技术是如何进化的

到了1997年，我又有了一个新的想法，不过这个想法与圣塔菲研究所的经济学研究计划没有直接的关系。我对技术产生了浓厚的兴趣。一开始，这种兴趣本身令我很困惑。尽管我的早期教育背景是工程技术学，但是这种兴趣的出现仍然显得有点奇怪，因为对技术魅力的着迷似乎与我的主要兴趣，即对经济学或复杂性的兴趣无关。我以前也研究过与“技术”相关的问题，但是当我开始深入探究各种技术为了被采用而展开竞争这种思想时，这种兴趣却消失了。我注意到，我所观察的所有技术，没有任何一个是纯粹地产生于某种灵感的。所有新技术都是原先已经存在的技术的组合。举例来说，激光打印机是由计算机处理器、激光器和静电复印技术组合而成的，计算机处理器引导激光器在复印机的硒鼓上“涂上”字母或图像，然后再复印出来。

我还意识到了其他的一些东西。1992年，出于好奇心，我一直在研究喷气式发动机。我希望搞清楚的是，在一开始出现的时候，喷气式发动机是那么简单，而在接下来的短短二三十年内，它们却变得如此复杂了，这是为什么？当时，我还一直在学习C语言编程。在我看来，用C语言编写的程序的结构与喷气式发动机的结构基本上是相同的。它们都有一个中央功能模块，还有一些支持这个核心模块的子模块，后者是用来正确地设置和管理核心模块的。就某项给定的技术而言，随着时间的推移，如果添加上一些突破了以往的物理界限或能够更好地解决问题的子技术，那么就可以进一步“挤压”核心模块，让它发挥更大的性能。因此技术在刚出现时是简单的，但是随着技术的进化，更多的零件和子模块将不断地添加进来。1993年，我在《科学美国人》杂志上发表了一篇文章，讨论了各种系统为什么会越来越倾向于复杂和精致的问题。4

逐渐地，我心中有了这样的一种感觉：对于技术，我有一些一般性的东西可说。是的，我应该可以提出一个关于技术的一般理论。在此之前，我已经广泛阅读了与技术问题有关的文献，并且下定决心要学习和掌握多种技术。事实上，我对20来种技术都有很好的了解。到最后，我研究过的技术不仅包括了前面提到过的喷气式发动机，而且也包括了早期的收音机、雷达、蒸汽机、信息包交换技术、晶体管、麦克风、计算技术，甚至还包括了其他一些奇怪的“技术”，如青霉素等。这项研究工作的大部分是在圣塔菲的圣约翰学院（St. John’s College）图书馆中完成的，也有一部分则是在我现在工作的施乐帕洛阿尔托研究中心（Xerox Parc）完成的。我总结出了技术形成和出现的一般模式。所有技术都是对现象的刻画和运用。归根结底，技术无非是用于实现人类目的的现象。现象是可以划分为不同“家族”的，如化学方面的、电子方面的、基因组方面的，因此也就形成了化学技术、电子技术、生物技术等这样的技术群。

而且从总体上看，如下这一点是显而易见的，不仅像喷气式发动机这样的单个技术会在其生命周期中不断进化，所有单个技术的总体集合在如下意义上也是进化的：在任何一个时刻，所有技术就像所有物种一样，都可以通过一条“祖先线”追溯到某项早期技术。但是，技术进化的基本机制却不是达尔文式（Darwinian）的。新技术并不是随着早期技术的微小变化的不断积累而出现的。很显然，喷气式发动机肯定不是从空气活塞发动机的微波变化的积累中产生的。新技术来自对早期技术的组合或集成，人类的想象力和聪明才智也在其中发挥了重大作用。这就是说，有一个不同于达尔文式的技术进化机制，我称之为通过组合而进化（Evolution by Combination），或组合进化（Combinatorial Evolution）。

当然，这种进化机制同样也存在于生物进化当中。生物进化中出现的最重大的转变，绝大部分都是组合式的。单细胞生物以组合方式成为多细胞生物，原核生物以组合方式成为真核生物。但是，这种事件的发生频率是极低的，要等上很多亿年才会出现一次。生物的日常进化机制是达尔文式的微小变化的积累，以及对这种变化的差异性选择。相比之下，在技术的进化中，主要的进化机制是组合式的，当然在新技术出现之后，也不排除达尔文式的技术进化，即微小变化的积累。

经过一个时期的研究，我相信对于技术是如何出现的，作为整体的技术集合是如何进化的，我已经洞若观火了。接下来，我想试一试，能不能在实验室里或计算机上实现这种技术的进化。2005年前后，我在富士施乐的FXPAL实验室工作，它实际上是富士施乐公司在帕洛阿尔托建立的一个智库。在那里，我遇到了计算机科学家沃尔夫冈·波拉克（Wolfgang Polak）。我提议我们可以进行这样一个计算机实验：把一些原始技术放到一起，组成一锅“技术之汤”，在这锅“技术之汤”中，各种技术可以随机地进行组合。由此得到的技术组合，即某种潜在的新技术，如果没有用就抛弃；如果有用就保留下来，并将其加入那锅“技术之汤”，用于进一步的技术组合。这样一个能够以上述方式不断创建技术集成的系统，能不能以“自展向上”（bootstraps）的方式使技术从简单进化为复杂？我们尝试了好几个系统，但是都没有成功。就在那个时候，我们读到了一篇非常漂亮的文章，它是由理查德·伦斯基等人撰写的，并发表在《自然》杂志上。5伦斯基和他的同事利用遗传算法进化出了数字电路。这篇文章启发我们，数字技术似乎是一种天然培养基。如果你把两个数字电路组合起来，你就可以得到另一个数字电路；当然，新的电路可能是有用的，也可能是没有用的。

然而，我们的实验并不容易。努力尝试了几个月之后，波拉克终于让我们的系统运行起来了。它利用简单的电路“创建”出新的电路。我们先准备好一锅由最简单的2位与非（nand）电路组成的“汤”，这种电路是数字电路的基本构件。然后按下回车键，再等上20个小时，看看从这锅汤中，能不能创建出什么逻辑电路。结果很理想，我们观察到了各种各样的电路。首先形成的是一些最基本的电路。然后出现的是一些中等复杂程度的电路，如4位的等于（equal）电路、3位的小于（less than）电路，等等。到最后，还形成了8位异或（exclusive-or）电路、8位与（and）电路和8位加法器（adder）。如果不细想，你可能觉得这没有什么了不起的。但是不要忘记，一个工作正常的8位加法器其实非常不简单，即将8位的x加到8位的y上，产生9位结果的z，它拥有16个输入针和9个输出针。而拥有16个输入针和9个输出针的电路组合，其种数高达10177 554之多，但只有一种8位加法器是能够正常工作的。这不是随机的。因为我们这个实验有25万个步骤，通过这么多步随机地发现一个8位加法器的概率，是完全可以忽略不计的。因此，我们这个连续集成过程，能够把原始基本构件组合起来，生成有用的简单构件，然后再把这些简单构件组合起来，生成进一步的构件。这无疑是非常强大的。现实世界中的真实技术也是以这种方式进化的。技术已经以自展向上的方式，从少数技术发展到许多技术，从原始的简单技术发展为高度复杂的技术。

我们在《复杂性》杂志（Complexity）上报告了我们的实验。但奇怪的是，我们这篇文章基本没有受到什么关注，也没有多少人来评论它。原因何在？我的猜测是，因为它是一篇夹在裂缝当中的文章。它既不是关于生物进化的，也不是讨论遗传算法的；它不是纯技术的，也不是纯经济学的。而且，我们的实验也没有解决某个特定的问题。它只是生成了一个有用的电路工具箱或电路库，就像某种编程语言的开发者提供的有用的函数库一样。但是关键在于，这个工具箱或库完全是进化出来的，我认为这可以说是一个奇迹。我拥有电气工程学位，波拉克拥有计算机科学学位，如果你要求我们亲自动手去设计一个8位加法器，那么我们就不得不从数字电子技术从头开始设计。但是现在，我们设计出了一种算法，它可以通过进化自动设计出这种电路。我相信，这是一种非常卓越的思想。而且我还认为，在本书所收录的这些文章中，这一篇文章有特别重要的意义，它阐明了一种处在不断进行中的进化，还阐明了一个不同于生物进化的进化机制，即通过组合或连续集成的进化。

然而，不知怎么的，我内心深处总有一种想法挥之不去。我认为，所有这一切都必须与经济进化相适应。如果用更准确的表达，应该是经济从一开始是如何在这一切中形成的。在我研究技术的过程中，我逐渐意识到，一方面，经济创造了技术；另一方面，同时也是更加重要的一方面是，技术即我们用来满足人类需求的技术集合创造了经济。因此，经济不仅是技术的容器，而且还是技术的表达。随着技术的进化，以及全新技术的引入，经济必然会发生变化。经济做什么，要发生变化；经济如何做，也要发生变化。经济的整个安排上，包括它的制度和机构上都必须发生变化，以适应于新的“做事方式”。简而言之，经济结构必须发生变化。

我在2023年出版的《技术的本质：技术是什么，它是如何进化的》（The Nature of Technology: What It Is and How It Evolves）(17)一书中，报告了上面这些发现。这本书受到了专业工程师的热烈欢迎，并且已经被翻译成了多种语言。在本书收录的这些文章中，其中有几篇是在写作那本书时的“中间产物”，有一篇则是那本书的一个组成部分。从开始到结束，我对技术的本质和进化的研究花了整整12年的时间。我发现这个课题非常令人着迷。特别感到惊喜的是，我发现了技术集合进化的机制，还认识到了技术是一种具有自身内在逻辑结构的事物。通过这些研究，我越来越相信，技术本身的每一方面都是复杂的、有结构的，就像经济或法律体系一样。当然，技术也是一个非常美好的事物。