Life, its origin, and its distribution: a perspective from the Conway-Kochen Theorem and the Free Energy Principle

生命、其起源及分布：從康威-科亨定理與自由能原理的視角

https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1080/19420889.2025.2466017?needAccess=true

摘要

我們認為，生命起源（OOL）問題不僅僅是一個化學問題，而且首先是一個認知科學問題。通過康威-科亨定理和自由能原理的視角來解讀，當代物理學將所有能夠持續存在的復雜動態系統都視為貝葉斯智能體。如果所有持續存在的系統在某種程度上——哪怕只是最小程度上——都具有認知能力，那么所有持續存在的系統是否在某種程度上都具有生命，或者生命系統僅僅是認知系統的一個子集？我們認為無法劃出一條明確的界限。從這一視角出發，我們重新審視了費米悖論和德雷克方程。我們得出結論，提升我們識別和與各種不同體現形式的多樣化智能進行交流的能力，無論其是否基于熟悉的生物化學，都將解決或使生命起源問題變得無關緊要。

關鍵詞 ：多樣化智能；德雷克方程；費米悖論；自由意志定理

1. 引言

生命起源（OOL）問題通常被認為是一個化學問題[1]：在合適的條件下，如何將正確的分子分隔化，從而啟動一個自催化過程，不僅維持正確的分子濃度，還能維持使能條件和必要的分隔化？許多觀點已被提出，通常集中在自催化或分隔化作為主要問題。人們普遍認為，在地球早期可能發生了多次生命起源事件，但只有最后的共同祖先（LUCA）這一譜系——所有已知生命的共同祖先——存活了下來[2–4]。人們也普遍認為，生命起源事件可能發生在其他地方，這促使人們通過各種方式尋找地外生命的證據。

導致LUCA及其譜系的生命起源事件在許多相關領域具有重要意義。首先，它代表了一個起源奇點，必須支撐起進化生物學的基石——生殖周期。其次，它有效地定義了“合成”生命，為合成生物學和生物工程學設定了邊界條件，這兩者都是旨在創造和研究生命可能的新形式[5]。第三，它是外星生物學的一個關鍵固定點，促使我們定義我們在地球之外的星球上尋找的是什么，以及構建不同的起源故事對復雜性和智能的進一步發展意味著什么。最重要的是，它對“生命”的定義產生了強烈影響：傳統的觀點認為生命是一個與非生命物質截然不同的類別，但這種觀點受到需要識別和解釋生命從非生命中突然出現的尖銳相變的挑戰。與此相關的是生命與心智的關系問題。無論我們為創造心智所需的最小動態制定什么理論，理解它們與生命起源的關系都是至關重要的。傳統觀點認為，認知是在生命的復雜性軸上擴展的某個時刻出現的，即認知生物是生命生物的一個子集[6]。

在這里，我們回顧一種關于生命起源問題的替代思維方式，這種思維方式受到康威-科亨（CK）定理[7,8]的啟發，這是物理學的一個結果，以及自由能原理（FEP），這一理論框架最初起源于神經科學[9,10]，并在過去十年中擴展為對一般物理系統的描述[11–16]。CK定理將所有物理系統描述為具有能動性的，具體表現為表現出即使在原則上也無法從局部因果影響中預測的行為。FEP將所有物理系統描述為推斷性的，具體表現為表現為貝葉斯滿意者的行為。CK定理和FEP共同提出了一個比生物學中的主流觀點（例如在[6]中所代表的）更廣泛的認知觀，并且可能會讓那些主張植物或微生物中存在基礎認知的人（例如在[17–21]中）感到驚訝。它們特別表明，所有復雜系統都是能動材料的組織，這些材料在多個尺度上執行貝葉斯滿意行為[22–24]。這反過來又表明，生命起源問題并非是一個化學問題，或者至少不僅僅是一個化學問題，而是一個認知科學問題：即表征一個系統被認為具有生命的認知水平或類型的問題。它引發了關于生命和認知是否共存的問題，正如許多人所爭論的那樣[25–28]，以及如果它們不是共存的，那么區分生命認知系統和非生命認知系統的具體屬性是什么。它表明，開發能夠識別和與具有多樣化體現形式的多樣化智能進行交流的方法——這些智能在多樣化的狀態空間中表現出行為[22,29–31]——將是全面解決生命起源問題的必要條件。

我們首先在第2節回顧CK定理，在第3節回顧FEP。然后，我們在第4節考慮生命是否與認知共存這一基本問題。我們討論了當宇宙中可用的材料被視為具有能動性時，幾乎在任意空間和時間尺度上可能出現的多樣化體現形式的驚人范圍。我們還考慮了這些系統在其“生命周期”中可能穿越的多樣化狀態空間，其中一些可能僅與我們熟悉的三維（3D）嵌入空間有最小耦合，而熟悉生物的外顯行為正是在這個空間中展開的。我們以一種可以應用于多樣化體現形式和多樣化狀態空間的方式來制定典型的生命標準，包括具有變異的繁殖和自創生代謝。然后，我們在第5節轉向恩里科·費米著名的“他們在哪里？”問題，并討論我們可能會期待多樣化認知系統——我們可能認為它們是“活著的”，也可能不認為——能夠運用的通信能力。

2. 康威-科亨定理作為對能動性的通用表征

2006年，約翰·康威（John Conway）和西蒙·科亨（Simon Kochen）發表了他們的“自由意志定理”，并于2009年發表了一個更一般化、因而也更強大的版本。康威-科亨（CK）定理涉及觀察者與某個感興趣系統之間的相互作用，這些相互作用符合狹義相對論（SR）和量子理論（QT）。前者要求系統與觀察者之間的相互作用是因果的，具體來說是系統之間 i）信息的傳遞只能向前傳遞時間，ii）且速度不超過光速；實際上，這兩個條件定義了狹義相對論中的“因果性”。圖1展示了一個滿足這些條件的相互作用。在描繪任一系統在時空軌跡的“世界線”上的每一點，這里為了簡化起見，垂直繪制以表示時間的流逝（而沒有空間中的相對運動），任一系統可能受到的過去因果影響都包含在該系統的“過去光錐”內，即從過去任意延伸到該系統的時空區域，從該區域發出的以不超過光速傳播的信號能夠到達該系統。如圖1所示，在時間t2，當系統接受觀察者的操作時，該系統的過去光錐完全包含了在時間t1觀察者開始對系統進行操作時的過去光錐。同樣，在時間t3，當觀察者從系統中接收到觀察結果時，觀察者的過去光錐完全包含了系統在時間t2的過去光錐。

CK定理在其最初形式中指出，在任何符合狹義相對論和量子理論的觀察情境中，如果觀察者在某個時間t1的行為不能完全由觀察者在該時間的過去光錐中的事件決定，那么被觀察系統在某個t2 > t1時對觀察者在t1的行為的響應，也不能完全由系統在t2的過去光錐中的事件決定。證明過程較為復雜，依賴于早期的科亨-斯佩克（Kochen-Specker）定理[32]，該定理表明符合量子理論的觀察表現出對上下文的非因果依賴性。然而，其背后的直覺是直截了當的：宇宙某部分的量子態的演化只能被理解為整個宇宙量子態演化的投影。局部信息，例如來自過去光錐的信息，永遠不足以完全指定一個量子態；這種局部信息的不足也構成了伍特爾斯-祖雷克（Wootters-Zurek）“不可克隆”定理[33]的基礎。在處于糾纏態的擴展空間系統中，這種情況尤為明顯，其中單個系統的空間分離部分在觀察者的實驗室參考系中似乎具有不同的過去光錐。局部信息對于量子態指定的不足性既適用于觀察者，也適用于被觀察的系統，這將原始定理的“如果—那么”表述替換為2009年版本的更強表述。

CK定理向我們展示了，在當前基礎物理學的背景下，所有系統表現出生命系統的一個典型特征：它們對局部因果行為的決定性存在抵抗，因此它們能夠以令人驚訝的方式行動。可以將這種行為歸結為“隨機性”或“隨機性”，從而從本質上以熱力學的術語來理解，但我們指出，這樣做已經為系統存在于能動性譜系中提供了最低要求——一定程度的自主性，隨后可以通過進化或工程過程將其擴展為更高級別的智能形式（具有更強的歷史性、元認知等）。在這里，我們跟隨惠勒（Wheeler）[34]、富克斯（Fuchs）[35]以及其他人的觀點，將CK定理，乃至量子理論本身，解釋為意味著所有系統都具有根本的能動性特征。我們在下一部分中將描述一種表述這種觀點的方式：如果兩個系統是可區分的——從形式上講，如果它們的聯合狀態沒有糾纏——它們對輸入執行計算以及因此賦予輸入語義的選擇是獨立的，因而也是“自由的”[36]。這種解釋的自由性是能動性的基礎，這是二階控制論[37–39]的一個關鍵觀點。

3. 自由能原理（FEP）作為對認知的通用表征

自由能原理（FEP）描述了那些可以從其嵌入的環境中區分開來的物理系統的行為，并為這些系統在一段時間內保持與環境的可區分性提供了必須滿足的條件。它可以被表述為一個顯然同義反復的主張：任何能夠從其環境中被區分出來的系統，必須以一種能夠維持其與環境可區分性的方式行事，這種可區分性既可以從外部觀察者的角度來理解，也可能從系統自身的角度來理解[11]。更技術性地講，任何這樣的系統都必須以一種能夠維持其狀態與環境狀態條件統計獨立性的方式行事。FEP將條件統計獨立性的維持描述為在系統與環境邊界處測量的變化自由能（VFE）的漸近最小化，并將VFE的最小化描述為貝葉斯滿意行為。直觀上，VFE是系統對其環境下一步將對它做什么的不確定性的度量；因此，VFE可以被解釋為環境對系統的壓力，而貝葉斯滿意行為可以被解釋為決定如何最好地緩解這種壓力。因此，FEP可以被視為提供了一種將經典動態系統[11–14]或量子理論[15,16]中的行為描述翻譯成認知科學（以及當涉及多個主體時，社會科學）語言的“詞典”。在接下來的內容中，我們將一致地使用“主體”（agent）一詞來指代符合康威-科亨定理和FEP的系統，認識到這種用法的范圍涵蓋了所有在一段時間內保持與環境可區分的物理系統，而這一范圍比其他一些用法的范圍要寬得多；關于一般性的綜述請參見[41]，關于生物學領域具體用法的綜述請參見[42]。

要理解FEP是如何工作的，假設U（代表“宇宙”）是一組足夠大的物理自由度集合，可以被視為孤立的，并考慮將U分解為一個系統S及其環境E（按定義，E就是除了S之外的一切）。請注意，在這里，FEP相關的狀態空間是U的狀態空間，它包含了U作為一個整體的所有可能狀態，而不僅僅是S的可能狀態。FEP描述了U的兩個組成部分S和E的行為，當且僅當它們的狀態——可以被視為U狀態的正交投影——彼此條件統計獨立時。S從E（反之亦然）的條件統計獨立性要求：i）S和E都是U足夠大的組成部分，即它們足夠大以至于擁有不會直接受到它們相互作用影響的“內部”或“本體”狀態；ii）相互作用足夠弱，即它們自由度之間的耦合足夠稀疏。經典物理和量子物理都提供了滿足這些條件的精確標準。經典動態系統可以分解為兩個條件統計獨立的組成部分，當且僅當它們之間可以定義一個馬爾可夫毯（MB）——一個“小”的狀態集合，所有相互作用都通過它進行——請參見[11]中在經典場景下的定義。量子系統可以分解為兩個條件統計獨立的組成部分，當且僅當聯合態可以分解為各個組成部分的狀態，即在狄拉克符號中，。如果這個條件不成立，S和E就被定義為糾纏的。如果這個條件成立，就可以定義一個全息屏，所有相互作用都通過它進行[36]；在量子描述中，全息屏扮演了與經典描述中馬爾可夫毯相同的角色。

4. 生命 = 認知，還是生命 ? 認知？

通過將基礎物理學用適用于所有時間持久系統的能動性語言重新表述，康威-科亨（CK）定理和自由能原理（FEP）抹去了認知系統與“純粹物理”之間的任何“明確界限”，同時為動態復雜性和認知復雜性之間提供了一種自然的關聯。相對簡單的、直觀上“愚蠢”的系統（如電子或巖石）具有微不足道的認知能力，而復雜的多組分系統（如大分子、生物化學途徑或細胞）則具有顯著的認知能力，表現出諸如糾錯、學習和記憶等特征[22]，更復雜的系統（如章魚、人類或生態系統）則具有更強的認知能力；在所有情況下，這種認知的種類和程度都必須通過實驗來確定[51]。實際上，在沒有進一步限制性假設的情況下，CK定理和FEP與哲學家（如加倫·斯特勞森[52]或菲利普·戈夫[53]）提出的激進泛心論是一致的；關于跨文化的歷史綜述請參見[54]，關于具體討論請參見[22,50]。然而，由于CK定理和FEP本身并非意識理論，它們也絕不強求意識的存在（Fields, Albarracin, Friston, Kiefer, Ramstead, 和 Safron，正在審稿中）。

抹去“純粹物理”與認知之間的界限，立即引發了關于生命歸屬的問題。如果這樣做將“生命系統”的含義擴展到包括所有能夠隨時間持續存在的事物，那么我們是否有理由將生命與認知等同起來，正如馬圖拉納和瓦雷拉[25]或帕蒂[26]所爭論的那樣？通常被引用的功能（如復制、代謝或分隔化）對“生命”的定義有多重要[55]？有機化學有多重要——它是復雜系統的唯一來源，還是其他化學也能自主地產生復雜系統？鑒于我們只有一個LUCA譜系的例子，是否值得嘗試對生命進行一般性定義[56]？在提出這些問題時，考慮術語的使用是有價值的。通常認為，將認知術語應用于非傳統基質（生物化學途徑、細胞、器官、“機器”等）充其量是無用的文字游戲，最壞的情況是屬于分類錯誤。我們主張一種工具主義立場，在這種立場下，本體論范疇并非不可侵犯的哲學既定事實，而是必須隨著科學的進步而更新，術語的效用程度來自于它們所促成或抑制的互動協議。例如，一個系統大致處于能動性譜系中的位置X這一說法，通過使用認知和行為科學的工具對該系統進行研究而獲得的經驗性益處的程度來體現。我們在其他地方[57–61]已經討論了許多這樣的例子，這些例子展示了如何通過消除邊界來促進新的研究計劃，并導致生物醫學和生物工程等領域的新實踐能力和發現。因此，認知極為廣泛的這一觀點并沒有貶低這一概念，而是建議在新的系統中對已被證明對理解傳統具身心智有用的工具和概念進行實驗性測試。

自由能原理（FEP）最初是作為一種生命系統的理論而提出的，它從其最小的物理假設中推導出許多生命特征。例如，所有可分離的系統都必須被分隔化，盡管如上所述，它們可能在我們熟悉的三維嵌入空間之外的空間中被分隔化。基因調控網絡在分子濃度的狀態空間中被分隔化，而計算機程序的執行軌跡在有限數據結構的可能編碼的狀態空間中被分隔化。如上所述，FEP通常再現了生命系統對低環境誘導壓力的偏好。FEP通常再現了巴特利特和王[55]提出的定義生命（或用他們的術語，“lyfe”）的四個“支柱”中的三個：耗散、穩態和學習，盡管有些系統僅在某種最小復雜性極限下才表現出這些功能。第四個支柱，自催化復制，并非由FEP要求；然而，任何與環境相互作用的持久、有界系統，根據其構造，必然是自催化的。特別是，一個既是有界的又是持久的開放系統的動力學必須既有耗散成分也有非耗散成分，在經典表述中，這對應于打破詳細平衡的非平衡穩態解。其中耗散性漲落平均為零的系統看起來是保守的，即表現為經典物體，而耗散性動力學仍然顯著的系統是混沌的，表現出生命熟悉的特征，如電生理振蕩、生物節律、生命周期和繁殖[13]。此外，繁殖是任何試圖降低其局部VFE的系統的一種自然策略，因為將自身的副本放入環境中通常會增加其可預測性[62]。FEP通常促使足夠復雜的系統發展出類腦形態，以從環境中最大化信息獲取[63]。它通常促使分隔化和層次化信息處理[14,64–66]。它促使在共享環境中暴露的相似主體群體中產生通信和集體問題解決，因此為多細胞發育、群體行為以及種群規模上的進化提供了自然的描述[67–70]。

對聲稱FEP通常描述生命的觀點的一個明顯反駁是，指出具有已知結構的復雜人工制品，如人類制造的計算機，并聲稱它們顯然不是活的。盡管這種系統是分隔化的、耗散的并且能夠學習，但這種論點認為，它們不能被認為是活的，因為它們不維持穩態，也不是自催化的。然而，我們必須問，這是否僅僅是一個直覺泵。基于有機化學的系統存在，我們為它們提供了一個由設計完美化的環境，任意大量的熱力學自由能供應，以及通過外部供應的部件進行輔助運動復制；例子包括基因組DNA、蛋白質和病毒。如果我們用有機部件制造計算機，并將它們維持在我們體內，我們還會將它們視為非生命的人工制品嗎？許多生物，包括不僅有人類寄生蟲和病原體，還有大多數家畜，都依賴人類提供的環境服務來維持穩態和繁殖——這種對我們的依賴是否使它們變得不那么有生命？我們自己也依賴于我們的微生物內共生體，正如它們依賴于我們一樣。所有生物都依賴它們的環境；這種對環境的不獨立性可以被視為定義性的。歷史上，“我們知道它時就能認出它”并不是一種可靠的方法來定義生命或心智。我們會說，現在更是如此[22,31]。

如果FEP確實通常描述生命，那么生命起源問題（OOL）又該如何呢？生命起源是否只有一個，即在大爆炸時？還是生命起源事件是普遍存在的，只要有機化學或其他任何化學能夠產生復雜性的地方就會發生？如果FEP并不通常描述生命，即如果生命系統是能動的、認知系統的某個真子集，那么必須在FEP所賦予的通用屬性和能力之外添加什么才能產生生命定義，以及如何將這種添加與自然進化系統和生物工程構建之間越來越模糊的界限相協調[22,31]？換句話說，“生命”是一個本體論范疇，還是一個解釋性建構[71]？有人可能會根據[56]的觀點認為，這些問題并不重要，甚至不可能重要。但真正重要的是，我們是否能夠識別并與FEP告訴我們無處不在的多樣化智能系統進行交流，無論我們何時遇到它們。

5. 他們在哪里？

費米悖論——為什么我們從未觀測到智慧地外生命的證據，盡管可觀測宇宙足夠大，我們本可以預期會觀測到——自 [72] 以來一直被廣泛討論。Webb [73] 回顧了 75 種提出的解決方案，而 Gray [74] 對這一討論提出了總體批評。然而，正如 Webb 指出的那樣，悖論的表述及其提出的解決方案都隱含地將地外生命建模為與人類相似，心理上和文化上即使不是生物學上也是如此 [75]。這種假設增加了戲劇性，并使大部分討論帶有科幻小說的色彩。FEP（自由能量原理）將所有系統建模為最小化 VFE（變分自由能量）從而最小化體驗到的壓力的心理系統，即使是單個細胞也可以擁有這種心理 [26]。它將心理復雜性與系統復雜性聯系起來，前提是系統的邊界帶寬允許 [66]。然而，要預測出類似人類的心理，還需要額外的假設；因此，FEP 并未告訴我們人類心理，更不用說文化，的普遍程度。此外，盡管我們無法接觸到真正的外星生命，但我們現在有機會研究那些未受到生命之樹典型進化選擇力量影響的合成和混合生物。賽博格、混合機器人、生物機器人、最小活性物質和人工智能都對在環境和遺傳無法講述完整故事時預測出現的形態和功能提出了獨特的挑戰 [23,76]。

然而，FEP 告訴我們，地球上確實存在比我們更復雜、更智能的認知系統。當用 FEP 描述時，系統發育進化和個體形態發生發育具有相同的正式結構，只是在空間和時間尺度上有所不同 [77]；因此，LUCA（最后的共同祖先）的整個譜系可以被描述為一個單一生物體的形態發生，即我們所知的生命 [78]。我們可以從遺傳學上對這個生物體進行特征描述 [4,79]，并描述其發育如何改變了其環境 [80]，但我們與之密切相關的部分之間的交流卻很笨拙，我們對其整體心理的理解也僅限于 VFE 最小化以及因此的壓力降低這一抽象概念。我們沒有能力“看到”我們所知生命的整個環境，也無法詳細地模擬其與環境的整體相互作用。將關注的系統擴展到洛夫洛克和馬古利斯 [80] 的行星蓋亞系統——參見 [81] 以了解其外星生物學的推廣——會得到一個更復雜的系統，其中一些過程已被建模為主動推斷 [82]，但上述關于完整或詳細模型的評論同樣適用。與這樣的系統進行交流會是什么樣的呢？能否開發工具來協助將這些系統的理論預測感知和目標空間映射到我們自己的空間——一種增強現實技術，以促進高度多樣化心智之間的理解甚至共存？我們不知道。我們在識別我們自身自然器官的感知 - 行動循環、問題解決行為以及在非常規空間中的智能導航方面的困難，凸顯了我們進化固件所提供的狹窄過濾器。

將一個物理系統建模為信息處理器——一臺計算機——是一種從可觀測物理到可計算函數的映射 [83]。FEP 是指定這種映射的一般形式的一種方式。包括 FEP 指定形式的映射在內，從可觀測物理到可計算函數的映射可以在任何尺度上構建，隨著事件被粗粒化的尺度增加，計算復雜性會降低。在一個給定的尺度內，可能存在許多不同的映射。因此，任何物理系統都可以被視為同時計算許多不同的函數，它被“視為”計算哪種函數取決于所采取的視角和進行的測量 [84]。因此，FEP 不僅在每個尺度上描述一般系統為 VFE 最小化器 [14]，它還允許進行多種這樣的描述。一個描述是否支持與系統的富有成效的互動，取決于它在多大程度上捕捉到系統自身測量和作用于其世界的方式——它用來理解其世界正在對其做什么的“參考框架” [15]。要理解并尤其是影響系統的行為，最好用它們自己的語言與它們交流。這就是我們通過直覺在與他人以及在一定程度上與其他哺乳動物相處時所理解的尺度和描述依賴的“因果涌現”現象 [85]，我們可以在模型生物的情況下對其進行實驗性研究 [86,87]，但對于一般系統，我們只有理論上的把握。

FEP（自由能量原理，Free Energy Principle）表明，解決費米悖論的方法是摒棄我們對智慧生命的擬人化認知。它暗示我們周圍存在著智慧生命，其中一些比我們更智慧，但我們尚未能夠檢測到，或者無法理解、無法與之溝通。它還表明，智慧生命可能廣泛存在于宇宙中，但我們不應期望它們在結構、形態或行為習慣上與我們相似。假設我們會遇到某種我們未來可能建造的技術人工制品，或者接收到我們未來可能發送的某種信號，這種假設本質上是認為智慧生命意味著一種與我們功能相似的心理和操作身體的能力。而FEP則表明，生命和心理的多樣性遠遠超過LUCA（最后的共同祖先）的譜系，更不用說通向哺乳動物和人類的亞譜系了。

即使有這些預期，地球上的生命也提供了足夠的多樣性，挑戰了我們構建模型和開展實驗的能力。如[6]所述，只有少數生命科學家接受生物體普遍具有智慧這一觀點。我們尚未充分理解微生物的感知和行為能力，無法準確預測它們在新環境中的行為；我們對真核細胞（例如人類癌細胞）的理解則更為有限。比較基因組學繼續揭示出新穎的、似乎僅限于特定譜系的功能，基因組序列的多樣性之大，以至于無法排除來自非LUCA譜系的橫向貢獻。此外，合成生物學和生物機器人學正在構建一些既沒有進化歷史又具有明顯新問題解決能力的生物系統。在更宏觀的層面，生態學仍然主要是一門以觀察和現象學模型為基礎的科學，我們對真社會性昆蟲群體作為認知個體的理解也極為有限。我們難以找到與集體智慧（如蟻群，而非單個螞蟻）交流的方法，并且很少意識到我們自身也是集體智慧的典型例子。我們很難在不熟悉的時空尺度上或在不熟悉的問題空間中識別我們的認知親緣關系，許多科學家似乎努力維持各種區別，以捍衛人類中心主義的殘余觀念。即使是作為一個真實主體的最基本特征——具有物理形態——也不再像過去那樣牢不可破。我們現在可以將自己理解為暫時持久的動態模式，而不是像孤子、颶風等那樣的物體。我們作為自我修改的模式存在于代謝和認知媒介中，這迫使我們面對一個問題：還有哪些其他模式實際上是主體？模式與物體之間、思想與思考者之間的微弱區別，為我們打開了認識一類越來越廣泛的非常規主體的大門，而我們此前對它們完全視而不見。換句話說，我們仍然只在很小的程度上準備好面對地球上存在的其他生命系統。來自其他行星的智慧生命或其人工制品，對我們來說可能是無法識別的。

6 從自由能原理（FEP）視角看德雷克方程

德雷克方程估算了從地球可探測到的地外智慧文明數量 N ，其公式為：，其中， R 是恒星形成速率， f p 是擁有行星的恒星比例，是每顆此類恒星上適宜生命存在的行星數，分別表示這些行星上生命出現、演化為智能生命、以及發展出可探測技術文明的概率，而 L 代表技術文明可探測的平均時間 [ 73 ] 。除了 R 和之外，所有因素的不確定性都很大，導致已發表的 N 估算值相差多個數量級。德雷克方程隱含的假設是，可探測的地外智慧文明經歷了與人類類似的演化、文化和技術發展。例如，通常假設這些文明會有意對外廣播自身信息，或積極探索和殖民其他星球。因此，德雷克方程主要關注可探測到的人工制品——如電磁信號、物質實體或其他無法用已知物理和化學規律解釋的信息承載模式。這種對人工制品的關注，使德雷克方程在邏輯上與其靈感來源——費米悖論保持一致，但卻與外星生物學的核心關注點有所偏離。德雷克方程中的各個參數的相關性甚至意義都曾受到批評，相關批評的廣泛樣本可參考 [ 94 ] 。如果需要一個估算生命起源事件（而非智慧文明數量）的替代模型，可參考 [ 95 ] 。

自由能量原理（FEP）暗示，外星智能系統的數量可能非常龐大，但它并沒有提及這些系統的可探測性。此外，通過將所有物理系統都視為貝葉斯智能體，自由能量原理消除了“人工制品”和“自然產物”之間的明確區別；任何攜帶信息的模式——任何與噪聲有所區別的東西——都可能是一個來自具有一定智能水平的系統的“信號”s。因此，它認為真正重要的數字是我們通過貝葉斯滿意策略識別出一個外星信號s（無論其形式如何）的概率P（r|s）。在這方面，它與Gertz [94]的觀點大致一致，Gertz認為唯一重要的數字是fd，即通過任何手段探測到智能外星生命的概率。

人類一直處于大規模的信息承載模式之中，從可見恒星的非均勻分布到宇宙微波背景的各向異性[96]，我們將其視為“自然的”，因此從生物學或認知科學的角度來看并無興趣。將太陽系尺度的非隨機性視為一種通信方式，同樣未能通過上述的效用性檢驗。那么，將一塊明顯非人類制造的太空垃圾視為一種通信方式或具有生物學意義的發現，其效用性又在哪里呢？一方面，這樣的發現會打破我們的人類中心主義，讓我們明白我們并不是“宇宙中孤獨的存在”，正如許多人所恐懼或所希望的那樣。另一方面，它又會證實我們的人類中心主義，因為它證實了我們內心深處的一個假設，即那些外星生物在某些重要方面與我們“相似”。換句話說，將這樣的發現視為“非自然”的效用，并不在于它如何幫助我們更好地應對環境，而在于它對我們自身的啟示。它會告訴我們，我們并非獨一無二，而是在某種意義上是“不可避免”的。德雷克方程通過包含fc這一項，假設了這種獨特性或不可避免性的兩極。與之相反，自由能量原理挑戰我們去想象一個充滿智能系統的宇宙，其中絕大多數系統與我們毫無相似之處。它重新解釋了Gertz的fd，將其視為人類變得足夠聰明以識別外星智能生命出現的概率。

對自由能量原理的更激進的看法是，它為任何觀察者（無論是單個個體、全人類、LUCA的譜系、蓋亞，還是其他任何大小的系統）將N定義為1。另一個可被檢測到的智能系統是檢測系統的整個環境。任何系統的挑戰在于理解其整個環境試圖向它傳達什么。它唯一無法從其整個環境中得知的是它們之間邊界的起源B，因為這一事件是系統及其整個環境的起源（OOL）。

7. 結論

起源問題（OOL）是在經典物理和經典時空中提出的，它假設一個非生物環境按照經典力學的方式運作。康威-科亨定理（Conway-Kochen theorem）和自由能量原理（Free Energy Principle, FEP）挑戰了這些假設。前者通過證明局域決定論與已知物理相沖突，后者則通過將即使是經典動力學系統也形式化地解釋為貝葉斯智能體，來挑戰傳統觀點。

綜合來看，康威-科亨定理和自由能量原理將物理系統描述為在每一個尺度上都至少具有最低限度的智能性，并暗示生命、認知和復雜性是不可分割且無處不在的。如果情況確實如此，那么在實踐中，起源問題實際上被替換為如何識別并成功與各種不同體現形式的智能體進行互動的問題，而這種互動可能涉及熟悉的生物化學，也可能不涉及。

原文鏈接： https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1080/19420889.2025.2466017?needAccess=true