# 萨拉·沃克：生命的物理学、时间、复杂性与外星生命 > 物理学家从复杂系统角度讨论生命的定义、时间的本质与地外生命的可能形态。 - 原标题：#433 – Sara Walker: Physics of Life, Time, Complexity, and Aliens - 期数：第 433 期 - 发布日期：2024-06-13 - 嘉宾 / 主题：萨拉·沃克 - 网页版：https://lexfridman-cn.pages.dev/ep/sara-walker-3/ - 官方页面：https://lexfridman.com/sara-walker-3/ - 精读字数：约 8716 字（阅读约 19 分钟） > 本文为 lex.qiaomu.ai 基于原始访谈的 AI 改写中文精读，非官方翻译；引用请注明出处并链接网页版。 Sara Walker 曾经被人引用说，她赞同「生命是一个能够进行达尔文演化的自我维持的化学系统」这个定义。她对此非常生气。 在她的原话里，她「讨厌这个定义」，认为它「很糟糕」，而且「这个定义里的每一个词，作为对生命的描述都是错的」。她在 Lex Fridman 播客第 433 期里花了很长时间解释，为什么这句听起来很聪明、被写进无数天体生物学教科书的话，其实什么都没说明白。 她第三次上这个播客。她是天体生物学家和理论物理学家，研究生命的起源，也研究如何在其他星球上找到外星生命。她的新书《Life As No One Knows It: The Physics of Life's Emergence》2024 年 8 月 6 日出版，中文可以译成《没人知道的生命》。 这期对话把「生命是什么」这个问题从物理、化学、信息、时间、语言、时尚、外星文明一路拆到自由意志。信息密度极高，很多地方需要反复想。 ## 亚里士多德也搞错过运动，我们可能正在搞错生命 先回到那个让她生气的定义。拆开来看：自我维持、化学系统、达尔文演化。 每一个单独拿出来都能找到反例。 「自我维持」：人类不自我维持。离开社会、离开环境就无法存活。严格来说，没有任何生物是真正的自我维持，它们永远需要环境。顺着这个逻辑推下去，社会因为是一个自我维持的单元，反而可能比个体更像「活的」。 「化学系统」：她认为化学只是生命出现的第一个舞台，生命本身并不等于化学。生命之所以在这个舞台上出现，是因为化学的组合空间大到宇宙穷尽不了。 Lee Cronin 给过她一个例子。紫杉醇（Taxol）的分子量大约 853，原子数量并不算天文数字。但如果你把拥有这个分子式的所有可能三维形状都造出来，每一个分子占一个位置，需要的体积是 1.5 个宇宙。 一个分子，就能填满一个半宇宙。 化学空间就是这么庞大。宇宙没有能力把所有可能的分子都表达一遍，它只能沿着历史上偶然走出来的那几条路径做选择。生命，就是宇宙在不可能穷尽全部可能性的地方，被迫做出的历史性选择。 「达尔文演化」的问题在于层级。演化发生在种群层面，不发生在个体层面。你现在这个「你」，按经典演化理论并没有在演化。你只是被演化塑造出来的一个瞬间的产物。 > 「生命是信息随着时间和空间组织物质的过程。一个例子，就是行星上涌现出的东西，它产生一个开放式的、结构不断生成、复杂度不断上升的级联。任何个体，都只是这些跨越时间的谱系里的一个特定实例。」（Sara Walker） 所以她真正想说的，和亚里士多德有关。 亚里士多德解释运动时，用的办法是给物体贴物质属性：重的东西往下掉，因为它「土」；轻的东西往上飘，因为它「气」；天体绕着地球转，因为它「神圣」。这套理论讲了几千年，直到有人造出了能机械计时的钟、能滚小球的下斜面，人类才发现运动和「土气神圣」完全无关，只需要质量和加速度两个概念，全宇宙的运动都能用一个公式统一描述。 Sara Walker 说，我们对生命的困惑，就卡在亚里士多德那个阶段。我们知道该怎么处理质量和加速度，却不知道该怎么把信息当成一种物质属性来处理。等到有一天人类发明出「信息的物质概念」，生命的统一描述也会像牛顿定律一样简洁。 ## 僵尸蚂蚁、病毒和火的共同难题 为什么所有经典定义都会失效？Carl Sagan 写过一篇关于生命定义的短文，里面有个特别妙的观察。 如果外星人来到地球，他们很可能会认为汽车才是占据主导的生命形式。汽车数量庞大、会移动、会消耗资源、排出废物、内部有人类在操作，按照任何一本生物学教科书对生命的定义，汽车都能被装进去。 Sagan 想划一条线把汽车排除出去，定义本身却不允许他这么做。他最后得出结论：我们现有的每一个生命定义，都能找到一个反例把它推翻。 病毒是最典型的。僵尸蚂蚁真菌更离谱。 这种真菌感染蚂蚁之后，会钻进蚂蚁的身体，操控它爬到高处，咬住叶子，然后从它的头部爆出孢子。整个过程里，蚂蚁的身体还在动，还在执行任务，但蚂蚁已经死了。这算一个活的东西还是两个活的东西？ > 「我想我们必须放弃个体这个概念的相关性。我们习惯把细胞当成生命的基本单位，把个体当成活的，但我们从来没有认真想过这条线到底有多模糊。」（Sara Walker） 她把这个逻辑一直推到语言、模因和数学上。她认为语言至少是「类生命的」（life-like），数学也是。 数学这个说法容易招来反驳。大多数人认为数学有一种柏拉图式的实体，存在于宇宙之外，等待被发现。她的观点相反：数学是我们这个生物圈里长出来的东西，它反映的是我们自身的结构。当人类把从世界中观察到的规律全部内化，然后问「如果我从外部看这套系统，它长什么样」，答案和我们平时描述自己的方式非常不一样。 她说数学之所以「活」，是因为它开放、组合空间巨大、具备递归性质。哥德尔定理和图灵的工作之所以能在上个世纪引发革命，就是因为数学会在某些地方「发现宇宙的漏洞」。 ## 时间里的巨物 她有一条发在 X（原推特）上的话：事物看起来像涌现，只是因为我们看不见时间。 这句需要慢慢拆。 人类演化出的感知系统把空间看得非常重要，把时间看得极其短暂。我们看到的每一个生命都转瞬即逝，所以会觉得个体就是生命。如果你能看见时间，你会看到每一个物体背后拖着一条巨大到无法想象的因果尾巴。 > 「活的物体其实非常大。它们是宇宙里最大的结构之一。它们在空间里并不大，在时间里大得惊人。我们分辨不出这个特征。」（Sara Walker） 她举了个例子：你我彼此能够理解、能够沟通、能够共享体验，是因为我们在时间上靠得很近。在宇宙历史里，我们分叉得很晚，非常近。章鱼、蘑菇、细菌和我们在时间上分叉得早得多，我们从它们身上看到的差异大到几乎像外星人。 这条思路有实打实的科学依据。把系统发生树（phylogeny）在物理层面认真对待，就能推出这个结论。你可以把 138 亿年的宇宙历史全部打包进每个物体，只要你有足够大的认知空间去展开它。 她说，现代技术圈（technosphere）是我们已知的宇宙里时间尺度上最大的物体。技术圈并没有独立于生命之外，它是这个星球上生命和技术的全球整合。手机、光纤、电网、卫星、语言、法律、金融市场，这些东西都可以看作从四十亿年演化链上长出来的一层新的因果结构。 Lex 在对话里讲了一件他做死藤水（Ayahuasca）之后的体验。仪式结束后他在森林里和朋友聊天，能看见他们「过去的自己」浮在身后，像行走时面孔拖出一条模糊的尾巴。他说那个效果从审美上很美，从物理学角度看也很美，因为那确实是一个过去自我的可视残影，只不过才几秒钟。 Sara Walker 的反应是：把它推到底，就是几十亿年。 ## Assembly Theory：15 步是那道门槛 这个理论她讲了大半场。她和 Lee Cronin 合作多年建起的这个框架，试图把「复杂度」变成一个可以测量、可以计算的物理量。 核心是两个可观测量。 第一个叫副本数（copy number）：你观察到多少个完全一样的对象。第二个叫组装指数（assembly index）：从最基本的构件开始，用最短的递归路径把对象造出来，需要多少步。 规则很简单：不能浪费步骤，必须能用已有的东西拼出新的东西。组装指数算的是最短路径。实际路径可能绕远得多。 Lee Cronin 的实验室已经做出实验验证：在有机化学里，组装指数大约 15 是一道门。分子要超过 15 步还大量存在，几乎必然来自生命过程。这正是 Sara Walker 所说的「生命必须跨越的边界」。 15 不是一个普遍常数，不同的组装空间有不同的阈值。在这个空间里，它确实是一道突然出现的门。 > 「生命是突然跳出来的。」（Sara Walker） 她说这是她职业生涯里第一次说出这句话。过去她一直在「渐变」和「突变」之间摇摆，现在她确信是突变。 为什么？组装宇宙按因果步骤排序，每一层比上一层大得多，增长是指数级的。要造出一个复杂对象，如果走「典型路径」，那条路径的复杂度也在指数级增长。结果是：绝大多数能出现的复杂对象，都必须沿着几乎最短的路径出现，必须在因果上离已存在的东西非常近。 「绕远路」这条路根本不存在。 那些从未出现过的对象呢？它们的数量指数级地离我们远去。宇宙每生成一个新结构，就在同时排除掉一大批永远没有机会存在的可能结构。 她把一条推文说得很精确：演化过程中最重要的生存斗争，发生在存在的对象和「从未有机会存在」的对象之间。选择的大部分因果工作，都发生在这里。 现在人类发明的神经网络人脸生成器，可以一整天刷出不存在的人脸。她的说法是：那些人都存在于「不存在之物」的空间里。那才是最大的战场。 ## 手性：在时间上破缺的对称 她的博士论文研究的是生命手性（chirality）的起源。手性指分子能否和它的镜像完全重合。左手和右手无法完全重合，这就是非叠合性。 生命的化学有一个奇怪的事实：蛋白质里的氨基酸都是左手性，DNA 和 RNA 里的碱基都是右手性。为什么？ 她在对话里提出了一个比「为什么有手性」更根本的问题：为什么会有手性分子这种东西存在？ 如果你把所有小分子（重原子少于 7 到 11 个）的化学空间翻一遍，会发现几乎每一个都是非手性的。就像一把勺子，和镜像完全一样。一旦分子超过这个复杂度门槛，几乎每一个都是手性的。左手版和右手版都存在，它们属于两个不同的东西。 > 「手性其实是在时间上打破对称，不在空间上。我选择左手性，就等于替这个系统选定了它未来所有时间里和整个化学宇宙反应的方式。每次分子获得一个镜像异构体，宇宙的可能性空间就被劈成两半。」（Sara Walker） 她实验室的发现是：生命起源的相变，似乎就发生在分子复杂度刚好越过那个手性出现的门槛附近。手性分子一旦开始互相识别，级联就起来了，自催化反馈就起来了。 她还提到 Lee Cronin 实验室发现的一个钼（molybdenum）自催化环。这个结构完全非生物，是无机化学里的自复制循环。从钼原子出发，化学空间的配置数指数级增长，整个系统最后塌缩到只生产那一个巨大的环状结构。原因是这个环会反过来做模板，指导小分子的组装。整条链互相强化，锁死在一个自维持的循环里。 她说，那篇论文其实揭示了生命起源相变的一部分机制：一个本来应该组合爆炸的空间，最后塌缩到一个互锁自持的小空间里。这就是生命的诞生。 ## 演化史里被忽略的那次跃迁 Lex 提到 Nick Lane 的《Life Ascending》里列出的十大发明：生命起源、DNA、光合作用、复杂细胞、性、运动、视觉、意识、死亡。 Sara Walker 说她喜欢「发明」这个词。视觉是她最感兴趣的之一，因为它展示了生命如何一步步获得「看见」的能力。生命起源的时候，地球上什么也看不见；后来出现了光子受体；多细胞出现后，眼睛长出来了；人类社会出现后，我们造出了望远镜和显微镜，能看见更深和更小的世界。 但她认为演化史上被忽略最严重的一步不在那个列表上。那一步是生殖细胞（germline cell）和发育过程。 > 「地球上每一个生命，在它生命的某个时刻，都要经过一个单细胞。你从一个细胞来。一个细胞怎么知道该怎么长出你？器官怎么知道该往哪儿长？多细胞生物的形态形成机制，我们其实知道得非常少。这部分常常被排除在人们的清单之外。」（Sara Walker） 每个细胞的基因都一样，分化只能是基因表达随时间变化的结果，加上细胞之间的物理互动。这台计算机的运行原理，我们至今没有真正理解。她说，想理解一个生物，关键可能不在成品，而在建造过程。 她对技术圈理论有一个总结式的表述，把整条链压缩成了一段： > 「一个生命起源事件发生了。它演化 40 亿年。它演化出技术圈。技术本身开始获得我们称之为生命的那个性质，这正是我们此刻所处的阶段。它解出了自己的起源问题，然后它弄清楚整个过程怎么运作，理解如何制造更多生命，然后能把整个结构复制到另一个星球上，于是这个结构可以自我复制。」（Sara Walker） 在她的图像里，生命起源并没有停在四十亿年前的某个瞬间。它一直在进行。今天这个星球正在经历第二次起源。上一次是地球化学向生物学的转变，这一次是生物圈向技术圈的转变，都是从化学尺度到行星尺度的多层过程。 ## 大感知过滤器：外星人可能都变成黑洞了 她的想法在这里开始变得黑暗。 费米悖论有一个经典解释叫「大过滤器」（Great Filter），认为每种文明在某个阶段都会自毁。她提出一个不同版本，叫「大感知过滤器」（great perceptual filter）。 逻辑是这样的：宇宙在空间上小，在时间上大。我们这个行星四十亿年来体积没怎么变，里面堆积的因果结构、信息、递归已经多到无法想象。人类正在「自我虚拟化」。科技越来越抽象，虚拟现实、数学、语言这些东西看起来是信息性的，实际上只是在时间里非常深。 她把这个洞见和 Paul Davies、Freeman Dyson 的两个经典思路拼在一起。 Davies 在《The Eerie Silence》里设想，足够高级的智能会把自己变成量子计算机，跑在真空里，无限运算，从外部世界完全看不见。 Dyson 在一篇论文里设想，一个模拟式的生命可以随着宇宙膨胀越来越慢地运行，永远持续下去。 把二者结合，再加上我们已经在做的事情，也就是造虚拟现实，她得到一个不安的推测：足够成熟的技术圈可能会把自己虚拟化，把整个宇宙内化到它们的时间因果结构里，从其余宇宙里切断联系。 > 「我曾经想过，足够高级的技术看上去会像黑洞。也许这就是所有奇点的解释，它们都是把自己虚拟化、从我们这里断开的因果结构。」（Sara Walker） Lex 说那这个宇宙就孤独得可怕。她说：对啊，这也是我最怕的版本。她明说自己并不完全认同这个结论，只是必须亲自穿过这类想法，才能抵达下一个想法。 她真正感兴趣的是：把生命起源和寻找外星生命看成同一个问题。你能不能在实验室里造出生命，直接决定了你能不能认出别处的生命。发现外星生命的第一次接触，很可能发生在一次生命起源实验里。 她正在参与 Habitable Worlds Observatory 的任务规划，处理系外行星生物特征的问题。她对此抱有乐观。 ## 语言、大语言模型和「在时间里结晶」 她对语言有一个很具体的感受：她能「看见」词，词是物。词和词描述的东西，拥有不同的本体论。词是物理的，能承载因果，能创造意义，但它和它描述的那个东西属于两套不同的存在。 她说自己在语言上有点像通感。跟她对话的人很难跟上，因为她在同一个讲座里可能故意把同一个词用六种不同方式反复摆弄。她解释为什么这样：想要发现一个新概念的时候，现有的词是不够用的。你必须把已有的词用非标准的方式挤压，才能挤出一点新意义。 Lee Cronin 那种人思考的抽象层级根本不能被语言直接表达，所以他们的合作必须借语言「绕路」。 Assembly Theory 那篇 Nature 论文之所以冒犯了不少人，有相当一部分原因是词语的用法和读者互动的方式错位。她想用旧词说新事，读者按旧词理解，冲突就发生了。 > 「很多人谈论 GPT 的时候忽略了：语言不是全部。语言底下有东西。大语言模型真正让人感到存在性创伤的地方，正是因为它显出了语言底下还压着别的东西。」（Sara Walker） 她把大语言模型放在语言演化的谱系里理解。书写语言的发明是一次创伤，因为「死者在向活人说话」。印刷术是一次创伤，因为信息的复制突然变成廉价品，好像要稀释一切。大语言模型是第三次。 它和书籍不一样。书籍是静态的，语言模型是动态的。她给了一个类比： > 「大语言模型有点像语言的遗传系统。它产生了一种高度动态的归档方式。你其实是在跟人类语言在计算机里的结晶交谈，一个动态的结晶，因为它是人类历史演化出来的巨大抽象结构在时间上的结晶，现在被压进了一台小机器。」（Sara Walker） 她说「结晶」这个词是刻意选的。某个特定数据集训练出来的模型，就是语言在训练那一刻的晶体。人类还在不断迭代这个技术。 对于 AGI，她不喜欢现在流行的说法。她援引 David Deutsch 的「通用解释者」（universal explainer）概念：人类是生物圈里第一批能够理解其余现实的东西，我们有一种通用理解能力。这并不意味着单个人能理解一切，只是说这个能力存在。在这个框架下，AGI 是同一能力的另一种实现，可能在质因数分解之类的任务上比人快，但不一定「更聪明」或「理解范围更广」。 她说，我们现在关于 AI 末日论的叙述，其实是一种文明免疫反应：因为感觉到了即将到来的危险，所以过度夸大恐惧，以便更快立法、更快建立护栏。这件事本身是好的。用来描述的语言和真实发生的东西差别很大，在她看来，人类要到一两百年后才能真正理解我们正在经历的到底是什么。 关于 AI 意识，她的判断很直接：没有一套可检验的意识理论，这个问题就永远是个灰色地带。有人会觉得它有意识，有人会觉得它没有，双方都无法证否对方。她说，意识的「困难问题」之所以困难，部分原因就是它可能根本不在科学的范围内，需要用别的途径理解，而那些途径不一定能提供我们想要的、可以写进法律的技术性判据。 ## 自由意志、随机和多世界 她并不支持多世界诠释。 她的图像是：把多世界里的所有分叉全部折叠起来，折进你作为时间深处的那个物体里。你曾经是所有那些世界的收敛点。你是一个被选中存在的对象，和其他结构自洽。量子世界的随机性是底层的背景噪声，你不住在那儿。你住在一个非常确定的、经典的宏观世界里，你在这个世界里挪动。 > 「你是一个活在随机背景里的确定结构。所有打包在你身上的选择，让你能够选择可能的未来。这就是你意志的来源。同时永远有一点点随机性，因为宇宙正在变大，过去和现在不够大，装不下未来，额外的结构总得从哪儿来。所以在这些巨大的因果结构之外，外面他妈的随机，很吓人。我们互相抓着不放，因为存在下去的唯一方式就是紧紧抱住所有和我们共同栖居的因果结构，互相强化彼此的存在。」（Sara Walker） 她的自由意志没有瞬时性。她坐在播客棚里跟 Lex 说话时，不可能同时出现在英国或亚利桑那，但她可以计划，可以在时间上执行自己的意志，明天或后天到那里去。 关于瞬时决定（比如把手放在桌上），她认为「那些早就被决定了」。自由意志从来不是瞬时的东西。它在组合时间（combinatorial time）里操作：你有很多结构，你的未来可以是那些结构的组合，只要你还能保持为一个自洽的你。你的操作空间就是你的视界，在那里你的意志可以起作用。 ## 为什么有物存在，宇宙为什么没有停在空无 Lex 把问题推到了底：为什么有物存在，为什么不是一无所有？ Sara Walker 说这是最难的问题。她是最彻底的物理主义者：对她来说，不存在「宇宙之外」。连多重宇宙也不存在于宇宙之外，多重宇宙是人类心智里的一个概念，存在于这个生物圈里，它使人类有能力对自己的宇宙学做反事实推理，从而构建更好的理论。 数学也一样。她不认为存在一个柏拉图式的数学世界。数学的东西就在这个星球上。 > 「谈论宇宙之外的东西没有意义。你一旦在谈论它们，就已经在谈论宇宙内部存在的某个东西，它就是宇宙正在建造的一部分。」（Sara Walker） Lex 反击：只是因为你谈论它更建设性，不代表它更真。 她同意。她说，建设性不等于真，但可以通向真。这就是科学和纯哲学的区别：没有实验性的柏拉图主义，但如果把数学当成生物圈里长出来的对象，你就可以开始用实验的方式研究它。数学家有时候也把数学当成实验科学，但反过来，如果物理学家把数学本身当成研究对象，不再仅仅当成描述现实的工具，这个反转才是她真正感兴趣的。 ## 几个可以立刻拿来用的判断 这场对话里的很多想法第二天就能用。以下是几个具体的行动点。 - **遇到「本质」争论时，先问「站在哪个时间尺度上看」。** 病毒是不是生命、AI 是不是智能、社会是不是活的，这些归根到底都是定义问题。换个尺度，答案会变得完全不同。试图找到一个在所有尺度下都成立的定义，等于用亚里士多德的方式解释牛顿的运动。 - **判断一个新事物是否「复杂」，看它的组装指数和副本数。** 一个东西背后有多少步不可省的最小构造路径？它被复制了多少次？这两个维度合起来，比「高科技」「先进」这类模糊的标签有用得多。它可以用来判断一家创业公司、一项技术、一个物种是不是真的跨过了一道门槛。 - **不要用「绕远路」的思路规划复杂目标。** 组装宇宙的指数增长意味着，典型路径跑去造复杂对象，成功率会指数级下降。可行的做法是沿着最短因果链走，每一步都建立在前一步上，每一步都能自我强化。 - **重新审视「个体」这个单位。** 它可能只是注意力为了省力而做的投影。真要在「生命」这个尺度上做决策，需要把家族、社群、供应链、生态、语言、技术圈同时考虑进去。一个人、一家公司、一个国家的寿命都被它的因果结构决定。 - **认真对待「从未存在的东西」。** 演化的大部分因果工作发生在存在的对象和从未有机会存在的对象之间的筛选上。个人做选择时也一样：除了优化已选项，更要意识到每选一条路就排除掉一整片指数级大的可能性空间。这种意识不会让决策更容易，但会让决策更诚实。 - **把「感受」当第一手数据。** 她自己反复强调，思维路径是「感受、视觉、语言」三段。感受不等于不严谨，它是深度抽象还没被压进语言之前的样子。遇到讲不清的问题，先别急着写方案，先确认自己的感受有没有稳定下来。 - **区分「语言不到的地方」和「不懂的地方」。** 科学史上每一次大突破都发生在旧语言不够用的时候。从这个角度看，能在同一个词上玩耍、能接受一个词有多种用法，这件事本身就属于研究能力的一部分，并非单纯文字游戏。 - **对「我们处在 1% 还是 20%」这类问题保持谦逊。** Lex 打赌说人类只理解了 1%，Sara Walker 说视界会一直后退，宇宙在变大，永远不可能知道全部。任何声称「物理学已经接近完成」的说法，很可能和十九世纪末的物理学家一样自我安慰。