第1章 问题

地球有多特别？

假设你是一个研究地球的外星科学家。你通过仪器发现，大气层完全背离化学平衡，氧气偏高，二氧化碳偏低。与附近的行星比起来，金星的二氧化碳浓度要高20000倍，并且没有自由氧。地球还发射各种波长的电磁信号，有些地方晚上还发光，而地表岩石的温度又没有到能发光的程度。拉近一点观察，发现有细长的带状物，长达数千千米，还有摩天大楼，以及植物组成的生态系统。再近一点，发现数以亿计的功能生命体。许多植物能产生极为复杂的化学反应，利用太阳光的能量合成各种化合物，释放氧气。动物则吃植物或动物，呼吸氧气，并进行同样复杂的连锁化学反应，将植物化学结构转化为动物化学结构，并暂时储存活动所需的化学自由能。还不仅如此。其中一种十分成功的动物还创造了结构复杂的非生命体，能极大地拓展其身体和心智能力。这个物种为了自身的利益改变了自然环境。显眼的道路和摩天大楼就是改变环境的两个例子。这个物种还发展了复杂的通信方式，并且创建了复杂的社会组织。一个星际旅行的外来观察者会马上意识到这繁盛的复杂性表明这个星球已经出现了进化系统。为什么她会得出这样的结论呢？这就是这本书要回答的问题。

人类已经发射了航天器探测金星、火星、木星和土星的卫星土卫六，并且在地球上和太空中架设仪器研究行星和它们的卫星。除了水星，所有行星都有大气层；除了月球，所有大一点的卫星也都有大气层。只要不是表层太软无法支撑结构，我们观察到的行星都有山脉和火山。有一些卫星还覆盖有厚厚的冰层，木星的卫星木卫一上还有硫火山。科学家发现了各种陌生或熟悉的现象，但是都能通过已知的化学和物理定律在一定条件下的长期作用得到解释。可解释事件的链条可以一直回溯到时间的开端，但如果某个事件所需的条件产生的概率极低，就无法用这种方式解释。不可能的事件一直在发生。目前科学还不能解释一切，但没有理由认为，奇迹或概率极低的事件能在宇宙历史中的某时某处发生。

地球不同于我们研究过的其他行星。虽然我们所知的世界里没有什么违反科学定律，但化学和物理课本却不能完全解释iPod、花草和贝多芬交响曲。化学和物理定律允许它们的存在，但却不能预测它们的出现，这些事物通过随机组合出现的概率低得难以想象，然而它们却随处可见。

显然生命的存在改变了概率的计算，但这是怎么做到的呢？生命似乎能创造无穷无尽的特征，这些特征无法用化学和物理定律进行预测，是什么赋予了生命这个能力？生命的存在又是如何预示摩天大楼和计算机的出现？光合作用和芝加哥西尔斯大厦有什么共同的原理是火星上没有的？又是什么让我们将一些事物，尤其是人类的天才创造，与非生物自然的产物区分开来呢？

为了富有成效地探讨这些问题，我们需要特别的视角。首先我们需要将事物分成更小的部分。这并不新鲜。希腊原子学派哲学家在公元前5世纪就认为所有事物都是由微小粒子（虚空中的原子）组成，而各种物体则是由原子随机组合而成。虽然时间久远，这个思想的一部分却仍在科学和哲学中回响。

现代观点认为物体是由原子和分子组成。组分的随机组合肯定会创造出许多不同的东西。如果有合适的组分，通过随机组合，经过足够长的时间，应当能产生出任何能想到的事物。从这个意义上说，随机蕴含万物。但很久以前柏拉图和亚里士多德就认识到，困难在于不受约束的随机很少能产生有趣的东西。如果组分的数量很多，那么任何特定形态的形成都会极不可能。将事物毫无意义地组合到一起的方式是如此之多，以至于要想见到特定的结构自发出现，等待的时间可能比宇宙存在的时间还要长亿万倍。

我们倾向关注的事物大部分都具有复杂的历史，并表现出具有高度针对性的复杂特征。现实世界中的许多结构让人明显感觉到具有目的性。它们似乎是为了某种目的设计出来的，或者为了适应某物，或者至少是在某种背景下“具有意义”。这引出了另一个问题：目的性有科学的解释吗？答案是：进化过程会自然产生出我们认为具有目的性的特性。

在关于进化的科学争论中，有一个重要的维度经常被生物进化的反对者忽视，就是现实世界的复杂性并不局限于生物。我们的周围到处都有非生命的复杂事物，从交响曲到太空飞船，它们都无法用物理学和简单概率进行解释。生物和人类公司制造的大多数产品都无法仅仅用牛顿力学和量子力学得到完整的解释。还需要其他思想：具有高度针对性的结构的形成需要有被正确组织和使用的信息进行引导，否则就不可能出现。正是对这个原理的有意识利用使得支撑现代文明的所有技术进步成为可能。

与之相应的一个原理是：生命和技术性的复杂事物显然的不可能性反映了形成它们所需的附加信息的量。所有生命和人类创造的非生命产品都体现了这一点。形成某物所需的信息越多，其表现出的不可能性就越大。举个例子，比较石斧和超级计算机，或者病毒和人类。越复杂的因而也越不可能的事物，制造它们所需的信息也越多。这种描述信息的形式表现为蓝图、配方、基因（DNA或RNA），或者统称为指令。指令可以有各种形式，但一个简单的定义可能是这样：“指令是特定的编码信息，具有以下属性，当用来依序改变另一个系统时，可以得到预定的最终结果，并且对于创造这些指令的某人或某物来说，能带来某种好处或所希望的东西。”指令含有目的性信息。它们被创造出来是因为其产物能给创造者带来利益。指令通常指定或预先指定另一个系统需要执行的步骤和行为。这个系统可以是人类，也可以不是。步骤的完成会导致某个特定目标的达成。因此所有指令都隐含有目标。

这些指令一旦被执行，就会产生某种事物或行为，如果没有这些指令，这些事物或行为随机产生的概率极低，基本没有可能性；而有了正确的指令和执行指令的系统，产生出的结构就可以被认为是有可能的。显然要理解生命和人类天才的创造，我们必须解释指令的来源。

前面给出的指令定义很抽象，很难让大多数读者接受。举个例子会容易理解些。后面还有更多例子。

指令的基本思想大家都很熟悉，一个例子就是食谱。蛋奶酥这种食物只有人类会做。要做蛋奶酥，需要遵循一系列精准而简单的步骤。只要遵循了这些步骤，就会得到特定的结果。下面是网上找的一个蛋奶酥的做法：

1．将6个鸡蛋分为蛋黄和蛋清。

2．溶化1/4杯奶油，混合1/4杯面粉，1勺盐，1/4勺芥末和少许辣椒粉。加热搅拌2分钟。

3．缓慢加入1杯半牛奶，持续搅拌直至匀滑。再加热2分钟，持续搅拌，然后停止加热，加入1杯碎黄奶酪搅匀。

4．将蛋黄打散，加几勺热奶酪酱，加热蛋黄，然后将热蛋黄加入奶酪酱充分搅匀。

5．用电动搅拌器将蛋白搅至沫状，将1/3蛋白加入奶酪酱搅匀。充分搅匀后，将剩下的2/3加入奶酪酱。

6．将奶酪酱倒入2升平底烤盘，放入预热的烤箱200摄氏度烘烤12-15分钟。

照这个食谱小心烹制就能做出美味蓬松的佳肴，远胜于你将这些配料直接混在一起在锅里炒出的味道。奶蛋酥要比炒蛋复杂得多（也难做得多），因而也更特别。特别在哪里？我认为其特别之处可以用食谱的复杂度衡量。从某种意义上说，与炒蛋相比，蛋奶酥所需的步骤更多，因此也更复杂。在这个例子中，复杂度增加不多，我们常常会遇到还要复杂得多的事物。即便是这样，就算是最有创意的厨师，如果没有看过食谱或没看别人做过，也很难做出蛋奶酥来。这个描述指令是1维和线性的，其他可能还有并行（同步）的步骤，还有一些是2维的，比如蓝图。无论采取哪种形式，它们的编码都是由某人或某物执行的特定的具有目的性的信息。

但并不是所有事情都需要指令。我们可以将周围无穷无尽的事物、系统和行为分为两类。一类包含那些形成需要指令（或配方、蓝图）的事物；也就是说，除了化学和物理定律以外，它们还需要附加信息。我们姑且称这些需要指令的事物为Ⅱ型事物。这其中包括所有生物，以及大部分人类智慧的产物，包括蛋奶酥和宇宙飞船。还有一类则包含所有无需指令的事物，我们称之为Ⅰ型事物。这一类包括大部分非生命或非人类活动的产物，例如岩石、海洋、气象和太阳系。两种类型一起涵盖了一切事物。

将事物分为两类可以将注意力集中在一些（但并非全部）形成过程中需要附加信息的事物，同时也回答了这一节的问题。地球之所以独特正是因为Ⅱ型事物。所有已知的Ⅱ型事物要么是在地球发现的，要么就是在地球制造的，Ⅱ型结构将地球与其他已知行星区分开来。当然，也可能还有其他未知行星也有Ⅱ型结构。地球上也有许多Ⅰ型结构，但这一点并不能将地球与太阳系或系外的其他行星区分开来。生成Ⅱ型事物所需的指令编码了目的性信息。指令总是具有意向性。它们有固有的目的性。因此，我们面临着3个任务，认识“信息”是什么，了解指令的来源，以及研究指令固有的目的性来自哪里。最终进化计算将完美地解释指令的来源和目的性。

总结一下，从化学和物理学的角度看，世界上的许多事物是如此复杂和不可能，以至于很容易认为，如果没有超自然的智慧力量干预，它们的存在是不可能的。指令提供了另一种无需求助奇迹的解释。