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物理學(xué)家:用數(shù)學(xué)理論證明人工智能無(wú)法超越人類智慧

2017-10-21 21:21:37 n
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摘要:

人大腦有130億的腦細(xì)胞,假設(shè)每個(gè)腦細(xì)胞跟6個(gè)腦細(xì)胞發(fā)生關(guān)聯(lián),每個(gè)關(guān)聯(lián)用3個(gè)電子來(lái)存儲(chǔ)。130億的6次方再乘以3。再把電子質(zhì)量乘進(jìn)去,它等于錢德拉塞卡極限:當(dāng)一個(gè)恒星的質(zhì)量超過(guò)錢德拉塞卡極限時(shí),這個(gè)恒星則會(huì)自動(dòng)坍縮成一個(gè)黑洞。也就是說(shuō),當(dāng)這個(gè)計(jì)算機(jī)還沒(méi)做出來(lái),其本身的質(zhì)量已經(jīng)把自己壓成一個(gè)黑洞了。



首先我申明,我不是做人工智能的出身,我做物理的出身,也還在做物理,只是從Common Sense 來(lái)看人工智能問(wèn)題。做物理的說(shuō)搞數(shù)學(xué)的是人文科學(xué),因?yàn)樽匀豢茖W(xué)的基本原則是實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)真理,廢話少說(shuō),做實(shí)驗(yàn)給你看。數(shù)學(xué)不是不重要,只是數(shù)學(xué)是邏輯,是研究自然科學(xué)的工具。基于有限的假設(shè),這么說(shuō)OK,那么說(shuō)也OK,要能在某一個(gè)領(lǐng)域里得到應(yīng)用才有意義。同樣某一個(gè)物理理論能在某一個(gè)實(shí)驗(yàn)里得到證實(shí)才重要,物理是實(shí)證的自然科學(xué),因?yàn)樗梢员蛔C偽。就像我現(xiàn)在看投資項(xiàng)目,想法是最不值錢的,你一旦能在市場(chǎng)里證明盈利能力,估值會(huì)完全不同。

回到正題,物理出身,我看問(wèn)題會(huì)更加基礎(chǔ),不會(huì)為人云亦云的說(shuō)法鼓噪,這也符合我一貫燒冷灶的習(xí)慣。關(guān)于人工智能,回看歷史至少引起過(guò)人類社會(huì)三次恐慌。

第一次是在圖靈的年代,美國(guó)大片這是個(gè)好東西。《模仿游戲》可以去看看。這次恐慌源于計(jì)算機(jī)的誕生,人們傳統(tǒng)認(rèn)為不可破譯的密碼,被計(jì)算機(jī)搞定了。這個(gè)趨勢(shì)發(fā)展下去,是不是遲早有一天計(jì)算機(jī)就可以超過(guò)人類?八十年代以后個(gè)人電腦的普及帶來(lái)了又一次恐慌。美國(guó)電影《機(jī)械戰(zhàn)警》、《終結(jié)者》都是這個(gè)時(shí)期的代表。接下來(lái)就是這次了,又有《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》、《Her》代表這一階段。

前一陣子遇到一個(gè)自封”人工智能狂熱粉“的投資人,號(hào)稱從互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代就創(chuàng)業(yè)投資做高科技,說(shuō)起來(lái)哪個(gè)方向都能整幾句的主兒。我調(diào)侃的問(wèn)他,為什么人工去年開(kāi)始又火了。他說(shuō),硬件便宜了所以火了。我,呵呵,這么說(shuō),硬件總符合摩爾定律,那為啥不是十年前,不是五年前,不是五年后,不是十年后,差那幾塊錢嗎?這一次,我認(rèn)為更多是因?yàn)楣雀韬虵acebook”應(yīng)用了“我黨提出的互聯(lián)網(wǎng)+的概念,把云端接入,相當(dāng)于機(jī)器人前端有了一個(gè)強(qiáng)大計(jì)算能力的后端。于是有了軟件機(jī)器人和云端的人工智能。當(dāng)然,這個(gè)也能叫深度學(xué)習(xí)的策動(dòng)。

這一次也許不過(guò)是前兩次的重復(fù)。

我們直奔主題,簡(jiǎn)短潔說(shuō)下面是我覺(jué)得大可不必憂心忡忡世界末日的幾個(gè)觀點(diǎn)。

一 哥德?tīng)柌煌陚涠?/span>

1931年的時(shí)候哥德?tīng)柼岢隽烁绲聽(tīng)柌煌陚渥C明。哥德?tīng)栕C明我們以圖靈機(jī)的方式是制造不出超過(guò)人類的計(jì)算機(jī)的。

哥德?tīng)柌煌陚湫远ɡ恚喝我庖粋€(gè)包含一階謂詞邏輯與初等數(shù)論的形式系統(tǒng),都存在一個(gè)命題,它在這個(gè)系統(tǒng)中既不能被證明也不能被否定。第二不完備性定理如果系統(tǒng)S含有初等數(shù)論,當(dāng)S無(wú)矛盾時(shí),它的無(wú)矛盾性不可能在系統(tǒng)內(nèi)證明。從數(shù)學(xué)邏輯的基礎(chǔ)上否定了計(jì)算機(jī)超過(guò)人類。

比如“這句話是錯(cuò)的”,這句話到底是對(duì)的還是錯(cuò)的?圖靈機(jī)是沒(méi)法說(shuō)明它是對(duì)的還是錯(cuò)的。這就給圖靈機(jī)開(kāi)了個(gè)后門。這是哥德?tīng)栕C明的簡(jiǎn)版。這問(wèn)題1931年被提出來(lái),圖靈機(jī)一直沒(méi)能解決這個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)在做線性系統(tǒng)的解決不了這個(gè)問(wèn)題,人類會(huì)不斷地去用更高維度的東西來(lái)解釋低維度的東西,你總會(huì)在你的體系之外找到你這個(gè)體系的漏洞,沒(méi)法做出一個(gè)完全完備的系統(tǒng)。

二 錢德拉塞卡極限證明

另外一個(gè)證明就是我最近提出來(lái)的所謂Chandrasekhar錢德拉塞卡證明。這個(gè)證明并不復(fù)雜,買杯啤酒用托盤紙的背面就能演算證明。如果我們認(rèn)為人類的思維是線性的話,即我們現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的圖靈模式,那么我們現(xiàn)在做的計(jì)算機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)之后,大概六十萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算單元已經(jīng)與一個(gè)人的大腦可比,這也是現(xiàn)在大家炒的深度學(xué)習(xí)人工智能的基礎(chǔ)。但是我們現(xiàn)在還沒(méi)有看到互聯(lián)網(wǎng)這樣大規(guī)模的互聯(lián)網(wǎng)有產(chǎn)生像人一樣有學(xué)習(xí)行為。那說(shuō)明在一定程度上人的思維模式可能不是線性的,不是像計(jì)算機(jī)這樣的圖靈機(jī)模式。

那么在物理上存在兩種信息模式,一種是所謂經(jīng)典模式,一種是量子模式。我們的思維有沒(méi)有可能是量子模式呢?量子本身講的是關(guān)聯(lián)的事情。用量子模式考慮人的大腦: 大腦到底有多復(fù)雜?假設(shè)每個(gè)腦細(xì)胞跟6個(gè)腦細(xì)胞發(fā)生關(guān)聯(lián),這個(gè)關(guān)聯(lián)的數(shù)量是多大呢?我用一個(gè)經(jīng)典的存儲(chǔ)單元來(lái)記錄這個(gè)關(guān)聯(lián),先不管它這個(gè)關(guān)聯(lián)是怎樣工作的,有一個(gè)關(guān)聯(lián)你至少需要一個(gè)單元來(lái)記錄這個(gè)關(guān)聯(lián)。假設(shè)我們可以用一個(gè)經(jīng)典的存儲(chǔ)單元就能記錄一個(gè)這樣的關(guān)聯(lián)。我們知道經(jīng)典計(jì)算機(jī),它的存儲(chǔ)模式是“熱投票”。一個(gè)磁體計(jì)算單元,它存的到底是0還是1呢?去看這個(gè)磁疇的時(shí)候,我會(huì)看到比方說(shuō)每個(gè)磁疇里面會(huì)有一萬(wàn)個(gè)小的磁疇,小的磁疇就是小的指南針了,當(dāng)小的指南針有超過(guò)百分之五十的指北的時(shí)候我會(huì)認(rèn)為這個(gè)磁疇存的是1,當(dāng)超過(guò)百分之五十指向南時(shí),我們認(rèn)為它存的是0。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元都是這樣做的。根據(jù)大量的熱的平均的行為統(tǒng)計(jì)來(lái)確定這個(gè)單元存的是1或者是0。那么熱投票最少需要三個(gè)粒子,才能投出大多數(shù)來(lái)。物理實(shí)現(xiàn)上,一個(gè)記憶單元我們只選三個(gè)電子來(lái)構(gòu)造一個(gè)經(jīng)典的記憶單元,比電子輕的光子是沒(méi)有意義的,它不能用來(lái)做記憶單元。

好,我們計(jì)算一下這個(gè)數(shù)量:130億的腦細(xì)胞,每個(gè)腦細(xì)胞允許跟6個(gè)別的腦細(xì)胞發(fā)生關(guān)聯(lián),然后每個(gè)關(guān)聯(lián)用3個(gè)電子來(lái)記憶和存儲(chǔ)。這是多大的數(shù)字呢?130億的6次方再乘以3。每個(gè)電子都是有質(zhì)量的,質(zhì)量是不能忽略的。再把電子質(zhì)量乘進(jìn)去,那么這個(gè)質(zhì)量等于多大個(gè)數(shù)字呢?它等于錢德拉塞卡極限。

錢德拉塞卡極限是什么呢?在1938年,錢德拉塞卡提出來(lái):當(dāng)一個(gè)恒星的質(zhì)量超過(guò)錢德拉塞卡極限時(shí),這個(gè)恒星則會(huì)自動(dòng)坍縮成一個(gè)黑洞。你明白了嗎?這說(shuō)明如果真的用一個(gè)經(jīng)典的存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)去模擬一個(gè)人的大腦行為,當(dāng)這個(gè)計(jì)算機(jī)還沒(méi)做出來(lái),其本身的質(zhì)量已經(jīng)把自己壓成一個(gè)黑洞了。

這也就給出一個(gè)旁證,人的大腦行為不是人類用現(xiàn)在地球上的資源能做出來(lái)的。錢德拉塞卡極限這個(gè)值大約是1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量。這里取6作為腦細(xì)胞可能產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)數(shù),事實(shí)上每個(gè)神經(jīng)元有可能跟另外1000個(gè)神經(jīng)元發(fā)生關(guān)聯(lián),6這個(gè)數(shù)字只是在湊錢德拉塞卡極限。這就是說(shuō)即使我們可以用最輕的單元----電子去做存儲(chǔ),都沒(méi)有辦法去構(gòu)建一個(gè)夠大的系統(tǒng)描述一個(gè)人的大腦關(guān)聯(lián)行為。從這個(gè)角度想,用經(jīng)典的圖靈機(jī)辦法做出一個(gè)超過(guò)人腦的計(jì)算機(jī)這事情是不太可能的。

三 思維的量子本源

我們通常用的計(jì)算機(jī),扇區(qū)壞了你換個(gè)新扇區(qū)進(jìn)去,原來(lái)上面存的東西就沒(méi)有了。但我們?nèi)说拇竽X不斷的進(jìn)行這樣的更替,通過(guò)新陳代謝,腦細(xì)胞里一部分原子被新的原子取代,但記憶并沒(méi)有消失或受到影響。這機(jī)制是很不一樣的。

大腦的這個(gè)行為,更像是量子化的長(zhǎng)程關(guān)聯(lián),就像電子的超導(dǎo)現(xiàn)象。是一種非局域的相互關(guān)系,一對(duì)電子形成庫(kù)柏對(duì),在晶格之間穿行,不再消耗能量。超導(dǎo)這事情不是一個(gè)單個(gè)的粒子做的事情,而是很多粒子的量子化行為,任何一個(gè)的變化對(duì)整體的量子效應(yīng)并沒(méi)有影響。

我本行是做量子模擬的。費(fèi)曼講“只有量子系統(tǒng)才能描述量子系統(tǒng)”,如果我們?nèi)祟惖乃季S真是量子化的,那么就只能用個(gè)量子系統(tǒng)來(lái)模擬。一個(gè)思路是我在北大的實(shí)驗(yàn)室在做的量子模擬,另外一個(gè)方向是量子計(jì)算。一個(gè)從上向下,一個(gè)從下向上。但我有個(gè)暗黑的想法,原諒一個(gè)物理學(xué)家的孩子氣。因?yàn)榱孔酉到y(tǒng)有退相干的問(wèn)題,一個(gè)糾纏和相干的系統(tǒng)到底能造多大我們并不知道,我們還在十幾個(gè)量子比特上努力。大概每?jī)赡攴乓粋€(gè)新的量子比特到系統(tǒng)里,要知道這是符合摩爾定律的,因?yàn)榱孔颖忍孛慷嘁粋€(gè),希爾伯特空間就多一個(gè)自由度,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是存儲(chǔ)能力翻了一倍。我的暗黑想法在于,即使我們最終的搭建了一個(gè)夠大量子系統(tǒng)來(lái)完整的模擬人的思考能力。這個(gè)東西,是不是跟我們?nèi)艘粯樱驳贸燥垼X(jué),也打盹,也犯各種錯(cuò)誤和鬧情緒。如果這樣,是不是生幾個(gè)孩子成本低?

別著急反駁,以上想法要說(shuō)明一個(gè)情懷,就是不必危言聳聽(tīng),人工智能至少在三百年內(nèi)還沒(méi)什么機(jī)會(huì)超越人腦。這個(gè)三百年的估計(jì)其實(shí)源于我們對(duì)物理學(xué)進(jìn)展的了解,從牛頓到量子力學(xué)誕生兩百年,量子力學(xué)到現(xiàn)在一百年,我們突然發(fā)現(xiàn)我們還懂得不多,甚至被繳了械(為什么,可關(guān)注我關(guān)于量子管理的思考,比如CC講壇),大概還要這么長(zhǎng)的時(shí)間才有可能在這個(gè)基礎(chǔ)上了解和使用這些技術(shù)。三百年不是個(gè)太夸張的時(shí)間。三百年內(nèi),我們大可放心去跟機(jī)器相處。

我們時(shí)不時(shí)的會(huì)搞搞大躍進(jìn),炒作一個(gè)概念會(huì)讓不少人有新飯吃,每個(gè)人都要讓自己的選擇正義化,看誰(shuí)搶到話筒。不能說(shuō)都是泡沫,泡沫對(duì)科普有益。但話說(shuō)回來(lái),在一個(gè)神秘主義有上千年傳統(tǒng)的國(guó)家里,科普和迷信一樣的有害。

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