7.3 抽水马桶:套套逻辑的原型[1]

为炮制更为精确的射击表,一战时期征召了一批人力计算实验室的数学家去阿伯丁试验场,而在这批被征召的数学家中,没有几个人像列兵诺伯特·维纳那样拥有远超水准的资质。这位前数学神童具有一种异端的天赋。

在古代人的眼里,天才应该是某种被赐予而不是被创造出来的东西。但是,世纪之交的美国,却是成功地颠覆传统智慧的地方。诺伯特·维纳的父亲列奥·维纳[2]到美洲来是为了创办一个素食主义者的团体。结果他却被另外一些非传统的难题弄得头疼,比如说对神的改良。1895年,身为哈佛大学的斯拉夫语教授的列奥·维纳决定:他的头生子要成为一个天才。是刻意制造的天才,不是天生的天才。

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因此,诺伯特·维纳肩负着很高的期望降生了。他3岁能读,18岁获得哈佛的博士学位。到了19岁,他开始跟随罗素[3]学习元数学。30岁的时候,他已经是麻省理工的数学教授和一个彻头彻尾的怪物了。身材矮小,体魄健壮,八字脚,留着山羊胡,还叼着一支雪茄,蹒跚而行,就像一只聪明的鸭子。他有一项传奇式的本领,就是在熟睡中学习。不止一个目击证人说过这样的事情:维纳在会议进行中睡着了,然后在什么人提到他的名字的时候突然醒来,并且对他在打盹的时候错过的那些交谈发表评论,还常常提出一些具有穿透力的见解把其他人弄得目瞪口呆。

1948年,他出版了一本为非专业人士写的有关机器学习的哲理和可行性的书。(因为各种间接的原因)这本书最初由一个法国出版社出版,而在最初6个月中,这本书在美国印了4版,在头十年中卖出了2.1万册——在当时是最畅销的书。它的成功,可以与同年发行的以性行为为研究主题的《金赛报告》[4]相提并论。《商业周刊》的记者于1949年写下如此的评论:「从某个方面来说,维纳的书和《金赛报告》类似:公众对它的反应和书本身的内容同样是意义重大的。」

尽管能够理解这本书的人不多,但是维纳那些发聋振聩的理念,还是进入了公众的头脑之中。原因就在于他为他的观点以及他的书起了那个奇妙的、富有色彩的名字:控制论[5]。正如很多作家指出的,控制论这个词来源于希腊文中的「舵手」——掌控船只的人。维纳在二战时期研究过伺服系统,被它那种能够给各种类型的转向装置提供辅助的神秘能力所震撼。不过,人们通常不会提及,在古希腊语中,这个词也被用来指国家的治理者。据柏拉图[6]说,苏格拉底[7]曾经说过,「舵手/治理者能够在重大的危险中拯救我们的灵魂,拯救我们的身体,拯救我们所拥有的物质财富。」这个说法,同时指向该词的两种不同的含义。所谓治理(对希腊人来说,指的是自我治理),就是通过对抗混乱而产生出秩序。同样的,人也需要掌控船只以避免沉没。而这个希腊词被拉丁语误用为kubernetes之后,就派生出了governor(治理者、调控者),瓦特就用它来标记他那个起控制作用的飞球调节器。

对于说法语的人来说,这个具管理意味的词还有更早的前身。维纳所不知道的是,他并不是第一个重新赋予这个词鲜活意义的现代科学家。在1830年左右,法国物理学家安培[8](安培,我们用来衡量电量的那个单位安培,以及简写「安」,就是随了他的名字)遵循法国大科学家的传统做法,为人类知识设计了一个精细的分类系统。其中,安培定义了一个分支学科叫做「理解科学」[9],而政治学是这个分支下面的一个子学科。在政治学中,在外交这个亚属的下面,安培列入了控制论学科,即关于治理的学说。

不过,维纳意念中的定义更为明确。他在那本书的标题中就显眼地表述了这个定义:《控制论:关于在动物和机器中控制和通讯的科学》[10]。随着维纳关于控制论的概略想法逐渐为后来的计算机具体化,又由后来的理论家加以补充丰富,控制论渐渐地具有了安培所说的治理的意味,不过除去了政治的意味。

维纳的书所产生的效果,就是使反馈的观念几乎渗透了技术文化的各个方面。尽管在某些特殊情况下,这个核心观念不仅老旧而且平常,但维纳给它安上了腿脚,把它公理化:逼真的自我控制不过是一项简单的技术活儿。当反馈控制的观念跟电子电路的灵活性完美组合之后,它们就结合成一件任何人都可以使用的工具。就在《控制论》出版的一两年间,电子控制电路就掀起了工业领域的一次革命。

在商品生产中使用自动控制所产生的雪崩效应,并不都是那么明显。在车间,自动控制不负期望,具有如前面所提及的驯服高能源的能力。同时,生产的总体速度,也因为自动控制天生的连续性得到了提高。不过,相比起自我控制回路所产生的出人意料的奇迹,即它们从粗中选精的能力,这些都是相对次要的了。

为了说明如何通过基本的回路从不精确的部件中产生出精确性,我沿用了法国作家皮埃尔·拉蒂尔[11]1956年的著作《用机器进行思考》[12]中提出的示例。在1948年以前,钢铁行业中的一代又一代技术人员想要生产出厚度统一的薄板,却都失败了。他们发现,影响轧钢机轧出的钢板厚度的因素不下六七个——比如轧辊的速度、钢铁的温度以及对钢板的牵引力。他们花费了很多年的时间不遗余力地一项项调整,然后又花了更多的时间进行同步协调,却没有任何效果。控制住一个因素会不经意地影响到其他因素。减慢速度会升高温度;降低温度会增加拉力;增加拉力又降低了速度,等等,等等。所有的因素都在相互影响。整个控制进程处在一个相互依赖的网络的包围之中。因此当轧出的钢板太厚或者太薄的时候,要想在6个相互关联的疑犯中追查到那个祸首,简直就是在耗费力气。在维纳那本《控制论》提出他那睿智的通用化思想之前,问题就卡在那儿了。而书出版之后,全世界的工程师就立刻把握住了其中的关键思想,其后的一两年里,他们纷纷在各自的工厂里安装了电子反馈设施。

实施过程中,以一个厚薄规测量新轧出的金属板的厚度(输出),然后把这个信号传送回控制拉力变量的伺服电动机上,这信号在钢材进入轧辊之前,一直维持它对钢材的影响。凭着这样一个简单的单回路,就理顺了整个过程。因为所有的因素都是相互关联的,所以只要你控制住其中一个对产品的厚度直接起作用的因素,那么你就等于间接地控制住了所有的因素。不管出现偏差的倾向来自不平整的金属原料、磨损的轧辊,或是不当的高温,其影响都不太重要。重要的是这个自动回路要进行调节,使最后一个变量弥补其它变量。如果有足够的余地(确实有)调节拉力,来弥补过厚或热处理不当的金属原材料以及因为轧辊混入了铁屑而导致的偏差,那么最终出来的将会是厚度均匀的钢板。尽管每个因素都会干扰其他因素,但由于这种回路具有连续性和几乎瞬间响应的特性,因此仍然可以把这些因素间的那个深不可测的关系网络引向一个稳定的目标,即稳定的厚度。

工程师们发现的这个控制论原理是个一般性的原理:如果所有的变量都是紧密相关的,而且如果你真正能够最大限度地控制其中的一个变量,那么你就可以间接地控制其它所有变量。这个原理的依据是系统的整体性。正如拉蒂尔所写的,「调节器关注的不是原因;它的工作是侦测波动并修正它。误差可能来自某种因素,其影响迄今仍然无从知晓,又可能来自某种业已存在,而从来没有受到过怀疑的因素。」系统怎样、何时达成一致性,超出了人类知识范围,更重要的是,也没有知道的必要。

拉蒂尔说,颇具讽刺意味的是,这一突破性进展——这个反馈回路——从技术上说其实颇为简单,而且「如果以一种更为开放的心态去处理的话,它本可以提前15年或者20年就被引进来……」。而更局讽刺意味的是,其实采纳这种观念的开放的心态,20年前就已在经济学圈子里建立起来了。弗里德里克·哈耶克[13]以及具有影响力的奥地利经济学学院派已经剖析过那种在复杂网络中追踪反馈路径的企图,结果认为这种努力属于徒劳。他们的论证当时被称为「计算论证」[14]。在一种指令性经济体制中,比如当时还处在胚胎状态的由列宁在俄罗斯建立起来的那种自上而下的经济体制,是通过计算、权衡和沟通管道的控制来分配资源的。而对一个经济体中的分布节点间的多重反馈因素进行计算,哪怕是控制不那么强的计算,和工程师在钢铁厂中追踪那些狡猾的、相互关联的因素一样,是不可能成功的。在一个摇摆不定的经济体中,要想对资源分配进行计算是不可能的。相反,哈耶克和其他的奥地利学派的经济学家在二十世纪二十年代论证说,一个单一的变量——价格——可以用来对其它所有资源分配变量进行调节。按照这种学说,人们就不用在意到底每个人需要多少块香皂,也不用在意是不是应该为了房子或者书本去砍伐树木。这些计算是并行的,是在行进中进行的,是由下而上、脱离了人的控制,由相互联结的网络自主自发的。秩序会自发形成。

这种自动控制(或者人类控制缺失)的结果,就是工程师们始终绷紧的神经终于可以放松下来,不再操心原材料的规格统一、工序的完美调节。于是他们可以使用不完美的原料和不精准的工序开工了。让自动化流程所具有的自我修正的特性去进行最优化、从而只放行高质量的产品吧。或者,投入品质划一的原料,将反馈回路设置到一个更高的质量水准,给下一道工序提供精度更高的精品。同一理念也可以上溯运用到原材料供应商那里,他们也可以使用类似的自动回路来挑选更高品质的产品。如果这一理念贯通了整个产业链的上下游,那么自动化的自我就会在一夜之间变成一部品质管理机器,而原来总是操持要提高精度的人类就可以不费吹灰之力地从物质中获得了。

以利·惠特尼[15]的可互换的标准件以及福特的流水线理念的引入,已经让生产方式发生了根本性的变化。但是,这些改进需要大规模地更新设备、投入资金,而且也不是处处都适用。另一方面,家用的自动电路——这种价格便宜得可疑的辅助设施——却能够被移植到几乎所有业有专属的机器上。就好象一只丑小鸭,经过印制,一下就变成了优雅的鹅,而且还下金蛋。

不过,不是每一种自动电路都能产生比尔·鲍尔斯的炮管所拥有的铁定会产生的即时性。在一个串接的回路串中,每增加一个回路,都加大了一种可能:即在这个变得更大的回路中漫游的信号,当回到它的起点的时候却发现事情早在它还在回路中游荡的时候就已经发生了根本性的改变。特别是那些环境快速变动中的大型网络,遍历整个线路所需的那几分之一秒,都可能要大于环境发生变化所需要的时间。而作为回应,最后一个节点倾向于发出更大的修正作为补偿。可是,这样一种补偿性的指令,同样会因为所需穿越的节点太多而被延迟,于是它抵达时也错过了移动标记,就又产生了一个无缘无故的修正。这就跟新手开车总是开出之字形道理一样,因为每次对方向的修正,总是会矫枉过正,超过上一次的过度反应。这种情况会一直延续下去,直到新手学会收紧整个反馈回路,让它作出更小、更快的反应,否则他一定会不由自主地(徒劳地)在高速路上改变方向寻找中线。这也是简单的自动线路为什么会消亡的原因。它往往会进入「大摆」或者「频跳」的状态,也就是说,神经质地从一个过度反应摆荡到下一个过度反应,努力寻求安稳。对付这种过度补偿的倾向,办法有一千种,每个办法都有上千种已经发明出来的更先进的电路实现。在过去的四十年间,有控制理论学位的工程师们写了装满一个书架又一个书架的论文来交流刚刚发现的震荡反馈问题的最新解决方案。幸运的是,反馈回路是可以被整合进入有用的配置之中的。

让我们以抽水马桶这个控制装置原型机为例。给它安上一个把手,我们就可以调节水箱中水线的高度。而水箱中的自我调节机制会随之把水调节到我们所设定的高度。向下扳,自我调节机制就会保持在一个满意的低水平,往上扳,它就会放水进来达到一个高水位。(现代的抽水马桶上还真有这种把手。)现在让我们走得更远一点,再加上一个自我调节的回路来扳动把手。这样一来,我们就可以连这一部分的活都放手不做了。这第二个回路的工作,是为第一个回路寻找目标。这么说吧,第二个机制在感受到进水管的水压,就会移动把手,如果水压高,就给水箱定一个高水位,如果水压低,就给它定一个低水位。

第二个回路控制着第一个回路的波动范围,而第一个回路则控制着水。从抽象的意义上来说,第二个回路给出的是一种二级控制:对控制的控制,或者说,元控制。而有了这个元控制,我们这个新出炉的二级马桶的行为方式就是「有目的的」。它可以依据目标的变化进行调整。尽管为第一个线路进行目标设定的第二线路也同样是机械的东西,但整个机制本身确实在选择自己的目标的事实,使这个元回路获得了某种生物的感觉。

就是这么简单的一个反馈回路,却可以在一种无穷无尽的整合过程中缝合在一起、永远共同地工作下去,直到形成一个由各种具有最不可思议的复杂性和错综复杂的子目标构成的塔。这些回路塔会不断地给我们带来诧异,因为,沿着它们流转的信号,会无可避免地相互交叉自己的路径。A引发B, B引发C, C又引发A。以一种直白的悖论形式来说:A既是原因,又是结果。控制论专家海因茨·冯·福斯特把这种难以捉摸的循环称为「循环因果」[16]。早期人工智能权威沃伦·麦克洛克[17]把它称为「非传递性优先」[18],意思是说,优先级的排序上会像小孩子玩的石头—剪刀—布那样无休止地以一种自我参照的方式自我交叉:布能包石头,石头能崩坏剪刀、剪刀能裁剪布,循环不已。而黑客们则把这种情况称之为递归循环。不管这个谜一样的东西到底叫做什么,它都给了传承3000年的逻辑哲学以猛然一击。它动摇了传统的一切。如果有什么东西既是因又是果的话,那么所谓的理性,岂非对任何人来说都是唾手可得之物?

套套逻辑(tautology):又作重言式,或同义反复。意指不管条件真假与否,始终为真的命题。例如,「要么所有的乌鸦都是黑的,要么不都是黑的」。再譬如,「四脚动物有四只脚」。

利奥·维纳(Leo Wiener):俄裔犹太人,语言学家,哈佛大学教授。诺伯特·维纳之父。

伯特兰·罗素(Bertrand Russell, 1872~1970):二十世纪最有影响力的哲学家、数学家和逻辑学家之一,同时也是活跃的政治活动家。

《金赛报告》:The Kinsey Report

控制论(cybernetics):诺伯特·维纳在其所著的《控制论:关于在动物和机器中控制和通讯的科学》中创造了这个新词来命名当时的新学科。

柏拉图(Plato,公元前427~前347):古希腊哲学家,其哲学思想对西方唯心主义哲学的发展影响很大。

苏格拉底(Socrates,公元前469~前399):古希腊哲学家,认为哲学在于认识自我,美德即知识;提出探求真理的辩证法。本人无著作,其学说仅见于他的学生柏拉图和色诺芬的著作。

安培(Ampere, 1775~1836):法国物理学家,电动力学奠基人之一,制定安培定律,首创电磁学理论。

理解科学:Noologcial Science

《控制论:关于在动物和机器中控制和通讯的科学》:Cybernetics: or the Control and Communication in the Animal and the Machine

皮埃尔·拉蒂尔(Pierre de Latil):法国作家。

《用机器进行思考》:Thinking by Machine

弗里德里克·哈耶克(Frederick Hayek):奥地利经济学家。

计算论证:calculation argument

以利·惠特尼(Eli Whitney, 1765~1825):美国机械工程工程师、发明家,发明轧花机,设计并生产装配步枪用的互换零件,对工业生产有很大影响。

循环因果:circular causality。

沃伦·麦克洛克(Warren McCulloch, 1898.11.16~1969.09.24):美国神经生理学家和控制论专家。

非传递性优先(intransitive preference):所谓传递性,就是说如果A和B有关系R, B和C有关系R,那么A和C也就关系R,「大于」就是一个有传递性的关系:如果A大于B,而B又大于C,那么A大于C——「大于」这个关系经由B传递到C。现在的情况是A引发B, B引发C,所以如果传递的话,那么应该是A引发C,但现在是C引发A,所以说不传递。