從萬物到生命:為什麼我們會有感官
這是我自己給出的生命的最簡模型,其中只標出了輸入功能體和輸出功能體,但實際上的生命要更複雜些,所以這個只能所最原始生命的模型,最簡的模型。
實際的輸入、輸出的功能會分成信息交換和物質交換,當然其實都是物質交換。
但信息交換很特殊,它只需要極少數的物質參與交換,或者是能量的交換。比如我們眼睛看到東西,是因為接收到了光子,光子也是物質,但是量很小很小,聽到聲音是因為接收到聲波的能量,不過,這種能量離不開空氣等媒質。
因為信息交換物質的參與實在太小,所以它可以被單獨拿出來分析研究。而正是因為需要的物質量很小,所以對外部世界的影響就很小。從而提高了生命對外部世界的反應速度、保障了生命的安全、提高了生存的效率。
比如,你要分析外面的有沒有危險,假如不能採用聲、光這樣微量物質交換的方式,而是用自己的身體直接來試一試,那覺察到危險的時候,也就成了大難臨頭的時候。
又比如,樹上的果子如果不用視覺和嗅覺發現,就必須爬到樹上才能覺察到,那就會多消耗很多能量和時間。
實際上,每個事物在變化的過程中都會影響周圍的環境,比如改部光線的傳播路徑和強弱,產生振動發出聲波,釋放各種化學物質,等等。
在進化過程中,結合基因突變,能夠感受這些變化的功能體不斷出現,就產生了如視覺、聽覺、嗅覺等感覺器官。
不只動物有感覺器官,植物一樣有,只不過功能比較特殊、比較弱而已,我們正常只能觀察到一些比較明顯的,比如:向日葵能感覺出光線的強弱,所以能從早到晚始終對著太陽;含羞草能感覺出的振動而閉合。
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而最重要的,也是最本質的,是極少的物質或能量交換,可以在暫時把「內部世界」與「外部世界」隔離開來。因為交換的物質極少,所以可以把兩者之間的相互影響降到最低,在一定程度上可以看成處在隔離狀態。
1. 兩個世界隔離開來,是內部世界可以有效模擬外部世界的前提。否則,內部世界就會對外部世界產生很大的「擾動」,這種擾動會使模擬結果失效。就像「測不準原理」一樣,你的測量「設備」因為太大,影響了被測目標的運動軌跡,這樣測量的就一定是不準的。測不準外,你剛才用原先數值模擬的運動,也因為擾動的加入而改變,所以運算也失去了意義。
2. 同時,通過極少的物質或能量交換,可以用來控制較大的活動。比如,看到獅子跑來,你也會飛一般地跑開。本來,一束光線根本無法移動人這樣大的物體,但是通過信息感知能力,就可以驅動人做出非常劇烈的運動,做到「靜若處子,動如脫兔」。
以用手拿書為例:
人通過眼睛看到書,可以通過腦的支配使手去拿書,並且在此過程中不斷把眼睛看到的手和書的相對位置再提供給大腦,由腦輸出指令調節手的位置使其能拿到書。整個過程一般一氣呵成,你不會覺得有什麼費力。但是對於一歲的嬰兒,則可能還是一個很有挑戰性的工作,因為大腦還沒有完成程序的優化,「自動控制系統」還沒有建設完善。
現代的「自動控制系統」的框圖如下 所示:
之所以叫反饋控制系統是因為只要是控制系統都逃不過「負反饋」這個環節,原因有兩個:
1. 沒有反饋就不能形成閉環,就無法對輸出的變化和擾動產生的偏差進行糾正,這樣系統不久就會完全突破控制要求。
2. 如果是正反饋,系統的誤差就會被放大,系統的崩潰會加快。
只有合適的負反饋會使系統誤差保持在要求的範圍內,達到最終的輸出要求。
這個負反饋是系統穩定的基礎,而由負反饋搭建的環路,完成了一個「重複」的螺旋。我們前面多次提到:一個穩定的事物中總是有這樣重複的螺旋存在。以後我們還會一次次地驗證這個道理。
說白了,生命就是一個「自動控制系統」,如下圖:
這是生命發展到一定程度以後的生命模型,已經分化出感覺器官,控制器也可以是簡單的化學鏈路,也可能是高級的神經系統,比如大腦。反饋迴路是自我感知系統(比如人體的本體感受器),當然也可能就是眼耳等感覺器官構成。
有了這套系統,生命就能更穩定地生存,也更加不依賴於外部世界環境,獨立的特性越來越強。
人體就是一個完善的「自動控制系統」,而且是一個複雜的「巨系統」(錢學森提出的)。
感覺器官的產生,為我們後來的「資訊理論」開創的基礎;也為「控制論」開創了基礎。現代科學複雜的系統理論,實際上在生命進化的過程中早已經有了實際的、完善的應用,而人類只是在最近百年內才真正明白了其中的含義。


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