智能体：驱散21世纪科学乌云，引发新科学革命的突破口

人工智能学家 · 公众号 · AI · 2024-11-04 19:42

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作者：刘锋

本文是论文《From Observer to Agent: On the Unification of Physics and Intelligence Science》系列介绍文章的第二篇。该论文提出了万物智能演化理论，从智能科学的视角对万物理论（TOE）进行了探索。

导语：21世纪科学天空中漂浮两朵乌云，分别是广义相对论与量子力学的统一问题和智能与意识的基本原理问题，这两朵看起来距离很远，但存在两个特殊的角色将他们关联起来，那就是物理学中的观察者和智能科学的智能体，人们逐渐发现观察者就是智能体的一种，而智能体能够产生不同类型的观察者，种种迹象表明，智能体将成为驱散21科学天空乌云，引发新科学革命的关键。

20世纪处，英国物理学家开尔文勋爵（Lord Kelvin）提出了当时科学天空中飘浮的两朵“乌云”。分别是“迈克尔逊-莫雷实验的困惑”和“黑体辐射问题”。这些问题的存在促成了相对论和量子力学的诞生，引领了20世纪物理学的两大革命，彻底改变了人类对宇宙和物质的认知。

而21世纪科学天空中最醒目的的两朵乌云，分别是物理学中广义相对论与量子力学的统一问题，智能科学中关于智能和意识的基本原理问题，第一个问题阻碍了物理学的进一步发展，而第二个问题导致人工智能或智能科学一直没有成为一门成熟的学科。

毫无疑问，这两片乌云的驱散，毫无疑问会引发21世纪的重大科学革命。但突破点在哪里？

回首20世纪，迈克尔逊-莫雷实验的困惑”和“黑体辐射问题”的解决，相对论和量子力学的建立都与一个新的神秘角色有关，那就是观察者的引入。传统上，经典物理学隐含地假定观察者为全知的旁观者，如拉普拉斯妖的概念所示。这一概念假设，若观察者掌握宇宙的所有初始条件和物理定律，则可预知任何时刻的宇宙状态。

爱因斯坦的相对论首次明确了观察者的重要性，揭示了时间、空间和物质属性并非固定不变，而是相对的。根据相对论原理，观察者的运动状态影响其所测得的时间与空间，进而决定了物体的长度、时间间隔及质量，打破了绝对时空的观念。

量子力学则进一步强调了观察者的中心地位。在微观世界中，粒子如光子或电子的状态并非确定，而是描述为一种“叠加态”。只有在观测发生时，粒子的状态才从多种可能性中“塌缩”为一个确定值，这就是所谓的“观察者效应”。在量子力学中，观察行为本身影响了系统的状态，使观察者成为自然界中不可忽略的因素。这一发现颠覆了传统的客观现实观，为物理学带来了全新的认识。

观察者的角色是物理学最令人困惑的谜题之一。当我们观测一个量子系统时，量子态会从叠加状态"坍缩"到某个确定状态，这就是著名的"测量问题"。薛定谔的猫思想实验生动展示了这一悖论：在打开盒子观察之前，猫既是活的又是死的，处于叠加态；而一旦观察，叠加态立即坍缩。为什么观察行为会导致相对论效应，量子态坍缩？观察者的意识是否在这个过程中起到特殊作用？这些问题至今仍困扰着物理学家。

在物理学研究者为观察者的角色困惑的同时，从20世纪80年代，智能体悄悄地产生并逐步成为人工智能和智能科学的核心概念。"智能体"概念最早可以追溯到1950年代至1970年代。当时，计算机科学家们开始探索能够自主执行任务的程序系统。

1980年代，随着研究者逐渐认识到传统的集中式AI方法在复杂环境中的局限性，智能体的概念逐渐成为关注焦点。作为一种系统化的理论概念被提出时，智能体被定义为一种能够自主感知环境、作出决策并采取行动的计算单元。这种定义为现代人工智能技术，如机器人、自主系统和多智能体系统的研究奠定了基础。

进入21世纪，智能体开始在无人驾驶、金融决策、医疗诊断等领域发挥重要作用。复杂智能体通过分析环境、预测未来情况和实时调整行为，展示了前所未有的决策和学习能力，推动了人工智能的进一步发展。如今，智能体已经成为智能科学领域的核心概念，为人工智能各个分支领域提供了统一而灵活的理论框架。它不仅应用于技术和工程实践，还被用于模拟生物行为、研究群体智能，以及探索自我学习和自适应系统等基础理论研究。

观察者和智能体分别是物理学和智能科学发展过程中自然产生的关键概念，它们的出现并没有任何关联关系，但是当我们审视物理学的观察者时，可以发现无论在经典力学、相对论或量子力学中，观察者都具备感知、探测、记忆或理解的能力，可以对物理对象进行信息处理。由此很自然的可以得出观察者是智能体的推论和观点。

智能体到目前依然没有统一的定义，在人工智能中，智能体通常被描述为一个能够自主感知环境、作出决策并采取行动的系统；而在哲学和认知科学中，智能体则被认为可能具备一定的意识和主观性。此外，多智能体系统、机器学习、机器人等领域也各自发展了适应自身应用的智能体定义。2014年开始，从信息的处理角度，基于冯诺依曼架构，参考自然界的生物和人工智能系统的特征，作为一条基础公理，我们提出了标准智能体模型，提出任何一个智能体都是具备信息的输入，输出，存储，创造能力，以及对上述能力的使用进行控制的系统。

基于标准智能体模型，我们进一步推导出智能演化通用模型和智能宇宙演化模型，这三个模型也统称为“万物智能演化理论”，通过这三个模型，在智能科学方向，我们探索性的提出了智能和意识的基本原理，在物理学方向，我们发现观察者在智能水平上的不同设置，是导致经典力学，相对论和量子力学产生差异的根本原因，同时也探索性的提出物理学的研究对象，从微观粒子到宏观物体，再到拉普拉斯妖、麦克斯韦妖，“上帝”均可视为智能体的一种，而四大基本作用力也具有统一到推导形成的两种智能力的潜力。

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