Would-be worlds:how simulation is changing the frontiers of science
作者： ( )约翰·L·卡斯蒂(John L.Casti)著;王千祥,权利宁译
出版社：上海科技教育出版社,1998
简介：本书是“当代最了不起的科学作家”卡斯蒂讲述仿真学的力作。计算机仿真世界是否“真实”和能达到何种程度的真实，回答这些饶有趣味的问题，将开辟21世纪科学发现的新天地。
详细介绍：
在不断变化的科学世界中，新工具常常导致重大的发现，从而戏剧性地改变我们的认识。今天，借助于一种新工具，科学家们正在掀起一场科学革命，其深远意义恰如当年伽利略的望远镜所引发的革命。从计算机存储器中的位和字节出发，研究人员正在崇尚真实世界的一种硅替身——精致的“人工世界”，这使他们可以完成在“肉体形式”下不太现实、代价过高，或者在某些情况下过于危险的实验。
从新药品的仿真测试到行星和星系的创生模型，以及计算机化培养皿中生长的数字生命形式，这些未来的实验室是一种有争议的新科学方法的重要工具。这种新方法不是基于直接的观察与实验，而是基于从真实空间向虚拟空间的映射。在这里，诞生了一门崭新的学科——仿真学。
人工（虚拟）世界所映射的最为振奋人心的领域，是“复杂自适应系统”的新疆域。这些系统（从环境生态系统到市场经济系统）涉及活的“主体”，它们以多种方式不断改变自身的行为，这些方式无法用科学的旧规则进行预测和测量。科学家们的探索代表了21世纪科学发现的新视野，而仿真世界正在绘制航向图。
在《虚实世界》一书中，深受欢迎的科学作家约翰·L·卡斯蒂带领我们走过一段浏览到许多不寻常硅化微世界的令人着迷的旅程，向我们展示它们如何被用来建立重要的新理论，如何解决一些实际问题。我们访问“Tierra”，一个“计算箱”，人工生命在其中形成生长和突变的生物形态，它揭示自然选择和进化的新观点。我们玩一场“均势”游戏，一个刻画地缘政治复杂力量的仿真程序。我们还驱车途经了“TRANSIMS”，新墨西哥州阿尔布开克市的一个模型，寻找交通阻塞和交通事故等事件的根源。
沿着这条途径，卡斯蒂探讨了在这些“虚拟世界”中提出的新仿真学中若于意义深远问题的答案。如果我们能够随意在计算机中创建世界，我们该说，它们有多么真实？它们能够揭开我们这个世界最难攻克的奥秘，还是仅能揭示另一种实在的规律？这些模型必须如何之“真实”？它们又可以达到怎样的真实？对这些问题的回答，很可能彻底改变科学的面貌。
片断：
虚拟的真实性
信息的内涵
1966年的影片《奇异的旅行》描绘了你在人体内部活动时可能看到的奇特效果，假定你只有血细胞这么大小的话。它不仅是韦尔奇（RaquelWelch）的首部电影，更因这种特技而著称。和这部电影一样有趣的是，从推测的立场出发，当人们从内部观察人体时，它将是什么样的？这个关于人体纳米技术的实验，错过了一个非常有利的时机，没有能够及时提出今天我们的所谓内物理学基本问题：从处于系统内部（例如人体内）的观察者的角度来看，支配系统行为的定律是否不同于观察者从外部看到的定律？更确切地讲，难道韦尔奇身着她那白色紧身连衫裤工作服时所看到的控制着脑电脉冲的定律，不同于她那正常尺寸的同事用微电极从外部观察这些脉冲时所看到的定律？
这里有一个基本问题要解决，即从内部看到的物理学与从外部看到的物理学之间的区别。这是一个反映了自然与生命最基本的对立统一的差异，即事物——建筑、国家、社会——内外的区别。同样的问题，存在于从本书所考虑的虚拟世界中可以学到什么这一问题的核心。所以，下面我们通过考察在科学中发生的几个关于内外区别的例子，来讨论这个根本问题。
相对论当爱因斯坦被问到他如何发现相对论时，他回答说，他想象如果他乘坐着一束光，这个世界看起来将是什么样子。这儿我们得到内物理学思想的一个完美例子，在这个例子中，爱因斯坦得出了惊人的结论——如果你在一束光上看物理现象，那么它与你只是看着这束光从空中掠过时的景象的确不同。尤其是，你知道自己正以一个确定的、有限的速度旅行，而这个速度反过来将导致其他系统中的时空收缩。这些时空收缩要从你光束以外的观测点上观测到，如今它们已为人们所熟悉。但是从光束本身看出来，你看不到有什么异常——仅仅是以正常的光速从一个位置旅行到另一个位置。
哥德尔定理哥德尔著名的不完备性定理的关键思想是，在任何一个其能力强大到足以表达任何关于整数的陈述的逻辑一致性系统内，存在这样的陈述，利用该特定逻辑系统中的规则，它们既不能被证明，又不能被否证。不过，如果跳到该系统之外，我们发现这些陈述的确正确。它们只是无法利用包含在给定逻辑框架中的推理规则来证明。从内物理学角度看，哥德尔的结果是在说，算术是不完备的——当从内部看时。然而，可以说，如果我们从外部，从外物理学角度，看同一系统，它是完备的。这样，算术律的确是不同的，这取决于你是从系统内部还是从系统外部看待这个特定的逻辑系统。
遗传密码现代分子生物学的一个开创性成果，是克里克（FrancisCrick）和布伦纳（SydneyBrernner）于20世纪50年代末揭示了遗传密码。这种密码将核苷酸碱基A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）和T胸腺嘧啶）所组成的一些三字符组合，翻译为形成所有已知生命的蛋白质的20种氨基酸。这种翻译过程始于将一段DNA链被动地复制成一条信使RNA（mRNA）链，这条mRNA随后由沿着该链移动的核糖体所读取，每次一个三联体碱基，就像录音机磁头沿着磁带移动一般。随着它从mRNA的一端向另一端移动，核糖体解读写在mRNA链上的符号，从浮游在细胞质中的转移RNA片断中捕获由相应三联体所编码的氨基酸。这就是基因转录和翻译过程的一个简单描述。
沿着爱因斯坦的思路，我们从外物理学角度考虑一下这样一种情形：假定我们在核糖体从mRNA链的一端向另一端移动时骑到它上面去。我们会看到什么？结果是没有什么新东西。更准确地讲，我们原以为可以发现，在转录阶段，从DNA被动复制的信息的单纯句法（句法信息被用来生产蛋白质）操作与在翻译模式中进行的语义上有意义的译码操作之间的清晰区别，但实际上我们显然没有看到。在这两种情形下，从“分子眼观点”看去，所有能看到的只是单纯的化学操作与变换。仅在跳出系统时，我们才发现这两种操作间的句法／语义区别。从内部来看，只存在生物化学；从外部看，存在一个有意义的蛋白质世界。
行为与认知心理在20世纪20年代，华生（JohnWatson）提出一个激进观点，认为人类行为的模式不具有精神原因。更明确地讲，华生的论断是，大脑的不可测量的精神状态会产生可观测行为的声称是不科学的。这样就产生了行为心理学学派，它将注意力集中在外部可观测的输入／输出或刺激／反应行为模式上，以此作为建立心智与行为理论的原材料。
与之相对的是，认知心理学家认为，只有通过假定大脑中存在内部状态（即神经元格局），我们才有希望建立起真实科学的人类行为理论。从认知角度看，心理学家的任务是从观察到的行为推测这些内部状态的特性，以连接大脑中这些假定的内部状态之间的关系为基础，建立人类行为的预言性理论。
从内物理学家的观点出发，我们发现大脑中的硬件将自身改造成由神经元快速开关构成的不同状态，这些状态又导致了思想与行为。但外部物理学家则认为不存在构成思想力量基础的这种状态。这种区别恰好反映了关于人工智能的两种相互对立的观点。支持人工智能的人主张，实际上也是外物理学家的观点：对于任何对象，如果它像一个大脑般地思考，那它就是大脑；反对人工智能的人回答：不能通过表面来判别一个大脑。关于这些对立观点的研究在别处已得到透彻阐述，从附录所列出的材料中也可以看到。
