透过技术的表象看本质

陈凯

霍金在他的著作《大设计》中这么说：“如果你在任何尺度上对生命游戏的宇宙观察一会儿，你就会推知制约那个宇宙中物体的规律……你可以在这个宇宙的任何水平上创立整个物理学。”所谓生命游戏，指的是数学家约翰·何顿·康威（John Horton Conway）在20世纪70年代所发现的一种数学游戏，用纸笔就可以玩这个游戏（当然用电脑来玩更加便捷）。首先画出如围棋棋盘一般的正方形的网格“宇宙”，每个格子以两种状态（如留空或涂上颜色）来代表格子中“细胞”的死或生，任何细胞在下一个时刻生死的状态，取决于相邻8个格子中其他细胞的状态，具体规则如下：①如果一个细胞周围有3个细胞为生，则当前细胞为生（若原先状态为死，则转为生）;②如果一个细胞周围有2个细胞为生，则该细胞状态不变;③其他情况该细胞状态转为死。

举例说，格子中的初始状态是，第3行第2列本来有一个活着的细胞，但因为周围其他活着的细胞太少，于是下一时刻它就死去了，而第3行第3列的那个活着的细胞，因为周围有着2个细胞，于是下一时刻仍然活着。其他格子的状态以此类推，于是这个图形在下一时刻就变为的样子。但在下一时刻，图案又变回到原来的样子。

虽然说规则很简单，但某些形状的变化出人意料，如有一个叫做“滑翔机”的图案，它连续变化四次后会出现怎么样的情况呢？观察图1：连续变化了三次的“滑翔机”，试着计算一下，下一时刻会变成什么样子？

这个图案在连续变化了四次后又恢复到原来的形状，但位置却发生了移动。如果将整个过程“快进”的话，就能发现“滑翔机”在网格宇宙中沿着斜线方向“飞行”。对此，霍金幽默地称其为“滑翔机沿对角线移动定律”。但“滑翔机”的意义，远不只是好玩。两架“滑翔机”如果撞到一起，就会“坠毁”而变成静止的“砖块”，滑翔机也可能因为碰到了某个“转向”装置而改变航向。图2为两个即将碰撞的“滑翔机”。

数学家们发现，利用“滑翔机”的这个特性，就能在生命游戏的“宇宙”中创造出各种逻辑门，并进一步以这些逻辑门为基本组件，装配出一个计算装置。图3是在生命游戏“宇宙”中创造出来的逻辑与门，是生命游戏与门的初始状态，执行的计算为True and True，有兴趣的朋友可以用开源的Golly软件自己耐心画一下，对运行效果加以验证。

图4是输入信号正在传送中的状态，注意左侧有两个“机头”朝向右下方、运行方向一致的“滑翔机”分别是输入信号A和输入信号B，而最右面的一个“机头”朝向左下方的“滑翔机”是参与状态判别的信号，而不是输入信号。

下页图5是中间和右侧的两架“滑翔机”相撞，只有最左侧的“滑