什么是意识？

史蒂芬·沃尔夫勒姆（Stephen Wolfram）是我们这个时代大神级别的科学怪才，几年前开启了自己以计算统一整个物理学的“Wolfram Physics Project”。在这个项目中，他对智能尤其是意识的本质也发表了自己深刻的见解：在宇宙的超图网络中，以计算视角看，凡足够复杂的系统都具有智能，而意识本质是对智能的降级——是一种计算受限下形成的第一人称序列因果整合下的“连贯线索体验”，所谓物理规律是观察者算力不足导致平均化下的“可约化的口袋”：统计力学是对一群粒子的平均，相对论是对空间的平均，而量子力学是对世界分叉的平均。这意味着，物理规律的本质也是一种意识的构建。

一、 我们如何谈论意识？

多年来，当我谈到自己在计算宇宙（computational universe）中的发现、谈到计算不可约性（computational irreducibility）以及我所提出的“计算等价性原理”（Principle of Computational Equivalence）时，人们总会问：“那这些对意识意味着什么？”而我往往会说：“那可是个难以捉摸的话题”。随即我会开始谈论生命、智能、意识这三者的关系。

我会提到：“什么是生命的抽象定义？”我们都知道地球上生命的表现形式——RNA、蛋白质以及其他生化细节。但要怎么推广到更一般的层面？什么才算普遍意义上的“生命”？我会辩称：这其实就是“计算复杂性”（computational sophistication，相对于complexity，这是一种更积极精确的复杂）的体现，而按照“计算等价性原理”的观点，这种计算复杂性遍地都是。然后我再说到“智能”。我会论证，这其实也差不多：我们熟悉的是“人类智能”，可如果我们去抽象化，就会发现那也不过是某种计算复杂性的体现——而它同样到处存在。于是就很合理地说“天气也有自己的『思想』”；只不过那种“思想”的细节和“目的”，与我们人类已有的经验并不重合罢了。

在此之前，我一直是默认：对“意识”的理解也能像“生命”或“智能”一样，自然而然地继续这一套思路：如果用足够抽象的方式去思考，那么“意识”只是一种计算复杂性的特征，因此在宇宙中随处可见。然而，基于我们在物理项目（Physics Project）中的研究，尤其是对量子力学基础所引发思考的影响，我开始意识到：意识的核心其实与前面的思路有着相当不同之处。是的，它的实现（implementation）当然需要计算的精巧与复杂。但它的本质不光是“能发生什么”，更关乎我们如何整合并统一正在发生的一切，使之形成某种连贯性，从而让我们得以产生“确定的念头”或“明确的思考”。

换言之，与其说意识是要“超越”广义的智能或一般的计算复杂性，毋宁说它是某种“降级”（step down）——即，基于仅使用有限（bounded）的计算资源，对宇宙进行简化描述，从而达到我们所感知的那种“整体一致”的状态。起初，这种基于有限计算量的意识定义是否能在我们的宇宙中自洽地存在并不明显。而事实上，它能否存在似乎与支撑物理学的形式系统中的一些深层特征息息相关。

最终我们会发现，宇宙中有许多东西从某种意义上说是“超越意识”的。但“意识”这一核心概念，对于我们如何看待和描述宇宙至关重要——在非常根本的层面上，它使我们所处的宇宙在我们看来拥有那样的规律与行为方式。

有关于意识的讨论，数百年来就从未停止过。而令我惊讶的是：随着我们对计算宇宙的探索，尤其是随着最近物理项目的新成果，似乎出现了能带来全新视角的机会，而这些新视角又有望将有关意识的问题与更具体、更正式的科学思想相联系。

不可否认，围绕意识及其与我们新物理基础的联系，会有十分复杂的概念问题。此处我只能尝试勾勒一些初步思路。当然，我所说的很多内容或许能与已有的哲学或其他学科的观点相呼应，但眼下我尚未来得及深入研究这些历史脉络，因而这里仅仅是对这些想法本身的阐释。

（宇宙的因果超图网络。Wolfram计算万物视角下的生命、智能与意识）

计算等价性原理：（The Principle of Computational Equivalence）任何看起来比较复杂的系统，其复杂度都是相同的，且都达到了复杂性的极限——例如流体、社会系统、蚁群等，宇宙中其它极为复杂的系统与例如大脑复杂性是是相同的。

计算不可约性（computational irreducibility）：某种计算过程中的一种特性，无法通过更简化的计算步骤来预测最终结果。

因果不变性（causal invariance）：宇宙系统中事件发生的顺序可以不同，但所有可能的事件序列最终产生等效的历史，使得整个因果关系网络的整体结构保持不变。

二、观察者及所见的物理

在我们的模型中，宇宙在最底层满是精巧的计算。最底层只是一大堆“空间原子”（atoms of space）的集合，它们之间的相互关联在根据某条计算规则不断更新。这种过程不可避免地带有“计算不可约性”的特征，也就是说，想要“推演接下来会发生什么”，通常只能像系统本身一样一步步运算，而无法找到省事的公式或捷径。

可这样一来，为什么我们所感知的宇宙看上去并没有变得随处都是复杂且不可预测的混乱？为什么我们依然能在其中看到秩序与规律？的确存在大量的计算不可约性，但我们还是能找到一些可约化的局部，并加以利用，从而得以用更简单的方式来描述世界，也因此能够成功且连贯地加以运用。我们物理项目的一个根本性发现是：二十世纪物理学的两大支柱——广义相对论与量子力学，恰恰对应了这样两个“可约化的口袋”（pockets of reducibility）。

这事儿有一个类比——事实证明，这个类比与我们所讨论的基本计算现象是同一个问题的例子。想想气体，比如空气。归根结底，气体是无数分子在碰撞流动，出现各种复杂而不可约的计算过程。可统计力学有一个关键事实：如果我们只从宏观上看它，就能用温度、压强这类性质来对气体进行有用的描述。它暗示了一种“可约化的口袋”：我们不用理会微观分子那不可约的复杂运动，也能获得对气体整体性质的把握。

怎么理解这个现象？一个思路能够推广：把我们对气体的观察想象成——我们把众多分子的微观状态“合并”到了一起，只关注总体的聚合属性。统计力学的专业用语会提到“粗粒化”（coarse graining）。可在我们这种计算化的框架下，就能很清楚地用计算的方式来刻画这一点：在分子层面上，有不可约的计算在进行；而当观察者想要“理解气体发生了什么”，观察者自身也在进行计算。关键点在于：如果观察者的计算能力是有限的，就会在观察结果上显现出特定后果。在气体的情形中，这个后果直接导致了热力学第二定律的表现。

过去，人们常对热力学第二定律的起源及其有效性感到困惑。但在新的视角下，我们发现第二定律其实是“底层计算不可约性”与“观察者计算能力有限”这两者共同作用的结果。如果观察者能精确跟踪每一个分子不可约的运动，就不会观察到第二定律。第二定律所依赖的，是当观察者由于某种可约化性而出现了一个更简单的整体视野时，这才使熵总是趋于增加（换言之，就能从中观察到一个宏观的单向演化）。

那么再来看看物理空间。传统观点常把空间视作一种“可被整体描述”的数学对象。但在我们的物理模型中，空间实际上是由巨大数量的离散单元构成；这些单元之间的连结方式会按某种复杂、不可约的运算规则演化。可就像气体分子一样，如果一个观察者希望获得对世界的连贯视图，并且该观察者只能使用有限的计算资源，那就会对观察所得到的空间性质提出一系列约束。而从我们的研究结果看，这些约束恰恰会自然地导出“相对论”那一套结论。

也就是说，对最底层的“空间原子”来说，广义相对论是“计算不可约性”与“观察者希望对宇宙形成连贯视角”这两者之间的“博弈”所导致的必然产物。

我们可以稍微补充一点技术细节。在我们的底层理论中，每一个空间最基本元素都按某些计算规则演化，这些规则会生成不可约的动态行为。但要是只看到这些不可约的部分，宇宙就仿佛支离破碎，每一部分都表现得不可预测。

可如果设想有一个观察者，能够从这些混乱中抓住某种整体连贯性，并将其视作一个明确的整体“空间”。那么这个观察者有什么特征？首先，因为我们这个理论企图描述整个宇宙，那么观察者自然也包含在这个整体当中；观察者同样是由这些空间原子组成、遵循同样规则演化的“嵌入式”部分。

这么一来，就立刻有了一个结论：在系统“内部”，观察者只能观测到系统的某些方面。比方说，假设在整个宇宙里，任何时刻只会在某一个位置发生一次“更新”，就像图灵机那样，这个唯一的“更新点”在宇宙各处来回“跑”，有时更新一下观察者的大脑，有时更新宇宙中的别的部分。仔细追踪这种场景就能发现：对一个“在系统内部”的观察者而言，他们能感知到的，只有事件之间的因果关系。他们无从判断“某个事件具体是在什么时候发生的”，他们只能知道“哪个事件先于哪个事件”，也就是事件间的因果顺序。这样的理解是如何导致我们模型中的相对论不可避免的开端。

但要真正得到与广义相对论形式相当的结论，还需要另外两点。第一，如果观察者想把那些大量的空间原子组合成“一个连贯的空间图景”，就不能对每一个原子分开追踪。他得给这些原子赋予一整套坐标，或者用相对论的话说，也就是定义一个“参考系”（reference frame），把很多空间点合并起来看。第二，如果观察者的计算资源是有限的，就会对这个参考系的结构施加约束：它不能细致到去捕捉每一个空间原子的不可约行为。

那么假设观察者成功定义了某种参考系，宇宙接下来演化时，如何确保那个参考系在观察者的描述中能持续保持一致性？关键在于我们相信（或要求）物理世界在底层要满足某种我们称为“因果不变性”（causal invariance）的性质。规则描述了空间原子之间的关系是如何一步步更新的，而“因果不变性”要求：无论我们选择什么次序去应用这些更新操作，最后得到的因果关联结构都是一样的。

正是这一点，让不同观察者能够选用不同的参考系，但仍然在感知上获得同样一致的宇宙动态。最终，我们得到一个非常明确的结论：若底层存在计算不可约性，同时规则具有因果不变性，那么任何期望以有限计算能力并形成连贯描述的观察者，必然都会感知到满足广义相对论的宇宙。

不过，与前面提到的热力学第二定律类似，这一结论依赖于我们确实有一个会“形成连贯感知”的观察者。如果观察者真的能逐个追踪每个空间原子的不可约活动，就不会看到“广义相对论”；只有当观察者力图简化并整体把握宇宙时，广义相对论才自然浮现。

三、量子观察者（The Quantum Observer）

那么量子力学又如何与观察者关联起来呢？令人大感意外的是，量子力学与“热力学第二定律”和“广义相对论”有着惊人的相似之处：它同样源于观察者想要对宇宙形成某种连贯视图，而宇宙底层却充满了不可约的复杂。

在经典物理中，我们通常假设在宇宙里发生的一切都沿着一条单独的历史线（thread of history）展开；可量子力学的要点在于：其实宇宙中存在不止一条历史线——我们必须同时考虑多条历史并行展开。而在我们的模型中，这一点几乎是不可避免的。

在底层规则中，描述的是：如何在空间原子的超图（hypergraph）上局部应用规则，从而更新它们之间的连接关系。但通常，这个超图中有很多地方都可同时应用这些规则。如果我们把所有可能的应用方式都考虑进去，就能得到一个多分叉图（multiway graph），其中包含了所有不同的可能历史，有时它会发散（branching），有时又会汇合（merging）。

那么观察者会如何感知这多条平行的演化？关键在于：观察者自己也是这个多分叉系统的一部分！也就是说，如果宇宙在分叉，那么观察者也在分叉。从本质上说，问题就变成了：“一个『自己也在不断分叉』的大脑，如何感知一个『在不断分叉』的宇宙？”

想象一下，一个远比自身规模更庞大的气体，观察者还能够聚合、抽象出某种宏观属性；那么换到量子力学里，也有类似现象，只不过这次不是在物理空间里合并分子，而是在“分叉空间”（branchial space）里合并不同历史分叉。

更具体地说，多分叉图中所有可能历史的状态，如果在某一时刻截一刀，就能得到一组节点，对应系统在那时刻的所有可能状态。而多分叉图的结构本身定义了这些状态彼此间的关系（比如通过它们有没有共同祖先等）。如果我们把这些状态在大尺度下展开，就可以认为它们被分布在某个分叉空间里。

在量子力学的语言中，分叉空间的几何结构实际上刻画了不同量子态之间的纠缠分布，而在分叉空间里的坐标就类似于量子振幅的相位。我们若考虑量子系统的演化：从一组初始量子态出发，沿着多分叉图的各条历史线去看它们在分叉空间中的走向。

可“量子观察者”会如何理解这一过程？即使观察者最初并没有被分叉，但在时间推移后，他们无可避免地会在分叉空间里不断散开，同时采样一大片“历史分叉”。若他们试图对每条分叉逐一进行独立跟踪，就得面对不可约的复杂计算；毫无连贯视图可言。这时候，就需要引入一种新的“观测方式”：把计算彼此近邻（computationally nearby）的那些分叉合并起来，借此为自己形成一种整体的、连贯的描述。和广义相对论中的参考系类似，这里我们可以称之为“量子参考系”（quantum frame），它是对分叉空间的一种连贯化表达。

那么，这种连贯的表达会是什么样子？答案正是物理学家们在过去一个世纪中发展出来的那套量子力学描述。换言之，正如广义相对论是我们对物理空间的大尺度约化描述那样，量子力学是我们对分叉空间的大尺度约化描述——而这些约化都来自“嵌入式、计算能力有限的观察者”企图获取连贯图景的需求。

所以，观察者“创造”了量子力学吗？在某种意义上，是的：在多分叉图里充斥着不可约的复杂过程。但如果有一个观察者要对宇宙进行连贯描述，他就必须合并或“粗粒化”那些分叉。只要这样一做，他们的描述就会严格遵从量子力学。的确，宇宙中仍然在发生其他事情——只不过这类事情并不纳入这种连贯描述的视野而已。

于是，如果有一个观察者选定了一种“量子参考系”，把某些历史分叉给合并，就能得到一幅连贯的世界图景。那另外一个观察者若选择了不同的量子参考系，又会看到什么？传统量子力学的形式体系里，一直都很难解释：为何不同观察者——尽管观测方式不同——对宇宙运行的基本结论仍然一致？

而在我们的模型中，答案就呼之欲出了：和时空情形下的道理一样，只要底层规则具有因果不变性，那么不管你选择什么量子参考系，观察结果在基本层面上都必定是一致且自洽的。换言之，因果不变性保证了不同观察者对系统做出不同的测量时，量子力学还能够维持整体一致。

接下来还有许多技术层面的细节。传统量子力学的形式体系分为两大块：一是量子态随时间的演化（也就是薛定谔方程或其它等价表述），二是“测量”过程。在我们的模型里，存在一个非常优美的对应：物体在物理空间的运动（motion in space）与量子振幅的演化在结构上是相似的，二者都可以理解为“测地线”（geodesic）的偏折都是由动量能量的存在所导致。只不过在经典情形，这种偏折（也就是引力）发生在物理空间；而在量子情形，这种对应物（也就是费曼路径积分中的相位变化）则发生在分叉空间中。换句话说，费曼路径积分实际上就是“分叉空间”里对应于“爱因斯坦引力方程”的存在。

那量子测量呢？做一次测量，意味着要把对应于很多分叉的量子叠加态（superposition）给“缩减”到某个单一分叉，形成一个连贯的观测结果。而一套“量子参考系”正好就提供了这样的一种合并规则，规定了在哪些历史分叉之间做合并。它本身不是一个“物理实体”，而是一种对世界的描述方式。

我们可以用另一种形式理解：设想我们为了研究观察者能否获得连贯的世界描述，就把量子参考系选定下来，并按照它的要求合并分叉。若把这一多分叉图比作一个逻辑或形式系统中的命题推理过程，那么这种“合并”的操作就好比对推理分叉进行某种“完成”（completion），每一次合并都相当于进行一次测量步骤。把所有必需的“完成”全做了，就能得到 Jonathan Gorard 所提出的“完备化诠释”（Completion Interpretation）量子力学。

只要底层规则确实满足因果不变性，实际上我们就无需在物理层面“真正”去做这些合并，因为不同的历史分叉最终对系统内部的观测者来说也会给出相同的可观测结果。但如果我们想“快照”式地看看系统此刻在干什么，我们就可以人为地选择一个量子参考系，并做相应的合并。在整个系统“外部”观察时，这些合并看起来并没有改变系统；不过，“从观察者主观视角”看，这些合并却相当“真实”，因为它们就是观察者理解系统的那种必需途径。

换句话说，为了让一个“自身也在多分叉演化”的大脑获得连贯的世界图景，就得让它在某个量子参考系下做测量与合并，从不可约的底层动态中“裁出”一块可约化的切面。而结果就是——正如我们所知——它必然遵从量子力学。

由此可见，要让一个计算能力有限的观察者对宇宙形成连贯的描述，宇宙虽然蕴含大量不可约性，但最后他们能感知到的却必须满足两大核心物理定律：广义相对论和量子力学。

不过也要指出，是否存在一个能从宇宙中得到连贯感知的观察者，这在一开始并非显而易见。但现在我们知道的是：如果真有这样的观察者，那么它们必然能“提炼出”那两大基础物理定律。若不存在能形成连贯感知的观察者，那么宇宙也就不会呈现出我们熟悉的、可总结的规律，更不会有我们所说的“物理学”或一般意义上的科学。

四、那么，什么是“意识”？

我们人类体验这个世界，到底有何特别之处？在某种意义上，单单是“我们对任何事物都会有所体验”这一点就已很独特了。外面的世界按自己的规则在演化，包含着大量不可约的计算。但我们用自己有限的脑力（或心智资源）却能拼凑出对世界的某种连贯模型，甚至能在大脑里产生“对宇宙的一些确定想法”。同理，我们不仅能对外部世界形成连贯想法（form coherent thoughts），还能对自己的大脑或心智中发生的计算形成连贯想法。

不过，“形成连贯想法”究竟意味着什么？我们早已知道，计算在各个层面都普遍存在，这就是“计算等价性原理”给我们的启示。但“形成连贯想法”似乎是说——大规模并行的计算活动以某种方式被“压缩”或“整合”成了一个可被识别的、线性的“思维流”。

一开始，这在生物层面看并不显然：我们的神经元有数十亿之多，同时工作，为什么会出现那种“我在想一个清晰的念头”的现象？可事实上，我们的大脑具有相当特殊的神经结构——这是生物进化的结果——它努力把各种感官信息与内部处理整合在一起，并最终形成一条主导的“注意线索”（thread of attention）。在医学上，“意识缺失”的典型判定便是：虽然神经元依旧活跃，但丧失了信息整合与序列化处理的功能，人就不再表现出正常的“意识”活动。

这些当然是生物学细节，但它们指向一个意识的基本特征：意识不是指大脑所能进行的所有复杂计算；而是指大脑特有的那种“让人形成统一、线性化体验”的机制。

而现在，我们对物理项目的研究让我们意识到：这种“获得线性化体验”的做法有着远远超出大脑和生物学范畴的深远影响。具体来说，它定义了“物理学”——或者说，定义了“我们所认知的物理学”的规律。

我们常说，意识像智能一样，我们只在“人类”这一特例上有明确体会。但正如我们可以把“智能”推广到普遍的“计算复杂性”，现在看来，或许也能将“意识”推广到“以某种方式对计算进行整合和线性化呈现”这样一种更广泛的概念。

在操作层面上，现在有了一个可能很直观的角度，前提是我们先理解“时间”这个概念的更新。在传统基础物理的观点里，时间往往被视作与空间相似的维度；可在我们模型中，时间与空间的地位差别极大：空间是由我们所谓的“空间原子”及其连结所构成的超图；而时间则是与“不断对这些连结反复进行更新的不可约计算过程”相对应。

是的，我们会发现这些更新事件彼此之间存在明确的因果关系（最终由多分叉因果图来刻画），但许多事件可以被视为“并行发生”，要么在空间的不同区域内，要么在不同的历史分叉中。而这样的并行性，从概念上就与“把一切体验都线性化”相冲突。

然而正如前文讨论的，物理形式主义（无论是相对论中的参考系，还是量子力学）恰恰就是把这所有并行要素进行了合并，使它们在一个时间序列里看起来是线性的。

换言之，可以说，我们是在给所有事件安排一个单线程的更新次序，就像普通的图灵机，而不是一次性让所有元胞自动机（cellular automaton）并行更新，也不像一个多分叉（或非确定性）的图灵机那样并行展开。宇宙本身或许确实是并行演化的，但我们的“解析”与“体验”是把它“序列化”了。而正如我们之前所见，这样做是否能维持一致性其实并不必然，但只要有了参考系、量子框架及因果不变性的配合，便可保证不会出现互相矛盾的结果，并且我们也能得到“宏观层面看符合广义相对论和量子力学”的总体行为。

当然了，我们并不真的把所有事情都“序列化”了。看看人工神经网络对大脑工作的模拟就知道：感官处理等功能明显有大量并行操作；可越接近我们会称之为“思考”的地方，处理过程就越接近顺序执行。就连我们最丰富的交流方式——语言——也明显是线性的、序列化的。

在谈到意识时，经常提到所谓的“自我意识”或“对自身思维过程的反思”。如果没有计算的视角，这似乎很神秘；但在“通用计算”的视角下，它就几乎不可避免。通用计算机最大的特点之一，就在于它能模拟任意计算系统——包括它自身。这正如我们可以在 Wolfram 语言里用 Wolfram 语言写解释器一样。

“计算等价性原理”告诉我们，通用计算是普适存在的，而大脑与心智、乃至整个宇宙，都具备通用计算能力。是的，做自模拟（self-emulation）时往往会比原系统更耗时，但重要的是它确实能做到。

想象一下：当“心智”在思考世界时，它在做的就是建立对世界的模型（并且倾向于序列化地建模）。而当心智去思考它自身时，它也会再建一个模型。我们日常体验往往始于对“外部世界”的建模，可随后就会在这些模型之上继续建模，层层叠加，最后未必能清晰分辨哪些信息是“来自内部”还是“来自外部”。

把“序列化”与“意识”相联系，还能帮助我们理解不同个体之间如何会产生不同的“体验”。本质上，这也就像对时空做不同参考系，或对分叉空间做不同量子参考系——只要系统有因果不变性，不同观察者之间最终还是会形成某种一致的“客观现实”。若不是宇宙中不断进行各种交互，彼此间的体验就不会出现对齐。但在这些交互下，还是会慢慢走向一致性，也正是这个过程让我们得以凝练出某些“物理定律”，也就是广义相对论与量子力学。

五、其他意识

前文讲到的那套对意识的讨论，都是基于“时间优先”的视角：要把分散在空间——以及分叉空间——的各种并行动态“打包”为顺序性的体验。而显然，我们人类的身体与感官机制就特别适合这样做：我们在物理尺度和各项常数上都站在一个对“序列化体验”非常有利的中间位置，既不像量子效应中那样极端分散，也不像广义相对论中那样大到可以引力塌缩。

举个例子：为什么我们可以“忽略”空间的影响，而把发生在不同地点的事同步纳入同一时刻来谈？根本原因是光速相对于我们的尺度来说很大。我们通常关注的视觉范围或许几十米远，但光只需几十纳秒就能传到；而我们的神经元处理一次视觉信息要花上毫秒级别。换言之，就大脑体验而言，我们可以把空中各处的事几乎当成“同时发生”，合并进一个“时刻”。这才让我们脑中的世界图景呈现为一个线性的“现在—将来”序列。

可要是我们像行星那么大呢？如果大脑仍然在毫秒级别处理信息，分布在各地的信号就需要更长时间才能汇总，那么我们的体验就很难拼成单一的“发生了什么—接下来发生了什么”的序列。

即便以人类之身，也有类似情形：譬如用嗅觉来感知世界（狗就更多依赖嗅觉），气味分子的传播速度远远小于光速，就不容易形成对空间的那种“瞬间整合”。若只靠嗅觉，就会产生截然不同的世界模型，说不定还要给那些气味流动路径定义很复杂的“规范场”之类，用来描述其中各种回旋弯绕。

如果我们再设想大脑比星球还大，延迟问题就更严峻。要让它在毫秒级内完成对全脑状态的整合，几乎不可能。或许“从外部”看，这根本没法形成一个一致的体验。可“从内部”看，也许这类超大脑会凭空假设自己有一个统一的体验，从而与我们完全不同地定义空间与时间。而想让这样的系统运转自洽，恐怕至少要大幅改动我们现有的物理概念。

如果再极端些，脑子里有些区域甚至被“事件视界”所隔离（就像黑洞内部），那就更难保持单一的体验。也许只能靠“冻结”一些体验来避免在视界处破碎。

那要是我们更小呢？比如大脑只包含几百个“空间原子”。也许不可约性就会主导一切，而我们永远也无法获得对宇宙的整体规律或可预测性，更别说发展出一种“线性化意识”了。

至于“在分叉空间上的尺度”呢？我们对现实世界具有“确定性”的感知，意味着在我们所在的分叉空间里，我们能在一个瞬时把众多历史分叉“合并”成一个特定状态。但这对宇宙的其余部分有多大影响呢？其实就像“光速”那样，我们的模型中还存在“最大纠缠传播速度”（maximum entanglement speed）这样的量。它足够大，从而在人类日常所涉及的“分叉空间”尺度上，可以让我们放心地把一切归到同一个时间快照，形成那种单一历史线。

如此，我们看到“人类规模与特征”正好非常适合形成我们对意识的理解。那么还有没有别的意识形态可能性？

这个问题相当棘手。有能力从内部形成像我们这样连贯、线性的体验，固然是可能的，但它得依赖特定的生理与物理条件。换言之，如果我们想象某种与我们截然不同的意识，那不仅仅是感觉、思考方式不同，连对物理世界的根本描述都可能完全两样。

我们比较容易想到的是“其他动物及生物”的意识。可要确认它们如何思考、如何体验世界，并不简单。或许将来我们能通过某种与动物互动的高级手段（比如某种 VR 游戏）来探究；但目前我们仍知之甚少。可以预期，它们的意识会与我们的不一样，比如感官输入各有千秋。有些通过气味、电信号、温度、压力等等来感知世界；有些是蚁群、蜂群那样的“群体思维”，信息整合速度非常慢；有些像植物固定在土里，那它们如果真有某种整合性的体验，又会是什么样；还有病毒一类，序列化体验只能在一个传染波的层面上去谈……

退一步说，其实就连人类自身，身体里也不只有大脑这一种“感应整合系统”。比方说免疫系统，一样在持续对外界和自身做某种“反馈”，只不过输入输出与大脑截然不同。我们当然觉得把意识归给免疫系统显得很怪，可想象若我们真有一种方式进入免疫系统的“视角”，它或许会展现出另一种“内在物理学”！

再往开阔想，还可以谈地球上的全部生命，或地球自身的地质史，或天气等。你可以说，天气的流体运动里也包含了丰富的计算复杂性；但它缺乏那种“整合并线性化”的机制，看不出它以单一的思维流在演化。

回到软件和 AI 系统，我们或许本能地认为，要想让它们“拥有意识”，必须再做更高层次的突破，引入某些“跟人一样的神秘火花”。但我倒觉得，也许事实恰恰相反：如果想让系统尽可能挖掘“计算宇宙”的丰富性，最好让它像底层物理那样大量并行、甚至多分叉地开展。然而若想得到类似于“我们的意识”那样的东西，就需要退一步，专门强制系统收敛为“整合并线性化”的形式。而 Wolfram 语言之所以在计算宇宙中能产生可读的结果，很大程度上就是因为它是按人类思维习惯去设计的。

类似地，如果要问“那这样系统的『内在物理学』会是什么”？，因为 Wolfram 语言本来就是以人类思维为蓝本，这种“内在物理学”也就很大程度上与我们熟悉的物理相似。

由于我们的物理项目把一切都化作一个纯粹形式系统，这就让我们思考：能不能在数学的框架下，也去谈意识？譬如，想象一套仅以公理为基础的数学形式系统，它不断生成定理的网络，也就相当于在“元数学空间”（metamathematical space）里展开。物理与元数学之间，其实可以有很多有趣的类比：在元数学中，时间依然是时间，只不过这里指的是“连续证明新定理的过程”。而对应我们空间超图的，则是“到某个时刻已被证明的全部定理构成的图”。另外也可以建构一个多分叉图，其中不同的推理路径会合并成定理，就对应了量子力学的多历史合并。

那参考系在这里对应什么？就像在物理中一样，参考系对应的就是观察者，只不过这个观察者面对的是元数学空间，而不是物理空间。不同的观察者可以以不同顺序探索定理，而因果不变性担保它们都能看到同样的“数学真理”。这里也有类似光速的“数学影响传播速度”，以及一种“相对论”式的结论：数学本身是一致的，只不过我们可以用不同顺序去挖掘它。

这么说来，“数学意识”又是什么呢？按我们前面的思路，若想要一个类似的“参考系”，就需要把元数学空间也“序列化”，那就相当于拥有一个“嵌入式的数学家大脑”，它一次只能消化一部分定理，从而形成“序列化”的数学发展过程。比方说，在目前人类可及的数学里，任何一个所谓“人类规模的”数学定理，也许需要 10^5 左右的基本推理单元；而我们整个数学史到现在，大概也只证明了 3×10^6 个左右的定理。于是“数学意识”就可以视为一个“在这片有限的元数学空间里整合出一条线性化推理链”的过程。这样，我们同样能在这个抽象层面施展类似参考系的分析。

再再往上一个层级，还有一个更庞大的视野：我们不仅可以选择在超图的不同位置应用同一个规则，还可以选择“所有可能的规则”。这就得到“规则多分叉图”（rulial multiway graph），在其中的路径分别代表我们用不同规则演化宇宙。而在这个更高层的多分叉图中，因果不变性总是成立，也就是说，不同规则（也就是不同的物理理论）之间具有某种根本的等价性。

这是“计算等价性原理”的另一种表述：无论你用哪条通用规则去“构造宇宙”，都能彼此模拟，只不过是换了一个“规则参考系”罢了。

意识扮演什么角色？不同的“规则参考系”可能对应完全不同的物理描述或经验世界。一个观察者可能感知到的是我们那套“超图+空间”的世界，另一个观察者则可能觉得自己处于一个单头图灵机的世界里。二者的物理图景完全互不兼容。

但他们能不能都找出自己的“序列化”路径？理论上，也许在每种规则参考系下都存在一些可约化的区域。但这个“外星智慧”是不是正好在采样那块区域，就不得而知了。换句话说，要想“有用的物理规律”，就需要某些可约化性来搭桥——不一定非得靠我们这样的“序列化体验”去拿到。但我们现在确实是靠它来得到规律并进行科学归纳。

想要理解这种“高阶的外星性”就很困难：他们或许使用与我们完全不同的规则参考系，乃至与我们的“可约化挖掘方式”也完全不同。对我们而言，若想识别他们在何处挖出了可约化性，会面临很大的挑战，因为我们不具备同样的“序列化意识”。换言之，我们甚至没有合适的手段去把他们当作一种可观测的对象。若真有外星智慧如此与我们相异，我们几乎无法互相理解。

六、现状

数百年来，关于意识的讨论一直艰难而持久。但借助我们物理项目带来的新领悟，或许能用更接近形式科学的方式把它重新审视。虽然我在此没有做严谨的数学建模，但我相信，我们完全可以把这里提到的理念付诸更正式的模型，进而探讨意识问题在物理领域尤其量子力学中的种种关联。

这些模型最终需要多复杂的物理细节还不明确；也许只要在一个简单的多分叉图灵机里，就能研究“多分叉大脑如何感知多分叉世界”；也许一个组合子系统（combinator system）都能提供一些对“不同版本物理”如何成形的启示。

重点是：我们现在或许真的能把意识问题转化为更具体的数学、计算或逻辑问题，用严格且可操作的方式去研究。

最终，这些讨论要真正落地，就需要与可行动的应用场景挂钩，否则就可能沦为对概念或术语的争论。比如说，在分布式计算领域，我们就一直想找更直观的方式来描述“多点并行”问题。而从意识的角度看，我们似乎天生对分布式计算感到棘手，就是因为我们的大脑是“序列化处理”的。或许借鉴物理中的做法，给分布式计算引入一种“参考系”式的抽象，可以帮助我们更好地设计与理解分布式系统。

同理，多分叉或非确定性计算之所以让人难以直观把握，恐怕也是因为我们的“意识结构”偏向线性化。那么或许我们也要借助在量子力学中摸索出来的思路，为多分叉计算建立一套类似测量的机制，使其对我们而言可掌控。

几年前在一个 AI 伦理会议上，我问：“在什么情况下我们会赋予 AI 『权利』和『责任』？”有位哲学家立刻回答：“当它们具有意识的时候！”但什么才算 AI 具有意识？如果采用我们上文的观点，那答案在于：不仅有复杂计算，还要能整合并形成一条连贯的“体验流”。

可以想见，“杀死”一个拥有单一体验流的系统，比破坏一个“处处并行、无固定主线”的系统，更让人觉得这是在毁灭某种独特存在。因为单线程的流意味着它只有一个“自我演化路径”，这往往会让我们更倾向赋予它“道德主体”的地位。

类似地，当我们谈“可解释 AI”，我们往往想要的不只是列出 AI 运行时的全部计算步骤——那可能过于复杂或不可约，我们还想得到一个像“故事”一样的叙述，以一种可线性化的方式来让我们理解。这其实就是在把 AI 的运算过程“转译”成一种与我们意识结构兼容的表征。

计算等价性原理常被用来说明：在宇宙中，我们人类并不占据“特殊、超然”的地位；生命与智能不过是大范围计算复杂性中的一种实例。但在意识层面上，这个道理同样成立。意识从一般角度看可能也并不特殊，理论上有无数途径都能“检索”到可约化性。而我们所珍视的，只是我们自己物种特定的那种意识，也就是“把计算序列化”的特定实现。

或许也会有人失望地发现：意识并不是某种高高在上的形而上之物，而恰恰是对计算行为的一种限制和简化。不过，我个人倒是习以为常：我们想象自己在宇宙间的独特性时，往往不是依靠某些崇高概念，而要依赖那些由生物、文明与个人经历所共同塑造的独特细节——那才是我们真正的宝贵之处。

总结而言，科学的发展历程就是在计算不可约性与可约化性之间不断博弈：世界之所以如此丰富，全因不可约性之故；而我们要理解它，则必须在其中寻找“可约化的口袋”。现在看来，意识这个与我们息息相关的概念，也许正是促成我们发现这类可约化区域的关键推手之一——换句话说，也正是它塑造了我们在宏观层面所观察到的那些物理定律。