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第一章 横空出世暗知识的发现（第2页）

自从5000年前两河流域的苏美尔人发明了人类最早的文字——楔形文字以来，人类一直在记录和积累知识。但直到2500年前希腊人才开始系统地研究关于知识的学问。在这个问题上，一直有两大流派：理性主义和经验主义。

第一个开启了理性主义的人是苏格拉底。人类此前的大部分“知识”要么从宗教教义中来，要么从传统习俗中来。人们从生下来就不加怀疑地接受了这些东西。而苏格拉底则要一一审视这些东西。苏格拉底说我们都希望有一个“好”的人生，但到底什么是“好”什么是“坏”呢？不去质疑，不去深究你怎么知道呢？所以深究和道德是不可分割的，不去深究我们身边的世界不仅是无知而且是不道德的，所以他的结论是：一个未经深究的人生根本就不值得过。他平时没事就跑到大街上拉住人诘问：“什么是正义？”“什么是善？”“什么是美？”每当人们给他个定义时，他都能举出一个反例。他这种深究思辨影响了无数代人。后来当他的学生柏拉图把“人”定义为“没有毛的双足动物”时，当时的另一位哲学家提奥奇尼斯马上拿来一只拔光了毛的鸡说：“大家请看柏拉图的‘人’！”经过一生的深究，苏格拉底得出结论“我唯一知道的是我什么也不知道”。苏格拉底式思辨震撼了当时的社会，传统势力认为这样会搞乱人心，当政者用“腐蚀青年思想罪”判处他死刑，他最终饮毒酒身亡。他一生全部用来和人辩论，没有留下任何著作。幸亏他的学生柏拉图把老师的辩论编辑成了传世之作《对话录》。正是苏格拉底开启了通过逻辑思辨来验证知识的希腊传统。

如果说是苏格拉底开了理性主义的先河，他的弟子柏拉图就是理性主义集大成的鼻祖。苏格拉底的思辨主要集中在道德哲学领域，探究什么是“公平”和“善”。而柏拉图则对他的先辈毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前570—前495）开创的数学传统深为折服。柏拉图的学说深受数学严格推理的影响。他甚至在他创办的学宫门口挂了个牌子：“不懂几何者不得入内。”柏拉图学说的核心是“理想原型”。他说，世界上每一条狗都不一样，我们为什么认为它们都是狗？人类心中一定早有一个关于狗的理想原型。我们知道三角形的内角之和等于180度，但我们从未见过一个完美的三角形。他认为人类的感官无法触及这些理想原型，我们能感受到的只是这些理想原型的失真拷贝。真实世界就像洞穴外的一匹马，人类就像一群背对着洞口的洞穴人，只能看到这匹马在洞穴壁上的投影。柏拉图奠定了理性主义的两大基础——知识（理想原型）是天生的；感官是不可靠的，并由此推出理性主义的结论：推理而不是观察，才是获取知识的正确方法。

亚里士多德（Aristotle，公元前384—前322）17岁进入柏拉图的学宫当学生，当时柏拉图已经60岁了。亚里士多德在学宫里待了20年，直到他的老师柏拉图去世。亚里士多德对老师非常尊敬，但他完全不同意老师的“理想原型”是先天的。他认为每一条狗都带有狗的属性，观察了许多狗之后就会归纳出狗的所有属性。这个“理想原型”完全可以通过后天观察获得，而不需要什么先天的假设。柏拉图酷爱数学，而亚里士多德喜欢到自然中去观察植物和动物。两人的喜好和经历是他们产生分歧的重要原因之一。亚里士多德认为：知识是后天获得的，只有通过感官才能获得知识。正是亚里士多德开了经验主义的先河。

经验主义这一派后世的著名代表人物有英国的洛克（JohnLocke，1632—1704），贝克莱（GeorgeBerkeley，1685—1753）和休谟（DavidHume，1711—1776），贝克莱认为人生下来是一张白纸，所有的知识都是通过感官从经验中学来的。但理性主义则认为，经验根本不可靠。英国哲学家罗素（BertrandRussell，1872—1970）有个著名的“火鸡经验论”。火鸡从生下来每天都看到主人哼着小曲来喂食，于是就根据经验归纳出一个结论：以后每天主人都会这样。这个结论每天都被验证，火鸡对自己的归纳总结越来越自信，直到感恩节的前一天晚上被主人宰杀。理性主义者还问：眼见为实吗？你看看图1.1中的横线是水平的还是倾斜的？

图1.1视错觉图（图中所有横线都是水平的）

理性主义的后世代表人物则有法国的笛卡儿（ReneDescartes，1596—1650）和德国的莱布尼茨（GottfriedLeibniz，1646—1716）。笛卡儿有句名言“我思，故我在”，我的存在这件事不需要经验，不需要别人教我，我天生知道。莱布尼茨是和牛顿一样的天才，他和牛顿同时发明了微积分，也是二进制的发明人，还发明了世界上第一台手摇计算器。他认为世界上每个事物都包含了定义这个事物的所有特性，其中也包含了和其他事物的关系。从理论上我们可以用推理的方法预测全宇宙任何一点，过去和未来任何时间的状态。

理性主义认为，感官根本不靠谱，最可靠的是理性，基于公理严格推导出来的几何定理永远都不会错。理性主义找出更多的例子来说明人类的最基本的概念是天生的。例如自然数，我们怎么学会“1”这个概念的？拿了一个苹果告诉你“这是一个苹果”；又给你拿了个橘子告诉你“这是一个橘子”。但苹果是苹果，橘子是橘子，两者没关系，你怎么就能抽象出“1”这个概念来呢？又比如我们可以根据直角三角形的特点推导出勾股定理，又进一步发现世界上居然有无法用分数表达的无理数。这种革命性的发现完全不依赖感觉和经验。小孩一出生就知道这个球不是那个球，这条狗不是那条狗，这个“同一性”是理解世界最基本的概念，没人教他。

我们注意到理性主义有一个隐含的假设，就是因果关系。在莱布尼茨的世界里，一件事会导致另外一件事，所以才有可能推导。经验主义当然不服，休谟就问，一件事发生在另外一件事之后，两者未必有因果关系。譬如我把两个闹钟一个设在6:00，一个设在6:01，能说后面的铃声响了是前一个造成的吗？理性主义不仅认为事物间有因果关系，而且认为通过逻辑推理可以得到很多知识。譬如归纳推理：太阳每天早上都会升起。但休谟就质问：你能像证明数学定理一样证明太阳明天会升起吗？不能吧。那能观察吗？明天还没到来显然不能观察，那你凭什么说明天太阳一定升起，我要说明天不一定升起错在哪里了？我们看到休谟挑战的是归纳背后的假设：事物运动规律不变，在这里就是说地球和太阳系的运动不会改变。休谟最后说，物理世界没什么因果，没什么必然，你最多能根据以往的经验告诉我：明天早上太阳还可能升起。

这两派从17世纪吵到18世纪，这时候在德国偏僻的海德堡出现了一个小个子乡村秀才。他说，你们双方似乎都有道理，我来整合一下看看。他就是哲学史上最有影响力的康德（ImmanuelKant，1724—1804）。康德说，没错，我们当然要通过感官去理解世界。但我们对事物的理解包括这个事物的具体形态和它的抽象概念。譬如眼前这本书，一本书的具体形态千变万化，但“书”这个概念就是指很多页有字的纸装订在一起的一个东西。我们说“面前有这本书”的意思到底是什么？那至少要说现在几月几日几点几分，在某市某区某小区几号楼几号房间的哪个桌子上有这本书，也就是理解一个具体的东西离不开时间和空间的概念。但谁教给你时间和空间了？你妈从小教过你吗？你教过你孩子吗？好像都没有，我们好像天生就懂。所以康德说，你看，必须有这些先天就有的概念你才能理解世界。我们好像天然知道“书”是个“东西”，“东西”是一种不依赖我们的独立存在。谁教给我们“东西”这个概念的？没人，好像又是天生就懂吗？康德整合了经验主义和理性主义，他的一句名言是“没有内容的思维是空洞的，没有概念的感知是盲目的。只有把两者结合我们才能认识世界”。

在2500年的辩论中，经验主义当然不会否认数学中通过严格推理得出来的结论的可靠性，理性主义也不得不承认认知物理世界离不开感官。那么这场打了2500年的嘴仗到底在争什么呢？问题出在理性主义者企图把数学世界里证明定理这样的绝对可靠性推广到物理世界，也即他们企图找到一个检验知识的普遍的标准，能够适用于所有领域。数学（例如几何学）是建构在公理之上的一个自洽而完备的系统（至少对自然数和几何是如此）。所谓自洽就是说，在这个系统里只要从公理出发就不会推导出互相矛盾的结论；所谓完备就是说，在这个系统里任何一个命题都是可以证实或证伪的。而亚里士多德时代的自然科学的可靠性判断标准是“观察与模型符合”，即观察到的自然现象和事先假设的模型的预测结果相符合。这种物理真实性的判断标准和数学中的判断标准完全不同。所以经验主义觉得硬要把数学中的可靠性标准搬到自然科学中来不适用，或者说经验主义认为在自然科学领域只能依赖感官。因此这场争论是不对称的：理性主义要从数学攻入自然科学，而经验主义死守自然科学的阵地。两方掰扯不清的另一个原因是谁都不知道感官和认知的本质是什么，或者说知识的本质是什么。双方根据自己的猜测和假设激烈辩论，一直到20世纪50年代人们对大脑的研究才取得突破。

知识的生物学基础——神经元连接

你会发现，所有认知的基础都是记忆，如果没有记忆的能力，观察、理解、推理、想象等其他所有认知行为都不会存在，甚至不会有情绪。一个患阿尔茨海默病的人，面部甚至逐渐失去表情。人类胎儿在30周后就开始了最初的记忆，婴儿从刚生下就能分辨出母亲的声音了。

如果认知的基础是记忆，那么记忆的基础又是什么呢？你仔细想想，记忆其实就是一种关联。你在学“o”这个字母时，是把一个圆圈的图像和一个“欧”的发音关联起来。那这种关联在大脑中是如何形成的呢？

这种关联是通过我们大脑中神经元之间的连接形成的。大脑有大约1000亿个神经元，一个神经元可以从许多其他神经元接收电脉冲信号，同时也向其他神经元输出电信号。

如图1.2所示，每个神经元都能输出和接收信号。负责输出的一端叫“轴突”，负责接收的一端叫“树突”。每个神经元都有几千个树突，负责从不同的神经元接收信号。同样，每个神经元的输出信号可以传给和它相连的几千个神经元。那么这个最初的信号是从哪里来的呢？通常都来自感觉细胞，如视觉细胞、听觉细胞等。

图1.2大脑神经元和突触的结构

图片来源：https:.researchgate.comfigureGeneric-neurotransmitter-system_fig1_318305870。

那神经元之间是怎么连接的呢？一个神经元的轴突和另外一个神经元的树突之间有20纳米（一根头发丝的12000）的小缝隙，这个缝隙叫“突触”。图1.2的右半部分就是放大了的突触。它保证了两个神经元各自独立，不会粘在一起。记忆的主要奥秘就藏在这里。在这个连接的地方前一个神经元的电信号会转化成化学物质传递到下个神经元，下个神经元接收到化学物质后又会再转成电信号。不同的突触面积大小不同，化学物质的传递速度和量不同，因而造成有些突触是“貌合神离”，相互之间并没有电信号通过；有些则是“常来常往”，经常有信号通过。

你一定听说过俄国生理学家巴甫洛夫（IvanPavlov，1849—1936）的条件反射实验。受到条件反射的启发，加拿大心理学家赫布（DonaldHebb，1904—1985）在1949年提出了一个大胆的猜想。他认为当大脑中两个神经元同时受到刺激时，它们之间就会建立起连接，以后其中一个神经元被激发时会通过连接让另一个神经元也被激发。譬如在巴甫洛夫对狗的实验中，送食物的时候同时摇铃，摇铃刺激了听觉神经元，食物味道刺激了嗅觉神经元并且导致分泌唾液，听觉和视觉神经元同时受到刺激，它们之间就建立了连接，一个神经元的激发会导致另一个神经元的激发。经过多次反复，它们的连接会越来越稳定。以后即使没有送食物，狗只要听到摇铃就像闻到食物一样会分泌唾液。人也是一样，比如说一个小孩被火烫过一次就能把“火”和“疼”联系起来。当小孩看见火时，他大脑中负责接收视觉信号的神经元被激发了，与此同时他的手感觉到烫，于是他大脑中负责接收皮肤感觉细胞的神经元也被激发了。如果看到火和感觉到疼这两件事同时发生，那么这两个神经元细胞就连通了，也就是有信号通过了。下次这个孩子见到火，马上会想到疼，因为当负责看到火的神经元被激发后，马上会把信号传给负责“疼”这种感觉的神经元，就能让小孩想到疼。刺激越强，神经元的连接就越稳固。孩子被火烫过一次手就永远记住了，再也不会去摸火；有些刺激很弱，连接就不稳固，长时间不重复就会断开。例如背英文单词，重复的刺激越多，信号的传递速度就越快。比如一个篮球运动员对飞过来的篮球的反应比普通人快很多，一个空军飞行员对飞机姿势和敌人导弹的反应都比普通人快，这些都是反复训练出来的。所谓赫布猜想，本质上是通过建立神经元之间的连接从而建立起不同事物之间的联系。后来这个猜想被科学家反复证实，就成了现在我们常说的赫布学习定律。

赫布定律揭示了记忆或者说关联的微观机制，启发了好几代计算机科学家，他们开始用电子线路模仿神经元，然后用许多电子神经元搭建越来越大的神经元网络，今天这些神经网络的记忆和关联能力已经远远超过了人类，许多机器的“神迹”大都源于这种超强的记忆和关联能力。在第三章，我们会介绍为什么神经网络的超强记忆和关联能力会转化为不可思议的“超人”能力。

这些在大脑中由神经元的连接形成的关联记忆又可以分为两类：可表达的和不可表达的。

可表达的“明知识”

目前，脑神经科学的最新研究发现，可表达的记忆并不是对应着一组固定神经元的连接，而是大致地对应于散布在大脑皮层各处的一些连接。原因是用来表达的语言和文字只能是体验的概括和近似。这类可以用语言表达或数学公式描述的知识就是人类积累的大量“正式知识”，也可以称为“明知识”。它们记载在书籍、杂志、文章、音频等各种媒体上。

要想把某种关联表达出来，人类唯一的方法是通过语言和符号。语言和符号表达的第一个前提是要有概念。所谓概念就是某个特定的发音或符号稳定地对应于一个事物或行为。大部分的名词和动词都是这样的概念。第二个前提是每个概念都不同于其他概念，猫就是猫，狗就是狗，不能把猫叫成狗，或者把狗叫成猫，两者要能区分开。这叫“同一律”。第三个前提是猫不能同时也不是猫，黑不能同时也是白。这叫“不矛盾律”。有了这些基本前提，根据已知的事物间的关系我们就可以推导出新的知识或者论证一个决定的合理性。推理、假设、联想，这些本质上都是建立在语言之上的思维活动，没有语言就完全无法思维。所有的正常思维都要借助概念，要遵循“同一律”和“不矛盾律”。语言是人类和所有动物的最大区别。黑猩猩可以学会很多概念，譬如“我”“吃”和“香蕉”等，但无论实验人员如何训练黑猩猩，它们都无法组合出“我要吃香蕉”这样的句子。人的语言能力的本质是什么？它的生物学基础是什么？语言和自我意识是什么关系？目前这些都还不清楚。但我们知道，人类语言是不精确的，越基本的概念越不容易定义清楚，像“公平”“理性”等。人类语言中有大量含混和歧义的表述，像“今天骑车子差点滑倒，幸亏我一把把把把住了”。

英国哲学家罗素企图把语言建立在精确的逻辑基础之上，他用了几百页纸的篇幅来证明1+1=2。德国哲学家维特根斯坦（LudwigWittgenstein，1889—1951）认为人类有史以来几乎所有的哲学辩论都源于语言的模糊不清，因而没有任何意义。他认为在世界中只有事实有意义，在语言中只有那些能够判断真伪的论断才能反映事实。他的结论是：我们的语言受限，因而我们的世界受限。

为什么语言的表达能力受限？用信息论的方法可以看得很清楚。我们大脑接收的环境信息量有多大？一棵树、一块石头、一条狗都包含几十MB（兆字节）甚至几十GB（千兆字节）的数据，我们的感觉接收神经元虽然大大简化了这些信息，但它们向大脑传导的信息量仍然非常大，表1.1是各个感觉器官每秒钟能向大脑传递的信息量。

表1.1人体各个感官向大脑传送信息的速率

资料来源：https:.britannica.scienceinformation-theoryPhysiology。

大脑存储这些信息的方式是神经元之间的连接，大脑在存储时可能进一步简化了这些信息，但它们的信息量仍然远远大于我们语言所能表达的信息量。人类语言的最大限制是我们的舌头每秒钟只能嘟噜那么几下，最多表达几十个比特的意思。（比如读书，我们平均每分钟能读300字，每秒读5个字=40比特。）这样大脑接收和存储的信息与能用语言表达出来的信息量就有6个数量级的差别。也就是说极为丰富的世界只能用极为贫乏的语言表达。许多复杂事物和行为只能用简化了的概念和逻辑表达。这就是人类语言的基本困境。

只可意会的“默知识”

由于舌头翻卷速度严重受限，以神经元连接形式存在大脑中的人类知识只有极少一部分可以被表达出来。而绝大部分知识无法用语言表达，如骑马、打铁、骑自行车、琴棋书画，察言观色、待人接物、判断机会和危险等。这些知识由于无法记录，所以无法传播和积累，更无法被集中。英籍犹太裔科学家、哲学家波兰尼（MichaelPolyani，1891—1976）称这些知识为“默会知识”或者“默知识”。波兰尼举了骑自行车的例子。如果你问每个骑自行车的人是怎么保持不倒的，回答会是“车往哪边倒，就往哪边打车把”。从物理学上可以知道，当朝一个方向打把时会产生一个相反方向的离心力让车子平衡。甚至可以精确计算出车把的转弯半径应该和速度的平方成反比。但哪个骑自行车的人能够知道骑车的速度呢？即使知道谁又能精确地把转弯半径控制在速度平方的反比呢？所有骑自行车的人都是凭身体的平衡感觉左一把右一把地曲折前进。世界上大概没有一个人学骑自行车是看手册学会的，事实上也没有这样的学习手册。大部分技能类的知识都类似。

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