新浪博客

高地探险:技术进化的法则

2021-04-04 11:34阅读:

一只花蛤

微博股评师

关注
文/姚斌
1
在适者生存的进化过程中,调整是通过一个个小的变化,不断向高度适应的“高峰”攀登的过程。自然选择就是促使一个正在适应的物种向这个高峰攀登。基因中的某个随机改变,究竟是将这个物种推向更高或更低的层次,取决于这个变化对该物种是否有利。如果该山脉的地形非常复杂,而我们对它依然感到熟悉,那么选择判断的道路并不困难。总有能通向远处峰顶的小路,自然选择就是挑选出最合适的选项,引导物种沿着这些道路前进。可是,由于进化中物种无法看到整个进化地形的轮廓,寻找道路的问题就变得更加复杂了。想飞向高空俯瞰全景是不可能的。如果某种变异能够获得更高的进化层次,那么就表明这个变化更适应环境,整个物种就会被引向这个新的位置。此后,处于新位置的物种又会利用随机变异来进行试探,于是自然选择又进一步将物种引向更高的层次。这就是达尔文的渐变论。毫无疑问,生物体的确是渐次进化提高的。
然而,当所有的细微的变异都给整个系统、生物体或产品带来灾难性的变化时,适应性就是完全随意的,于是也就不存在任何信息,能把它们引向远处更高的山峰。如果一旦寻找是完全随意的,没有任何借以判断向上道路的线索,那么找到高峰的唯一办法就是将整个区域都搜寻一遍。然而,那又几乎是不可能的,就算以整个宇宙的寿命,都不足以供这样的复杂系统通过自然选择的方式来搜寻进化。这个时间比宇宙的寿命还要漫长许多。
生命有34.5亿年的历史,无论是简单还是复杂的物种,都在不断调整积累有用的变异,变得越来越适应环境,以至于达到最为适应的高峰。然而,我们无法描述出它们的适应地形,也无从知晓进化的进程对于这些适应地形来说是否成功。这个环境可能非常平缓,只有一个高峰,也可能复杂崎岖,有多个高峰,甚至是完全随机,没有规律。进化就是利用变异、重组和自然选择在这样的环境中摸索前进。这种寻找有可能无法找到最高峰。或者是在一个比较平缓的环境中,即使是找到高峰,物种在积累变异的过程中也可能发生灾难性错误。这样物种就有可能从顶峰跌落,丧失所有的有用变异。很明显,生物不屈不挠,通过自然选择不断适应的过程,并不像看上去那么简单。
自然选择面临两大局限:在非常复杂的地形上,它会陷在附近区域内无法脱身;而在平缓的地形上,又会发生灾难性错误,使山峰的高度降低,从而导致基因型适应性的降低。如果系统内部存在某种内在的秩序,能够调整好适
应型地形,并为自然选择提供立足之地发挥作用,也许进化就不可能发生。这就是斯图亚特·考夫曼思考的自组织和自然选择最根本的联系。自组织可能是可进化性的先决条件。只有那些能够自然地进行自我组织的系统,才能够进一步实现进化。
自组织造就的结构能够从自然选择中获益。这种结构能够逐渐进化,而且健壮。所谓健壮,就是指对于细微的改变系统反应不敏感。正是健壮性的存在,允许生物逐渐积累变异对系统进行改进。这样,自组织和自然选择之间就不是必然存在根本性的冲突了。自然选择所探索的形态越罕见、越不可能,它们就越不典型、越不健壮,而突变的压力也会增大,以便使生物回到典型、健壮的形态。进化肯定有撞大运的成分在内,但同时也是内在秩序的反映。
2
我们所制造的复杂物体往往对极细小的缺陷非常敏感:挑战者号航天飞机、失败的火星观测者计划以及电网故障引起大范围停电等。这一问题表明我们正面对一个棘手的问题,在漫长的时间长河中地球上的生命一直在面对这个问题:如何制造出复杂的系统,而又不走到崩溃的边缘。
技术进化能反映出在复杂的、相关的适应性地形中的发展分化过程,这是技术进化的第一个特点。大多数技术进步和生物进化起先并不知道会有什么后果。从下层看,生物向多个方向发展,试图创造出不同的形式;越往上,发展的方向越减少,之后出现灭绝,最终只有少数的几个主要变体保存下来。每当出现了根本性的革新,就像枪支、自行车、汽车、飞机等,人们总是用各种各样的方法,试图改进这革新。经过许许多多早期的试验,就会产生出大量不同的形态,各自朝着自己的方向继续分化,而最终当这些变异稳定下来之后,保存下来的,就是一些统治地位的类别。
技术进化的第二个特点与技术发展轨迹的“学习曲线”有关。一方面,某种产品的数量越多,效率就越高。产品每翻一番,每个产品的成本都会按固定的比率下降,一般为20%。另一方面,学习曲线的斜率随着技术轨迹的前进而不断上升,许多种技术的改进几率,随着整个产业投入的增加而不断减退。也就是说,刚开始技术所引起的生产业绩进步比较明显,后来就渐渐放缓。
这种学习曲线呈现幂律分布的特征,对于经济领域技术方面的进步有着根本性的影响:在经济快速增长的初期,新技术领域的投资可以带来产业的迅速增长,实现“规模收益递增”,它可以吸引更多的投资,引发更深入的技术进步。接着,随着学习步骤放缓,每增加一份投资,技术进步的幅度逐步减小,经济学家将这种技术成熟的产业称作“收益递减”,此时若想吸引更多的投资进行技术创新就会变得很困难。学习曲线具有多种特点:单件产品和整批产品的成本幂数规律;长期沉寂之后,会突然出现新的进步;进步往往会达到一个平台期,止步不前。
3
物种总是生活在其他物种所创造的小生境中。一旦出现了最初的生命并开始分化,互相交换分子,这些分子或为营养或为毒素,物种从此就开始了共同进化的生命之舞。它们之间或互依共生,或相互竞赛,或一方为捕猎者,一方被猎者,或一方为寄生物,一方为宿主,相互倾轧,各为己利。这种互利共生、共同进化的现象非常普遍,超过我们过去的想象,而且可能非常密切。这种持续不断的共同进化被称为是“军备竞赛”,或者叫“红后效应”——你必须不停地跑,才能停留在原地。在共同进化这场军备竞赛中,当红后处于主导地位时,所有的物种也要不停地改变,无限地改变其基因型,只为了在这场军备中保持自己的适应性水平。
共同进化也存在于经济领域。在某个经济体系中,存在某种商品或者服务,是因为它们对于创造另外商品或者提供其他服务是必需的中介物,或者对某些最终消费者有用。商品和服务依靠其他商品或服务所创造的小生境而存在。经济领域的活动可以作为生物圈内互利共生现象的一面镜子,在经济领域,有多种商品和服务构成巨大的系统,逐利行为带来了贸易。每一种生物的出现和生存都依靠其他物种营造出的小生境,每一种生物都有其消亡的时候。与之相比较,在技术进步的作用下,技术、商品、服务不断产生,也不断消亡,这两者之间多少存有相似之处。考夫曼怀疑,生物的共同进化和技术的共同进化,生物圈和“技术圈”多样性的不断提高,可能都受最基本的规则控制。
生物学家看待共同进化是建立在博弈论的基础上的。博弈论由著名的数学家冯·诺依曼创立,并由他和经济学家奥斯卡·摩根斯坦共同发展起来,该理论力图探讨理性的经济因素。在进化博弈论中,所有各方面必须符合一条最基本的假设,那就是变异是随机产生的,目的是对生物的适应性产生影响。不过,考夫曼认为,这对于某个正在进化的细菌种群却不能。物竞天择,适者生存,但产生某种变异的细菌,并不是特别地要去按照某种方式进化,为自己谋取私利。博弈论的根本性问题是,每一组博弈者都面临多个结局,同时也都有不同的策略可供选择。选择某个策略所能带来的结局,取决于其他参加者选择了什么样的策略。
4
某一物种的灭绝,可能是该生态系统的部分或者全部物种受到影响,引发规模或大或小的连续灭绝事件。一个物种灭绝,就会被某个侵入者取代。对于它所侵入的小生境,侵入者是外来户,肯定不属于本区域的进化顶峰,因此会以新的方式调整自身,改变其基因型。这种行为会改变它东西南北四个方向上的相邻物种的适应性地形,而且往往是降低它们的适应程度。这样一来,这些相邻物种往往会成为侵入者手中的牺牲品,走向灭绝。灭绝事件的规模,是以在某个灭绝事件中灭绝的物种数量来衡量的,它也似乎呈幂律分布。
如果物种的适应程度低,使得它们极易受到侵入者的影响,那么就容易灭绝。但如果共同进化的系统可以自我调节,使之平均适应程度达到最高,物种就不易受侵入者的影响,也不易出现灭绝,因此灭绝事件特别少。经过同样的多的世代之后,在每个规模层次上,所出现的灭绝事件也少得多。生态系统通过自我调节将灭绝事件发生的几率降到最低。所有共同进化的物种似乎都努力改变自身进化所处的适应性的复杂地形。因此,所有的物种都能够达到最高的适应程度,尽可能久地存在下去。
沙堆坍落的规模分布与生态系统模型中物种灭绝事件的规模分布相似。其中小的坍落较多,大的坍落较小。所有规模的坍落都可能出现,但是规模越大,间隔就越长,这是幂律规律所决定的。而且坍落的规模和导致坍落发生的那个沙粒是不相关的。同样大小的沙粒,可能导致小规模的滑落,也可能导致一个世纪才得见一次的大规模坍塌。事件不论大小,都有可能有微小的动因诱发。不稳定的系统,无需重大的原因,就可能发生重大变化。这就是所谓的“自组织临界”。
物理和生物学中许多特性,甚至是经济领域,都呈现出自组织临界状态。例如,地震的规模是用里氏等级来测算的,该数值正好是地震释放的总能量的对数。地震规模的分布,也符合幂律分布规律,小地震较多,大地震很少。尼罗河洪水的规模,也符合幂律分布,小水灾多而大水灾少。古生物学家大卫·劳普分析了寒武纪以来5.5亿年的显生宙阶段,将其分成77个时期,每个时期跨度为700万年。劳普将每一个时期灭绝的树种数量等数据收集起来发现,灭绝事件中,小规模的多,大规模的少。同样符合幂律规律。
5
劳普分析了古生物学家杰克·谢晋考夫斯基收集的反映了17500个属,50万各种的无脊椎和脊椎海洋动物标本,他借此揭示生物的属的生存跨度分布。在分布图上,数据急剧下降,大多数的属在早期就灭绝了,有的属生存了1.5亿年甚至更久。但是有一个很细长的“尾巴”延伸得很长。这与考夫曼的仿真实验非常相似。大多数的属在早期就已灭绝,少数的生存年代较长。
技术进化与此类似。大小公司和各种技术也是在各自的舞台上,或昂首阔步,或不知所措,过后就销声匿迹了。汽车的到来使得马匹成为交通工具消亡了。随着马匹同去的,还有马车、马鞭、钉马掌的铁匠铺、马具店、马具工匠等。随汽车而来的有润滑油和汽油工业、汽车旅馆、公路、交法庭、郊区、购物中心、快餐店等。生物通过进化,进而进入其他物种营造的小生境中繁衍生息。其中的一个如果灭绝,就会改变他所参与营造的小生境,可能就会导致相邻的某些物种灭绝。不同的商品和服务,依存于其他商品和服务营造的小生境中。或者说,我们是依靠其他商品和服务提供的小生境,才能为了经济利益,制造并销售商品和服务。经济体和生态系统一样,是共同进化的诸因素所形成的网络。约瑟夫·熊彼特曾谈及所谓的“创造性破坏”。这种情况发生时,新的技术形式出现,旧的技术形式消亡。
规模大小不等的技术革新会迅速波及整个经济体系。这些革新也符合幂律分布,小革新多大革新少。新公司的夭折率很高,公司历时愈久,就愈有可能坚持下去。但是,在考夫曼的进化模型中,新公司的夭折率高,但随着时间的推移,这一比例越来越低。这是为什么?
可以把建立新公司当做侵入者进入一个小生境来考虑。一开始,在新的生境中,新公司的适应度较低,因此容易被另外的侵入者取代。另外,它的出现所带来的区域附近的共同进化的混乱,也许会使得自身的适应性在一段时间内都比较低,因此容易在早期夭折。但是,随着它和它所在的区域逐渐发展进入进化平衡状态,该公司的适应程度就得到了提高。再有新来的入侵者,该公司在其威胁面前抵抗力就提高了。因此,每过一段时期,它的死亡率都会降低,直到进入进化平衡状态。最终,有些公司还可能成功地侵入其它公司的领域,这样,该公司就会空前强大起来。公司成熟后,其资本会越发雄厚,市场份额增加。一旦站稳脚跟,就不那么容易关门歇业了。
这种变动不已的经济体系,就像变动不已的生物圈。在后者,三叶虫曾统治了很长一段时期,后来被节肢动物取代,之后又有别的物种不断更替。寒武纪生物大爆炸自上而下产生了许多物种,和技术发展轨迹早期非常类似:一种创新出现之后,会出现许多变异形式,直到后来人们选择了少数几种主导设计样式,其他的趋于消亡。物种的这种永无休止的进化和共同进化的全景,反映在技术共同进化中,也许比DNA和变速箱具有更深层的规律,决定了生物和技术的进化。这些规律是关于复杂物体如何通过寻找的过程而构造的,是关于自催化物质创造小生境,导致创新并反过来改进它所创造的小生境的。生物进化及共同进化,和技术进化及共同进化是非常类似的过程,都和小生境创造以及组合优化有关。虽然决定生物和技术进化的细节很明显存在区别,它们的任务和最终的宏观特点可能极为相似。
生物体和技术,其进化和共同进化方式,可能非常相似。两种形式的进化,一是由“盲眼钟表匠”控制,一是由我们人类控制,可能最终是由同样的普遍规律所控制着。也许,规模大小不等的灭绝事件,正如熊彼特所宣称的“创造性破坏”,波及整个经济体系,且符合幂律分布。规模大小不等的灭绝事件波及整个生物圈。我们都是共同生存的,盲目地对我们共同参与的游戏和各自扮演的角色进行自我调整,直到进入自组织的临界状态。如果真是这样,那么普·巴克的发现就是一条了不起的规则。正如考夫曼所认为的那样,那是一种新的生命哲学,正踮着脚尖,站在数学的沙堆之上。
6
生物体、技术和组织都是在复杂的、变化着的适应性地形上进化和共同进化着。生物体、技术和组织如果本身是复杂的,都将面临互相冲突的因素的制约。不论是细胞,还是首席执行官,他们其实都是盲目地在不断变化的适应性地形上寻找高峰,向上攀登。在不断变化的适应性地形上寻找高峰,是生存的核心问题。
技术不断多元化的持久爆炸性增长,其前提可能是商品和服务要有必需的多样性。标准的宏观经济增长模型是单部门模型——生产消费的都是同一种产品。经济增长是通过生产和消费的产品增长量测算的。这种理论忽视了商品和服务品种的增长在经济增长中所起的作用。如果商品和服务品种的增长确实如一些事实所证明的那样,与经济增长是相关的,那么品种增长本身也可能和经济起飞有关:多样性可能会导致多样性,因此多样性会导致经济增长。长期的经济增长往往是由两个主要因素造成的:技术进步以及生产力和工人技能的提高,后者称作人力资本或技术资本。一般认为,技术进步是由研发投资引起的。人力资本的增长是由于在职培训方面的投资引起的。这种增长有利于个人利益。
技术学习曲线众所周知的特点意味着,主要的创新出现之后,会先有一段增长回报期。对技术的一定数额的投资,会极大地提高生产力。之后,随着增长速度呈指数下降,进一步投资得到的回报又会递减。这意味着,在早期阶段,回报不断增长,资本和信贷会流向这些新部门。如果是这样,重要的创新就会推动它们所创造的部门内资本的形成以及整体的增长。目前,生物科技领域所发生的正是这一情况。后来,随着学习曲线向上移动,市场也趋向饱和,在成熟的经济领域,成长会放缓。
但随着经济活动的变化,经济共同进化的地形也随之改变,新的一套“相邻”技术会出现并发展起来,在发生了变化的地形中向上攀登。比如,随着飞机设计和发动机马力的增加,定桨式推动器就不如新发明的变距螺旋桨更有用。就像在变化的地形上分化发展,新产生的物种一开始相比之下适应性低,新发明的变距螺旋桨开创了一个相对新的时代,让人们学习设计更好的变距螺旋桨。地形的变动会要求新的周边产品和技术的出现,其中的每一种都会带来新一轮的快速学习和快速增长,回报吸引资本和信贷推动该部门或领域的进一步增长。
在更大范围内,某个经济系统内的不断创新,其根源是由于该经济系统处于超临界状态。新的商品和服务创造出的地形,引出更多的新产品和创新。每一种都会促进增长,既是因为在学习曲线的早期会有一个回报增长阶段,也是由于新市场的出现。其中一些,的确可以看作是熊彼特所称的“创造性破坏”的因素,它们大规模地送走老技术,引来新技术。这种大规模的变化为回报的增加创造出巨大的空间,因为根据新技术发展曲线,在沿学习曲线上升的早期阶段,会有巨大的进展。因此,大规模的的变化会推动数额最大的资本形成和增长。其他的技术从出现到消失引不起什么影响。这些区别大约能部分的反映出新技术和新产品,在目前以及经过未来的进化,到底是处于网络的中心还是边缘。多样性可以带来多样性,推动复杂性的增加。

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享