最初！

我们说：要有一个浴缸！

浴缸很大，装了大半盆水，水龙头在花花往里注水。

现在，我们把浴缸底部的塞子拔掉。

请大家来预测一下，会发生什么事？

下面，发生了一起神奇的事件！我们可以简单的把它描述为：浴缸里产生了一个漩涡。

也可以深入的分析一下，它为什么要产生一个旋涡？

浴缸中存在大量做不规则运动的水分子，有了出水口的时候，大量水分子在重力作用下，因为相互之间牵扯的张力作用，按照最小作用量原理，必然产生往低处流动的大趋势。

如果仅仅只是水分子无规则的下落，我们会观察到一个个咕嘟咕嘟的气泡，而往下流动的水也是不规则的一股一股的流出来。

但只需很短的时间，这种无规则的状态，就会自发转变成一种有序的状态：水分子们开始整体旋转起来，形成一个光滑的螺旋通道，用比之前混乱落下的速度快很多的效率，流畅的通过出水口。

这种从无序到有序，从混乱到顺滑的过程，就是我们要说的一个关键概念：自组织现象。

自组织现象是研究复杂系统时必然会出现的现象，它的原理其实也比较简单，还是：最小作用量原理。

复杂系统中，混乱的运动过程，总是低效而且耗能更高的。去分析每个水分子经过的平均路程，肯定是比在旋涡中要长很多，所以分子们会自发选择最短路径，作用最小的量来实现运动过程。

从一无所有的混沌运动，形成此前并不存在的一种有序结构。我们能够总结出来以下几个内容：

一、我们需要大量的基本元素来构建一个复杂系统：比如大量水分子。

二、这个复杂系统需要一个环境：比如浴缸。

三、复杂系统得有输入，有输出：比如水龙头和浴缸底部的孔。

这样，我们就构建起了一个能够自发产生有序结构的系统。我们把它命名为：

耗散系统。

一般教育体系，在结束本科教育前，大都不会接触到系统科学思想，主要是从还原论角度去认识世界的。

还原论的方法，是把复杂问题分解为一个个简单的小结构，再去寻找其中通用规律。

在浴缸例子中，可以看到如果单纯从还原论角度去看，拆分每一个水分子，是无法解释旋涡为何会形成的。

这时候，就需要系统论的方法了。

系统科学思想，它的研究方向就是复杂事物总体规律。这是跟还原论不同的一种认识世界的方法。我们可以试试用浴缸问题来做做适应训练。

一边放水一边灌水的浴缸，如果输入输出量相等，在没有外力因素干扰下，它的漩涡将保持长期稳定。人们可以通过调整进出水量，来控制旋涡的形态，但是，它能产生的变化，也就仅此而已了。

于是得到第一个结论：单一构成元素的，稳定的耗散系统，无法产生复杂的有序结构。

这个结论平时看没啥用，但是用于判断有些环境是否会存在生命体，非常好使。比如很多人会幻想恒星中有没有生命，或者一片液氢海洋中是否有生命，再或者，宇宙早期是否有可能产生生命？这些问题，都可以用此结论来进行判断。

下面，玩花一点。试着往浴缸里面加点别的东西……

比如再开一个龙头，流出大量不要钱的精油……

可以预见：油分子基本不溶于水，浴缸里形成泾渭分明的两层，旋涡的形态也会跟着产生一定的变化，但是变化也很有限，

于是得到第二个结论：耗散系统内部，如果只存在不能相互发生反应的基本元素，那么其自组织产生的有序结构类型，是有限的。

再往后的实验，既废时间又废钱。比如往浴缸里加浴盐、加玫瑰花瓣、加点碱性物质产生丰富的泡沫，可以加点益生菌，再加个美人……嗯，浴缸中产生生命，确实是可行的！

总之，后来因为浴缸实验被查封了，我们转到电脑里模拟进行。

这个模拟实验叫做“元胞自动机”。

最初的元胞自动机是由冯·诺依曼在1950年代为模拟生物细胞的自我复制而提出的，但是并未受到学术界重视。

1970 年,剑桥大学的约翰·何顿·康威设计了一个电脑游戏“生命游戏”后,元胞自动机才吸引了科学家们的注意。

https://www.bilibili.com/video/BV1fp421D7na/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=d223db55a94b869c6cff0829c07a126f（生命游戏演示）

1983 年S.Wolfram发表了一系列论文.对初等元胞机256种 规则所产生的模型进行了深入研究,并用熵来描述其演化行 为,将细胞自动机分为平稳型,周期型,混沌型和复杂型。

关于元胞自动机的研究，网上都能查到，可以很容易按照提供的源代码在自己的电脑上实验各种奇奇怪怪的元胞自动机。在这里，只谈谈实验结论：

元胞自动机实验发现：在耗散系统中，能够产生有序结构，而且，如果耗散系统中存在4种及4种以上的，能够发生相互反应的基本元素时，只要运行环境够庞大，它们会自发组成越来越复杂的有序结构，出现明显的优胜劣汰现象，产生非常类似于自然界的进化现象。

可以模拟想象：有ABCD四种基本元素，它们互相之间都能发生反应，于是可以生成：AB、BC、CD、ABC、BCD、ABCD、ABB、ACC、ADD……这样近乎无穷多种排列组合方式。

为什么必须得不少于四种，我在一本书上见过数学证明过程，不过我数学太渣，自己写不出来。大家有兴趣可以去查查看。

人类基因组含有约31.6亿个DNA碱基对，碱基对是以氢键相结合的两个含氮碱基，以胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）四种碱基排列成碱基序列。这个实例，正面证明了四种基础元素构建足以支撑生命体的复杂结构是可行的。

这里的四种基础碱基对和上面说的不少于四种基本元素的原理，是否有对应关系？这个目前倒是没有解释，也许只是巧合，没有什么限制说五种、六种就不行。

于是，得到了第三个关于耗散系统的结论：在大规模耗散系统内部，如果存在四种或者四种以上能够相互发生反应基本元素（数量得足够丰富），那么它就可以自发演化出能够不断进化的有序结构。

到这里，理论上和基础的实验验证都有了，生命产生的从无到有的过程，已经基本成型。

下面！我们进入真实世界，看看到底发生了什么！

在地球产生十多亿年之后，原始海洋和原始大气都已经形成。

因为月球绕地球运行，月球不仅用它的背面为地球遮挡了很多外来陨石的撞击，还同时为地球提供了引力潮汐。地球上的海洋因此有潮起潮落，地壳板块因此有微弱的定期形变。

在原始海洋边缘，海陆交界处，有很多坑洼地，定期有潮水涌入流出（看，又是浴缸问题）。海洋深处，因为地壳运动，也有间歇热泉等等现象。

也就是说，原始地球环境中，存在着大大小小无数的小型或大型耗散系统。

在生命起源研究的专业术语中，这种耗散系统被称为：潮池（浴缸）。

有一个相当古早的“米勒实验”，是在一个大瓶里模拟原始空气，然后用电弧去不停的闪，然后在大烧瓶下部的水中监测到了一些有机小分子。

这个实验也算是生命起源大实验的碎片之一。至少证明了，从无机条件下，产生有机物是完全的自然过程。

现在，我们有了潮池，有了有机小分子，还有大量被溶于海水的无机物，有的呈酸性，有的呈碱性。

在这个不断被水冲来刷去的潮池中，一切基本要素齐备，然后会发生什么呢？

当然是泡沫！

在那种脏水池子里，只要有水流运动，一定会产生各种五颜六色，稀奇古怪的泡沫。这是常见现象，我们身边现在只要出现，就可以举报给环境保护部门。

众所周知，泡沫越大，存在时间越短暂，泡沫越小，越容易长时间存在。这并不神奇，只是水溶液本身的张力作用表现罢了。

这些成分复杂的泡沫，有大有小，存在的时间有长有短。有些极为微小，需要显微镜才能看见的泡沫，其存在的时长，完全可以达到一些微生物的寿命总长度。

这样，差不多就可以理解，最初的单细胞生命的细胞壁是如何产生的了。

（当然，生命起源的猜想远不止这一种，目前还有好几种其它假说，比如海底热熔岩管假说，热泥坑假说等等，不过，基本的逻辑都跟潮池说是类似的。）

在微小而坚韧的泡沫表面，仔细观察可以看到五颜六色的纹路流动，这是光线折射反射干涉的结果。但同时，也很容易判断，泡沫表面不同的物质相互作用导致液面物理形态发生变化，才会形成不同的光路。

单纯的，稳定的小泡泡，肯定还无法视为生命体。还缺乏生命体的基本特征之一：趋利避害。

如何区分一个物体有无生命特征？以前我认为耗散系统都可以勉强算。后来被怼了，说石头一样可以有输入输出。

后来学到了，所有生命体，不管有没有智能，都有共同特点：有生存和发展的需求。

所有的生命特征，其实都指向一个问题：主动性。

最初的主动性是如何产生的？

这个问题在化学实验中找到了解答：光敏（热敏）反应。

光敏反应的基本原理是光能的吸收和转化。当光线照射到物质上时，物质中的分子会吸收光能，从而激发分子内部的电子跃迁。这种电子跃迁会导致分子的化学键发生断裂或形成新的化学键，从而引起化学反应的发生。

光→反应。这个简单的模式，我们如果写成电脑中的条件语句，很简单：IF光THEN反应。这就达成了我们形成生命和智能的最关键基础：条件反射！

能够发生光敏反应的化学反应种类还是比较多的，效率有高有低，叶绿体是最著名的一种。

叶绿体的结构，显然经过漫长进化而来，早期生命体的光敏反应基础结构一定是低效而简单的。

本来都一样的小泡沫们，一旦成分中有了能够发生光敏（热敏）反应的部分，它们就具备了最初的基本条件反射。

举几个简单的例子，假如某个泡沫因为光敏反应所产生的分子结构呈更强的碱性，可以增加其水溶液的张力，那么它的存在时间显然就会更久。

或者某个泡沫内的有机小分子们，因为光敏反应相互链接起来，形成了更复杂的长链结构，就能更好的稳固下来，获得更长的存在时间（寿命）。

再或者，某个泡沫内的有机结构，因为光敏反应，获得的能量让其某个小结构旋转起来，变成了最初的鞭毛，就让这个泡沫能够移动向光线（热源）更强的地方。

再或者，某个泡沫内的长链大分子结构，因为光敏反应获得了足够的能量，活跃起来，偶然断开了其中一些链条，又能够在同样化学环境中，捕捉新的游离分子，组成新的两条或者多条长链大分子。

上述这些例子，都不是杜撰的，都可以在实验室中实现其中某一步，也显然是在原始地球无数潮池中真实发生过的历程。

不过因为其中有不少低概率事件，耗时又超级长，所以我们想在实验室中复现完整全部过程不太现实。

能够移动（不是必要条件），能够自我复制，与周边环境相对长期独立存在——最初的生命，就此诞生！

目前，基本解决了现实世界中生命从无到有，从0到1的演化过程。

下面，该说从1到100的演化过程了。

进化论，在这个过程中，开始展现其伟力。

最初的单细胞生命们，能从周围环境中得到小分子材料建设自身，能够移动向光源（大部分其实不能移动），能够完成自我复制。在潮池中，它们就开始卷起来了。

有的小细胞如果能够更高效的吸收光能（热能），它就能获得体积优势，或者繁殖优势。有的小细胞靠跑得快，它就能跑前面去把别人挡住，获得第一手光能。在这个过程中，阶层分化，方向分化就产生了。

会动的，发展向动物，不会动的，发展向植物、真菌等等……

最初都是小泡泡，迭代N次之后，就有的圆有的扁，有的长有的短，从外形到内在，无一不卷。

在每一个不同的自然环境中，总有那么一种或者几种最适宜的形态，所以只要环境在改变，这种演化就不会停滞。

生命体不仅会根据环境产生变化，它本身也会改造环境。最明显的案例就是几次物种大灭绝（比如二叠纪生物大灭绝）除了天灾的原因之外，个别物种（藻类）太卷导致地球氧气含量急剧变化，也是罪魁之一。

按照我们此前从元胞自动机实验得到的结论：适当条件下，系统内的有序结构会在演化中越来越复杂。

这个复杂，具体指的是什么？除了身体形态的复杂化之外，还有功能的增多。比如细胞内部开始出现了分工，或者几个细胞合作起来构成多细胞生物。有的部分专门负责运动，有的部分专门负责感光。

如果把它的各种功能，用计算机语言写下来，会发现，它内部蕴含的条件语句越来越多了。

生命体不再只是最初的IF光THEN反应。还增加了IF前面有东西挡路THEN改变方向。IF有好吃的小分子THEN吸收……这类各种各样的反射机制。

这是什么？这就是智能啊！

只有一个条件反射能力的生命体，显然没有拥有两条反射的聪明。在演化竞赛中，谁会胜出？

所以智能竞赛开始了。

学过计算机编程的人们都了解条件语句。再复杂的程序，都可以分解为：IF……THEN……（ELSE……）……层层嵌套，条件与条件相互制约……这其实就是软件版的与门、或门、非门。它们组合在一起，是可以实现所有复杂功能的。

生物的生存斗争，不仅仅是硬件上的，也是软件上的。

一开始软硬件并没有太过明确的区别，但是大家都知道：分工带来优势，效率越高，竞争优势越明显，于是专业的神经系统出现了。

早期的神经系统只会一些非常机械化的条件反射，戳一下动一下，有外部刺激才会有反射，是很死板的，大部分原始生命其实都是这样，总是必须要有IF才会有THEN，缺乏主动性。因为这些神经结构本身就很简单，只有非常有限的数量。

比如线虫，一共只有300个神经元细胞，我们不可能指望300个细胞能完成多么复杂的运算。

随着生物进化，复杂程度也在增加。2023年3月，剑桥大学和约翰霍普金斯大学花了12年时间，终于完成了果蝇左半脑包括3016个神经元以及它们之间的548,000个连接的高分辨率图像绘制。

至于我们人脑，复杂程度就远超这些简单生物了。人类脑细胞的数量在140-150亿左右，每一个神经元细胞都通过神经触突（数条，多至11条）和其它细胞相互链接，构成极端复杂的网络结构。想要完成人类的神经元图谱，不知道得耗时多久……之前扫描果蝇的，一个神经元就要花差不多一天。（最近我国科学家已经用新的方式极大的提高了扫描速度，可喜可贺！）

人类拥有自我意识，复杂的感情和高度的智能，而果蝇没有。我们的区别在哪里？是因为人类有灵魂而果蝇没有吗？

既然我们已经明白初始的智能来自于条件反射的积累。那么主要负责记录和完成反射运算的神经系统，显然是智能程度区别的原因之一。

用过手机电脑的人都知道：你得有足够强大的硬件，才能跑动足够智能的软件。

条件反射的积累，会产生什么样的效果呢？前面已经进行过简单比较，条件反射越多，能够完成的功能越多。多到什么程度，就能觉醒自我意识呢？

这里就要引入一个新的概念了！涌现！

涌现这个词，也是近些年才随着系统科学研究出现的，它并不是一个正规的专业词汇，还没有哪个学者能够精确量化涌现的产生条件，所以围绕它有很多的争议。

但是有一个现象是没有争议的：随着复杂系统的规模扩大，会出现只跟系统规模相关的，跟构成系统的基本元素并无直接关系的新规则，新秩序。

具体的实例很多，比如单个水分子不可能让我们产生湿润这个概念，而达到一定数量的水分子则可以。

还有单个蚂蚁能完成的功能很少，但整个蚁群经过测验，智能程度可以达到狗、海豚的级别。

最典型的就是人类组织在一起后，能够爆发出的强大力量，这是我们都切身体会过的。

大量条件反射，按照一定的规则累积到一起，层层嵌套，相互勾连，达到一定规模，也一定会发生涌现现象。

以前人类的科技水平无法达到这个规模，但是现在人工智能大模型，已经摸到了这个坎。

GPT大模型是人工智能中第一个达到此水平的。（详细介绍可以看这里：https://cloud.tencent.com/developer/article/2318514）

从此统计图像中，我们可以清晰看到，随着模型参数量的变化，GPT模型的智能水平，在某一个数量级后发生了飞跃式（明显不是渐进的）的提升。

所以，为什么人类的智能水平，和那些简单原始的生物智能水平，会有一种本质性的区别，原因就在于，人类的条件反射积累，已经达到了足以发生涌现的量级。

了解了涌现的威力之后，我们又产生了新的问题：为什么人工智能已经发生了涌现，但是智能程度在有些方面还是不如人类呢？

想要解答这个问题，有好几个方面：

一是硬件区别：如今的人工智能依托于电子元器件运行，目前的电子元器件运算原理和人脑是不同的。不得不说，我们经历了20亿年进化累积的大脑，复杂程度、能耗效率、计算效率还是暂时具备一定优势的。

二是软件区别：我们人脑内的软件和硬件是高度融合的，是目前电脑还无法很好模拟的网络式全息式运算。这些软件同样是经历了20亿年迭代后的精华。

三是信息有效性问题：大家都知道，大象的脑子比人脑大太多了。人类大脑中的神经细胞，有约860亿个，而大象大脑中的神经细胞达到了2510亿个，是人类的近3倍

但是要注意，神经系统真正用来处理理性思维的，主要是大脑皮层部分。人类大脑皮层16.3亿个神经细胞，大象大脑皮层仅有5.6亿个神经细胞。

剩下还有那么多神经元，是用来干嘛的呢？主要是用来进行本能控制的。我们的运动、心跳、呼吸、循环等等，都需要大量的控制运算，大象身体庞大，需要的控制机构也就更多。

所以真正决定智能水平的，其实是大脑皮层的神经元数量，还有就是后天的教育区别。没有后天教育积累的有效信息，其实原始人和大象相比，并没有明显智力优势。

智力差距的产生，是多方面积累的结果，有硬件有软件，有内因有外因。从很早开始，就一直有人想要找到人类和其它动物的某种本质区别，去凸显人类万物之灵的特殊性。其实这个方向是错误的，影响复杂事物发展的因素往往都不是单一，而是多个因素的共同结果。

关于生命和意识的起源问题，我们每个人都肯定在此处或彼处看到过诸如：生命起源还是个未解之谜，人类的意识从何而来，至今未能获得科学的解释……这类话语。甚至在一些正规的科普纪录片上，都可以看到类似的说法。科学家们往往出于谦逊或严谨，不会大大咧咧的说：我们已经能够完美的解释XX问题。而总是说，对XX问题的理解，还有待深入和完善。

神秘，是神秘主义的生存空间和土壤。生命和意识的起源问题，因为其本身是大部分宗教的核心内容，人们对此的解释更是尤其慎重。可以预见，谁要是站出来说：生命和意识产生的原理，已经清清楚楚啦。很快就会被一帮人出于各种目的进行反驳。所以多一事不如少一事，不如就自己知道多少说多少好了。

我的兴趣爱好比较广泛，很多年下来，积攒了很多碎片化的知识，而这些碎片，在学习系统论思想的时候，得到了整合和统一。发现比较清晰的解释生命和意识的起源过程及其原理是可以做到的。当然，细节是不可穷尽的，要补上拼图中的每一个缺失环节，那不太现实。

光有理论，没有实践是不行的。但生命和意识的产生，本身是一个漫长的过程，所以不太可能在可接受的短时间内，完成这种规模庞大的实验。但碎片化的实验很多，生命和意识诞生的每一个小阶段，我们都能找到实验或者现成的现象。

所以，本文结合各种实验和现象，以及学习到的内容，捋一捋生命和意识，到底是怎么产生的。大家对其中的内容如果有异议，有疑问，欢迎讨论。