人工自然的进化及其代价，本文主要内容关键词为：代价论文,自然论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
由运动形式及人工自然物彼此间的关系提出人工自然进化的两条规律，进后由此得出人工度概念。人工度包括在人工自然生成过程中人的因素介入的程度，以及由这些因素的介入而使人工自然物似人的程度。人工自然的进化，也就是人工度增加或人化的过程。自然界为人工自然的进化付出了代价，亦即在系统进化之时环境的退化，从而造成了种种危机。其实质是退化与进化并未耦合，因而解决危机的关键就是使二者形成耦合的关系。
1 人工自然进化的规律
大致可以从人工自然进化与自然界物质层次和运动形式的关系，以及人工自然物彼此间的关系这两方面讨论人工自然进化的规律。
目前已知，自然界中物质的运动形式有六种，即基本物理运动（包括机械运动、热、电磁运动）、宏观物理运动、微观物理运动、化学运动、生命运动，以及意识。它们的关系大致构成了由简单运动到复杂运动的序列。人工自然的进化与此密切相关。
远古时期，古人进行动植物的栽培、驯养和杂交，人工自然就是他们所得到的动植物。换言之，远古时期的人工自然是原始的“生物制品”。到古埃及与古代中国，开始有了炼金术和炼丹术，生产贵金属如金、银和珍珠等的赝品，以及长生不老的灵药，后来又发明了火药和造纸。这种情况一直延续到中世纪末和文艺复兴时期。在这数千年间，人工自然除了上述生物制品外，主要是化学制品。当然，自远古起就有一些简单的机械工具如杠杆、螺旋、斜面、车轮等。到了古代及中世纪，这些机械制品有所发展，其代表是钟表、水车和风车，有些已达到相当复杂的程度，此外还发明了指南针，但相对于近代的机械而言，这些都微不足道。因而，自远古到中世纪，人工自然主要是动植物等生物制品和一些化工品。
随着机械技术的发展，机械制品日益复杂，数量越来越多，在人们生活中的作用也愈益上升。尤其到第一次工业革命前夕，纺纱机、织布机等成为工业革命的导火索。第一次工业革命后，出现了蒸汽机等各种热机，第二次工业革命中电机又登上舞台。由于有了动力的支撑，机械、热机和电机取代生物制品，成为人工自然中的主要部分，它们相当于简单物理运动。从18到19世纪，无机化工产品如酸、碱和有机化工产品如染料、药物、炸药等逐一问世。本世纪以来，一方面机械产品和热机、电器继续发展，另一方面化工产品如各种“人造”纤维、食品等，以及新型材料相继上市，在人工自然中占据越来越重要的地位。五十年代逐步进入“分子设计”阶段后，化工产品又有了进一步发展。自50年代初生物学革命后，生命科学获得很大进步。目前，由生物工程生产的生物制品——从计算机硬件到药物，从食品到新的物种——正在逐步从实验室走进工厂，从工厂进入市场，成为人工自然中新的组成部分。随着生物技术的发展，生物制品将成为人工自然的主流。
在这一简略的回顾中，可以看到人工自然的进化大致由生物制品、化工产品到机械、热机，电机，然后再经由化工产品到生物制品。这是一条由复杂运动形式到简单运动形式，再由简单运动形式到复杂运动形式的发展路线。其中17世纪后在整个近代成为主流的机械是转折点。
转折点前后的人工自然的发展有以下特点。首先，在转折点前，无论在认识上还是实践上，人工自然的运动方式并未以相对简单的运动形式为基础。如生物杂交的产物，丹药等，前者与化学运动，物理基本运动全然无关；后者也不以物理基本运动为基础。而在转折点后，人工自然由简单运动形式向复杂运动形式发展的过程中，每前进一步都以先前的成果，也就是把以相对简单的运动形式为依据的人工自然作为自身的基础。如在化工生产中用到了热机和各种机械设备，现代的生物制品则可以说以人类以往生产的全部人工自然为基础。其次，在转折前的人工自然中，人的参与微不足道；人工自然物与自然（以及处于自然状态的人）之间只是原始的一致。在转折后，人的因素从各个方面介入到人工自然的生成过程中；同时，人工自然物正在向人的方向迈进。
人工自然的这一进化规律正与人类认识自然的历程也就是科学史相一致。人类对自然的认识也经历了由原始的综合到最简单的机械，在转折之后再由机械运动到复杂的生命运动的过程。同样，在转折前，原始的综合并无对细节的分析为基础，而在转折后，认识的每一步前进都是基于对相对简单的运动形式的理解。在科学史中，转折是对原始综合的否定；在人工自然的发展中，转折是对栽培驯养的动植物或丹药之类与自然物（包括人）原始同一的否定。在科学史中，转折后的发展是在了解了细节后对对象整体的把握，或者说在思维中重建对象。在人工自然的发展中，转折后所得到的人工自然物是按人的意图在实践上重建对象。
人工自然进化的第二条规律体现于人工自然物彼此的组合关系上。各种人工自然物的组合及组合形式的发展有以下两个特征。其一是工作机、动力机与控制机三者的关系。自远古直至第一次工业革命前夕，人工自然物中并无动力机，更无控制机，只有工作机。工作机一般较为简单，由为数不多的部件组合而成，如纺纱机、织布机等。它们需要直接来自自然的动力，如人、畜、风、水等，也需要由人来操纵、控制。
第一与第二次工业革命的核心便是解决动力机问题，蒸汽机、电机相继诞生，动力机与工作机的结合是两次工业革命的丰硕成果。从此，各种交通工具往来于世界各地，各种机器轰鸣、运转于世界各地的厂房中。另外值得注意的是，在这一时期开始出现一些简单的控制装置，如瓦特在蒸汽机中所加的行星式控制气流装置。19世纪电磁效应的应用使控制器有所发展。但整体而言，整个近代，人工自然进化的主要成就是在工作机的基础上出现了动力机，并将二者结合起来。
20世纪，尤其在控制论和信息论等科学理论提出后，人工自然又出现了新的类型，那就是以微电子技术、计算机、通信技术为核心的控制器，此后的发展可以分为两个部分及两个阶段。两个部分是：控制器自身的发展，如集成度提高、功能增加，硬件则发展到分子、生物元件；以及控制器与工作机、动力机的结合。控制器通过各种载体媒介，以信息把工作机和动力机的各个部分及其运行组织起来，形成统一的整体。两个阶段是，直至前不久，控制的机制主要是负反馈，控制器执行的功能是面对环境影响和内部扰动保持系统内环境稳定。旨在稳定的控制因是预先设定的，所以既排除系统进化的可能，也不利于主体的进一步参与。在当前正在逐步形成的第二阶段中，新的控制器具有自己学习的能力。因而由这样的控制—学习器与工作机、动力机组合而成的人工自然物不仅能保持自身稳定，而且具有进化的可能。新的控制—学习器同时也允许在相当范围内改变程序，因而允许主体的介入。人工自然由工作机经工作机加动力机到上述三机组合的发展过程，是人工自然物彼此组合关系发展的第一个特征。
这一特征还可以从相关的另一角度即材料、能量、信息这三者的关系加以讨论。在古代，人工自然的发展以材料的变化为标志，由远古时代的石器经铜、铁，到近代后期开始使用的钢。自18世纪后，能源的发展成为人工自然进化的主要部分。19世纪末，处理并传递信息的人工自然物出现，并在20世纪中叶至今成为人工自然进化的主流。新人工自然物的出现以原有的人工自然为基础，并对其提出更高的要求，如在材料上，由无机材料经有机材料到生物材料（顺便指出，这一点与前述人工自然在运动形式上的进化规律相一致），能源则在功率、时效，可再生与可移动等方面不断创新。
人工自然物彼此组合关系的发展还可以从个性化与标准化或普适化的角度进行考察。最初的人工自然出自个人，他们各自属于不同的文化，创造物富于个性。这种个性既体现于人工自然的实用功能上，也体现于适用于使用者本人的心理、生理要求和审美情趣等方面。此外，水平低下的工艺和自然环境的制约使得人们制造不出标准的器件，同时，自然经济下的人工自然物归自己使用，不必要制造标准器件，这是人工自然物个性化的外部条件。在工业时代，每个工人只完成人工自然物制造过程中的一道或数道工序，从主观上和客观上都不可能将其特定的价值观念，审美情趣、伦理规范等灌输其中。于是人工自然物变得缺乏个性，彼此雷同，以致标准化，可替代（实际上生产者本人也是如此）。工业化时期发达的技术水平为此提供了可能，而以卖方市场为主的近代市场经济则要求大批量生产同样规格的商品。福特说，不管顾客有什么需要，我的汽车就是黑的。这句话典型地说明了这种情况。在标准化浪潮淹没个性之时，包豪斯学校要求设计的个性表明了主体（设计者）的要求，现代市场中买方市场的形成表明了用户的要求，而新技术革命中涌现的新工艺、新技术（如柔性化生产、CIMS等）则为人工自然物的再度个性化提供了可能。现代人工自然的个性化不同于古代，不是因自然条件和制作能力而（不得不）个性化，而是克服了这些障碍后的个性化；不是在自然经济下仅仅为了自己使用，而是在发达的市场经济下，在各具个性的商品间进行交换。由上可见，人工自然物彼此间组合关系由个性化经标准化再到新的个性化的发展过程。
人工自然物彼此间关系发展的这一特征同样可由另一角度进一步论证。古代的人工自然各具个性，但世界各地的人工自然物互不相关。它们的关系是一种彼此没有联系的“杂多”。工业革命，尤其是第二次工业革命后，输电线把能源送到各地，各种运输工具把商品送到用户手中，人工自然物间开始有了联系。但如前述，它们都是标准化的，因而这种联系只是简单的量的相加，是线性相互作用，或者说是一种内部无差别的“一”。进入20世纪，特别是新技术革命以来，一方面是人工自然物的个性化，另一方面，随着微机作为终端进入单位、部门、家庭个人手中，随着信息高速公路将它们联结起来，世界各地各具个性的人工自然物将联成一个整体，彼此间是一种非线性的系统相关性。这就是内部有差别的一，是前面两个阶段的统一。由各具个性而互不相干，经相关而无个性，到既相关又具个性，这就是人工自然物彼此关系发展的第二个特征。
2 人工自然的人化
人工自然发展的两条规律从本质上说就是人工自然的“人化”，换言之，人工自然的发展过程说到底也就是人化的过程。
人类是自然界亿万年演化的结果，是自然演化的顶峰。在人类身上，积淀着自然界物质由低层次向高层次，由低级、简单的运动形式向高级、复杂的运动形式演化的全部历程。前面分析了近代之后，人工自然由机械、热、电磁等基本物理运动，经化学运动向生命运动进化的过程。由此看来，人工自然的进化过程从总体上再现了人类由自然界逐步生成的过程。值得注意的是，这里不是简单地再现。在人工自然的进化中越来越多地贯注了人的意志，人的思想，人的需要和目的，由此使人工自然朝着有利于人的方向发展。质言之，进化即人化。这就是对人工自然进化的第一条规律的认识。
人工自然发展的第二条规律同样体现了人化的过程。人，可以视为工作机、动力机，以及控制—学习机的复合。人工自然由工作机经工作机加动力机，到工作机，动力机和控制—学习机三者的复合这一发展过程，也就是向人的生成过程，因而也就是人化的过程。再者，近代以来，人工自然物由标准化而排斥个性乃至人性，到现代复又强调人性与个性，同样体现了人工自然的人化过程。在上述意义上，我们可以在更广泛的含义上把人工自然的进化定义为按人的目的向人的方向发展的过程。
值得注意的是，与人类生成的自然史相比较而言，人工自然的人化过程出现了若干新的特点。首先，人工自然趋于形成的“人”，其工作机更能干，能源机更强大，控制—学习机也正在变得越来越聪明。其次，全世界的人工自然物正在趋于联网而形成一个整体，或者说，形成一个全球范围的“人工人”。第三，人工自然人化的速度大大超过人自然生成的速度，而且这种速度正在变得越来越快。此处先要廓清“速度”的含义。由人工自然的进化即人化这一观点出发，我们提出人工度这一概念。人工度从根本上说，就是人化的程度，包括在人工自然物生成过程中，人的因素——知识、价值观、审美观、伦理、意志、情感等介入的程度，以及因这些因素的介入而使人工自然物似人的程度。由人工度概念便可阐释速度的含义。人工自然几十万年的历程几乎已经走完了大自然百亿年的历史。尤为重要的是，人工自然正在加速人化。在遥远的过去，人工自然的人化是相当缓慢的，在几万、几千年内变化甚少。随意翻开一本历史教科书，对比石器时代、铜器、铁器时代的长短即可得到说明。近代以来，人工自然由基本物理运动到化学运动大约是4个世纪（16世纪到20世纪），20世纪尚未翻过最后一页，以生命运动为特征的人工自然已初露端倪。以这样的加速发展趋势可以预计，到下一世纪中叶或下半叶，人工自然将攀上意识运动的高峰。与此同时，人的因素也越来越全面、深入，以及加速地介入于人工自然物的生成过程中。近代数百年，人工自然物中除了知识外少有甚至排斥人的因素，例如认为房屋是住人的机器。近几十年来，由于技术的发展和人自身的完善，人工自然中已更多地注入了人的因素。人工自然的加速进化还在于人工自然物的品种增长的速度越来越快。以普里戈津耗散结构理论的分岔图观之，就是分岔点间距离越来越短，同时每个分岔点上的分岔越来越多，似乎是以浓缩的方式再现了生物进化的树状结构。这一点也再次表明人工自然的进化就是人化。
必须指出，由人工自然的人化过程与人的自然生成过程的对比也可发现二者间另一个重要的不同之点。人的自然生成是自然界全部演化过程中的一个环节，是一个自组织过程；而人工自然的人化则需要人的参与，是一个“他组织过程”，或许正因为此，人工自然的人化才造成许多副作用乃至危机。以下将对此作详细分析。
3 人工自然进化的代价
所谓人工自然进化的代价，就是由此在人类与自然界造成的退化。按上文在广泛的意义上对人工自然进化所下的定义，我们认为退化就是背离人的目的，向着非人的方向变化的过程。根据普里戈津的耗散结构理论，系统的进化必然要从环境中吸取负熵。换言之，系统的进化以环境的退化为代价。因而就人工自然而言，退化是指人工自然的环境。按人工自然环境的不同，可以把退化分为两种类型，分别为在人工自然进化时作为环境的自然及人所发生的退化。限于篇幅，本文仅讨论前者。
在人工自然进化过程中，自然界的退化可以从以下方面分析。首先是资源的枯竭。这里有两种情况，其一是能源，其二是除能源外的其他资源，主要用于制造各种材料。回顾人工自然的进化过程，材料由石块、铜、铁等无机物，到煤、油等有机矿物，及至近年来，细菌等也开始作为资源；在有机资源得到开发时，无机资源如硅等的开发继续深入，在生物资源登上舞台时，对无机资源和有机资源的进一步开发并未停步。简言之，这一类资源的开发不断向深度和广度发展，实际上并不存在严重的或迫在眉睫的匮乏。不仅如此，在每推出一种新材料之时，就会在相当程度上缓解对原有材料的需要，从而降低了相应资源的消耗。因而，目前所谈及的资源危机主要涉及的是能源。①
尽管随着科技的发展，人类对能源的开发同样在深度和广度上有了长足进步，然而人类对这部分资源的消耗却与用作材料的资源的消耗有着本质区别。用作材料的资源是按人的意愿被加工成特定材料的，其物质结构或者并不变化，如石器，或者变得较为复杂有序，具有更多的内能，如由铁矿石炼铁、钢，由砂炼制单晶硅等，因而实质上是发生了进化或人化。而能源则相反，使用后即变得较为简单、无序，内能下降。将这两种资源的变化结合起来就可发现，正是能源的消耗方使用作材料的资源成其为材料，或者说成为人工自然。人工自然的进化以能源的退化为代价。人工自然从能源中吸取了负熵换来了自身的进化。由上可见，资源枯竭的关键是能源枯竭。
其次，人工自然的进化在自然界一方造成的代价还在于各种排放，既包括能源消耗后的废料如二氧化碳、废渣、有害气体，核电站的有放射性的核废料等，也包括人工自然进化中产生的副产品如造纸、制革时的排放，甚至包括人工自然物本身，如塑料制品（其中有些制品如快餐盒已被称作白色污染）等，此外还有噪声、电磁辐射等。所有这些排放物越来越多地推向自然，破坏了生态链，造成生态危机和环境危机。
纵览一部自然演化史，进化以退化的代价，但进化与退化二者互为依存，构成了一个个循环前后相继的演化图[1]。而人工自然的进化却酿成诸如资源危机、生态危机…。对比这两种情况可以得到两点有益的启示。其一，人类直至工业化前所消耗的主要是由太阳日常提供的能量（如风车、水车、畜力），工业化后，耗能急剧上升，主要集中于消耗地球形成以来在漫长岁月中所贮备的能量，如谋、石油等，虽然尚未耗尽，但各种预测表明情况不容乐观。固然太阳每时每刻仍在提供能量，但目前人类对太阳能利用的水平远不足于弥补消耗。既然作为环境的自然界的退化受到制约，作为系统的人工自然的进化也就难以为继。
其二，在自然演化过程中，退化到某一阶段所生成的物质正是进化的原料，因而进化得以不断持续和推进。在生态圈内，低等生物依次成为高等生物的食物，而高等生物的尸体又成为低等生物的食物或养份。简言之，退化不是孤立的事件，只是单纯地、简单地发生运动形式的降级；退化的产物与进化的原料相耦合，在每一个循环中，退化的终点就是进化的起点，从而构成超循环。于这样的意义下，退化并不是消极的、被动的破坏，而是积极的创造，不是孤立的事件，而是整个演化不可缺的组成部分[2]。
然而，在人工自然进化过程（尤其在工业化后）中所产生的大量排放，或者大大超过自然再生的能力，如消耗能源生成的二氧化碳，或者位于自然界原有的循环演化进程之外。这样的排放根本不是与进化耦合的退化，不能与进化共同组成完整的演化过程，因而实际上不是真正的退化，只是一种消极的被动的过程。不仅如此，这些排放的积累日渐破坏了自然界原有的演化链条。由上可见，在人工自然的进化中没有形成与之相耦合的退化过程，从而既制约了人工自然的继续进化，也破坏了自然界的演化，这就是生态危机与环境危机的实质。
随着危机的加深，代价之大必然制约人工自然的继续进化。根据以上对危机的分析，可以有以下解决方案。对于第一种危机，无非是开源节流。节流，就是节能，提高能量输送，转换和使用的效率，或者说以环境较少的负熵换取系统较多的进化。开源，则是进一步开发原有的能源如太阳能，以及寻找新的能源，如核能。核能的开发不只简单地开发一种新的能源，其实质是在沿着自然演化回溯的方向上寻找新能源、在历史上，人类由使用生物能（畜力）经化学能（煤、岩油）到核能，每回溯一步就开发了远超过前者的新能源。可以预料，受控核聚变一旦研制成功，将提供前所未有的充沛能源，而更深层次（如基本粒子）能源的开发则将提供几乎无限的能量。这一寻找新能源的过程，实质上就是为系统的继续进化寻找可提供负熵的新的环境。
相对于解决能源危机而言，生态和环境危机的消除则要困难得多，关键是要把人工自然进化产生的副产品纳入由进化与退化组成的演化进程之中。有两条途径，其一是改造人工自然进化的副产品，或使之直接进入自然界原有的进化链中；或者为这些副产品另外设计进化路线，由此形成新的副产品可以为自然界原有的进化链所吸收。或许要设计多条这样的路线才能使人工自然的进化及由此形成的退化纳入到自然演化的轨道中。其二是重新设计人工自然的生产过程，使副产品成为自然界演化过程中的一环。不仅要处理人工自然进化的副产品，而且新能源开发后的产品也必须经由这样的处理，如核电站的废料等。所谓可再生能源，也就是要形成由进化和退化构成的循环。因而在这个意义上，解决生态、环境危机比解决能源危机更具有根本性。在此我们愿意提出这样的口号：象创造进化一样创造退化。一旦人工自然的进化拥有了作为自身依据的退化（而不是破坏），二者共同构成人工自然完整的演化过程；一旦人工自然的演化过程既超越自然的演化过程又与之相衔接相协调，那么人工自然必然以更完善的方式和更快的步伐进化。