)生變化。經(jīng)濟(jì)的整個(gè)安排上，包括它的制度和機(jī)構(gòu)上都必須發(fā)生變化，以適應(yīng)于新的“做事方式”。簡而言之，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)必須發(fā)生變化。

我在2023年出版的《技術(shù)的本質(zhì)：技術(shù)是什么，它是如何進(jìn)化的》（The Nature of Technology: What It Is and How It Evolves）(17)一書中，報(bào)告了上面這些發(fā)現(xiàn)。這本書受到了專業(yè)工程師的熱烈歡迎，并且已經(jīng)被翻譯成了多種語言。在本書收錄的這些文章中，其中有幾篇是在寫作那本書時(shí)的“中間產(chǎn)物”，有一篇?jiǎng)t是那本書的一個(gè)組成部分。從開始到結(jié)束，我對(duì)技術(shù)的本質(zhì)和進(jìn)化的研究花了整整12年的時(shí)間。我發(fā)現(xiàn)這個(gè)課題非常令人著迷。特別感到驚喜的是，我發(fā)現(xiàn)了技術(shù)集合進(jìn)化的機(jī)制，還認(rèn)識(shí)到了技術(shù)是一種具有自身內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)的事物。通過這些研究，我越來越相信，技術(shù)本身的每一方面都是復(fù)雜的、有結(jié)構(gòu)的，就像經(jīng)濟(jì)或法律體系一樣。當(dāng)然，技術(shù)也是一個(gè)非常美好的事物。