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人、机器和有关的世界(诺伯特·维纳)

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编译自:Men, Machines, and the World About(1950),作者是诺伯特·维纳(Norbert Wiener)

我想从历史的角度指出让我对人、机器和世界的问题感兴趣的各种事情,因为它们与我将要谈到的关于这个问题的现状有关。

有两件事汇聚在一起,把我带入了控制论(cybernetics)。其中一件是在上一次战争中,或者说在战争明显来临的时候,至少在珍珠港事件之前,当我们还没有卷入战争时,我试着在战争中找到合适的位置。

在那个特殊的时候,我找了一些与自动计算机(automatic computing machines)有关事情来做。自动计算机,就是所谓的类比排序(analogy sort),测量物理量,而不是计算数字万尼瓦尔·布什(Vannevar Bush)教授已经做得很成功了,但是在理论上有一定的差距。

其中一个差距我可以用数学的方式表达,这些机器可以做普通微分方程(ordinary differential equations),但不能做偏微分方程(partial differential equations)。用物理的方式来表达是,这些机器可以在一个维度上(即时间)工作,但在二维,或三维中无法有效的工作。

现在,我想到:(a)电视的使用向我们展示了一种在一个设备上表现两个或更多维度的方法;(b)应该用一种更精确的计数装置(device that counted numbers)来代替以前测量量(measured quantities)的装置。

这些不仅是我的想法,但无论如何,当时我是这么想的,我在一份备忘录中把它们传达给了万尼瓦尔·布什(Vannevar Bush),他负责整个国家的科学战争规划(scientific war planning)。我给出的报告,在许多方面,并不完全是对自动计算机(automatic computing machines)现状的实质性描述。因此,我已经熟悉了这样一种机器的概念(idea),它根据以前的选择进行计算,而这些选择又是根据以前的选择,依此类推,按照由穿孔带(punched tape)、磁化带(magnetized tape)或其他类似方法提供给机器的时间表(schedule)来进行运算。

导致我从事这项工作的另一件事是,我实际上被投入了一项战争工作中。当时布什教授认为,这一贡献(新的机器)并不是立竿见影的,不足以在战争中发挥作用。所以我去找另一件事来做,当时人们讨论的一个大问题就是防空。当时正值英格兰战役,美国作为一个参战国 — — 任何人的生存都要与德国作战 — — 似乎都取决于防空。

高射炮是一种非常有趣的器械。在第一次世界大战中,高射炮已经发展成为一种射击工具,但人们仍然直接用手动的射程表(range tables)来射击。这意味着,基本上,人们必须在飞机飞过头顶的时候进行所有的计算,自然地,当你准备采取行动的时候,飞机已经飞过,已经不在那里了。

很明显——这远远早于我所做的工作——在第一次世界大战结束时,当然也是在两次大战之间,防空问题的实质是提前完成所有的计算,并将其包含在器械中,这些器械可以收集飞机的观测数据,并以适当的方式融合这些数据,从而得到必要的结果,使高射炮瞄准,不是瞄准当下的飞机,而是瞄准飞机要飞到的位置,使炮弹和飞机同时到达一点。这就引出了一些非常有趣的数学理论。

我有一些想法在那里被证明是有用的,我和我的一个朋友朱利安·比格洛(Julian Bigelow)一起工作。很快我们就碰到了下面这个问题:高射炮不是孤立的器械。虽然它可以用雷达发射,但等效的、明显的发射方法是要有一个火炮指示器(gun pointer)火炮指示器是一个人的元素(human element);人的因素与机械因素(mechanical elements)结合在一起。实际的火力控制(fire control)是一个人和机器同时参与的系统。从工程的角度来看,它必须简化为一个单一的结构,这意味着要么是人对机器的解释(a human interpretation of the machine),要么是操作员的机械解释(a mechanical interpretation of the operator),或者两者都是。我们被迫在研究中用合适的机器来代替它们。问题出现了:我们要如何制造一台机器来模拟火炮指示器(gun pointer),以及在这种情况下会出现什么麻烦?

在船舶转向器(ship-steering apparatus)中用于控制方向的蒸汽机的调速器(governors of steam engines)中,有一种用于控制速度的控制装置(control apparatus),这种装置叫做负反馈装置(negative feedback apparatus)。在船舶转向器中,转动方向盘的舵手不直接操纵船舵。现代船舶上的船舵太重了,十几个舵手都做不到。他所做的是移动舵机室内的一个部件,这个部件通过另一个部件与船舶的舵杆相连。然后将这两个位置的差值传递给船舶两侧转向舵机(steering engines),以调节左舷或右舷舵机中蒸汽的进入。舵机以这样一种方式移动舵头(rudder head)、舵柄(tiller),以消除这个移动部件和舵头之间的间隔,这样做时,它重新关闭阀门,使舵随船移动。换句话说,舵头被代表指令位置和自身实际位置之间差异的东西移动。这就是所谓的负反馈(negative feedback)

然而,这种负面反馈也有其弊端。1868年,伟大的物理学家克拉克·麦克斯韦 (Clerk Maxwell)在《伦敦皇家学会学报》的一篇论文中已经讨论过它的确切弊端。如果方向舵或调速器的反馈过于强烈,装置将在一侧越过中间位置(neutral position)的距离稍微远一点,在另一侧越过中间位置,就会进入振荡状态(oscillation)

既然我们认为最简单的方法就是用反馈来解释人类的控制,我们就想知道这种弊病(disease)会不会出现在人身上。我们带着下面的问题去问我们的朋友,生理学家阿图罗·罗森布鲁斯(Arturo Rosenblueth)博士,他当时是坎农(Cannon)在哈佛医学院的得力助手:是否有任何已知的神经疾病使一个人在试图完成一项任务的时候,身体变得摇摆不定,而无法完成任务?比如说,我伸手去拿雪茄的时候。那是过度振荡(excessive oscillation)的疾病吗?

答案是肯定的,这种疾病是已知的。它的症状完全符合。它发生在小脑的病理学中。称为目的性震颤(purpose tremor)或小脑震颤(cerebellar tremor)。

这给了我们线索。在这种情况下,看起来好像有一个常见模式(common pattern),可以解释人类的行为和受控机器的行为,而且它依赖于负反馈。

那是我们的一个线索。另一个线索回到了自动控制机(automatic controlling machine),自动计算机(automatic computing machines)的研究。

首先,自动计算机的价值不大,除了一点:它的速度。它比普通的台式机(desk machine)贵得多。除非你高速使用它,否则你不会得到任何好处。但要想高速使用一台机器,就必须看到它所执行的每一个操作都是以相应的速度执行的。如果你把机器的慢速阶段(slow stages)和快速阶段(fast stages)混在一起,慢速阶段总是胜出。它们比快速阶段更接近于控制机器的行为。因此,在机器运行时,不能手动给高速计算机器下达命令。它们必须事先建立一个所谓的磁带(taping),如穿孔卡片(punched cards)、穿孔纸带(punched tape)、磁带(magnetic tape)或类似的东西;你的机器不仅要控制数字及其组合,还要控制操作的时序安排(scheduling of operations)。你的机器必须是一个逻辑机器(logical machine)。

我们再次发现了人类行为的巨大相似性。人的神经系统,不会耗尽所有的人类控制活动。毫无疑问,人体内有一种控制活动,通过荷尔蒙,通过血液,等等。但是,就神经系统的工作而言,各个神经纤维非常接近于表现出一种“全有或全无”(all or none)的动作,也就是说,它们要么发射(fire)信号,要么不发射信号;它们不会中途(halfway)发射信号。如果你的单个神经纤维连接到一个特定的神经纤维,并且通过所谓的神经突触连接到它,那么它们就会以适当的组合发出信号,如果某些所谓的抑制神经纤维(inhibitory fibers)没有中断它们,那么就会发出信号。否则它们就不会。

这是一种连接开关(connected switching)的操作,非常类似于自动计算机(automatic computing machine)的连接开关。这使我们对神经系统和计算机器(computing machine)进行了另一种比较,并进一步使我们想到,既然神经系统不仅是计算机器,而且是控制机器(control machine),我们可以制造非常通用的控制机器(general control machines),在连续开关(successive switching)的基础上,加入控制机器的部分,加入计算机器的时序安排(scheduling)部分,这比我们想象的更有可能。

特别是,对我们来说,制造一种自动反馈控制装置(automatic feedback control apparatus)似乎是一件非常有希望的事情,在这种装置中,反馈本身在很大程度上是通过连续的开关操作(successive switching operations)来实现的,就像人们在神经系统或在计算机器中发现的那样。

正是这两种思想的融合,每一种思想都有人或动物的一面,也有机器的一面,这就导致了《控制论》(Cybernetics)的诞生。这本书是我应一个法国出版商的要求写的,我之所以选择这个名字,因为我觉得这种特殊的思想组合不能太长时间不受约束(unbaptized),它来自希腊单词κυβερναν,意思是控制(govern),本质上是舵手的艺术。

从现在开始,我可以在很多方面继续前进。我想说的第一件事是,反馈机制(feedback mechanisms)不仅众所周知发生在人的随意活动(voluntary actions)中,而且它们对人的生命本身是必要的。

几年前,哈佛大学的亨德森(Henderson)教授写了一本名为《环境的适应性》(The Fitness of the Environment)的书。凡是读过这本书的人,一定会认为,任何生物体能活着,尤其是人类能活着,是一个非常大的奇迹。人不可能在任何温度下都生存。就此而言,在沸点以上和冰点以下,没有活跃的生命存在,大多数行星的温度可能都不在这个合适的范围内。当我说“沸点”和“冰点”时,我指的是水,因为水是一种非常独特的化学物质。

现在,即使是鱼也不能在沸点以上生存。它可以在类似我们自身的温度下,在到冰点附近生存,也许比冰点低一点,但不会比冰点低很多。

我们人类可做不到。超出人类生存的温度范围内,我们要么着凉,要么发烧。在任何一段时间内,人类生存的温度都不会变化太大。它的变化不会超过十度,实际上变化的幅度远远小于这个程度。同样,我们必须在血液盐度、血液尿素浓度等恒定的条件下生活。

我们如何做到这一点呢?这个想法可以追溯到克劳德·纳德(Claude Bernard),并由坎农(Cannon)发展起来。我们体内充满了所谓的自我平衡机制(homeostatic mechanisms),就像恒温器(thermostats)一样。自我平衡(homeostat)是一种将某些身体状况保持在一个狭窄范围内的机制。其中一个自我平衡(homeostats),至少部分位于髓质(medulla),调节温度。另一种是调节呼吸。还有一种是调节尿素浓度。这就是肾脏器官。这样的控制有很多很多。

这种控制就像室内的恒温器(thermostat)。室内的恒温器,如果你还记得的话,里面有一个由两块金属制成的小温度计。它在一个温度下接触,在另一个温度下断开,它调节油进入炉内和油的点火。有趣的是它有自己的弊端。你们很多人一定知道。

我们有一所房子,里面有一个恒温器(thermostat),某个杰出的建筑师把它放在房子里唯一有壁炉的房间里。结果是,如果我们想在冬天给房间降温,我们生起了火,因为我们给恒温器提供了错误的信息,即房子是温暖的,恒温器把炉子的火给烧了。

我可能会指出,在人类的恒温器中,类似行为可能会引起寒栗或发烧。我将稍稍偏离正式演讲的主要部分,因为这在医学上非常有趣。

有些疾病 — — 我不打算描述这些疾病的特征,其中某些物质的产生,比如细胞,血液中某些细胞的密度,如在白血病中,会稳步增加。然而,这种稳步增长在这种疾病中是相当常见的。细胞的实际生产(production)和破坏(destruction)速度远远高于增长速度。可以想象,这可能是由于一种细胞生产或破坏不受约束的疾病,但我不这么认为,因为如果这两种情况下细胞生产和破坏的数量几乎相同,一个相对较小的变化就会把这种差异(difference)彻底抹掉,使它们之间的差异变得非常不规律。如果我们没有自我平衡(homeostat),就会发生这种情况。我不认为会发生这种情况。我认为流程的规律性(regularity of the procedure,注:应该是指细胞生产和破坏的规律性)表明我们有一个正在运行的自我平衡(homeostat),但是在错误的层次上运行。这是一个完全假设性的想法,但可能会对医学产生严重的后果。

还有另一面也很有意思。我所说的体内的自我平衡(homeostats),是内置在人体中的。我们能制造一个部分在体内,部分在体外的自我平衡(homeostats)吗?答案肯定是肯定的。

梅奥诊所(Mayo Clinic)的比克福德(Bickford)医生,制造了一种装置(apparatus),获取脑电图(electroencephalogram)中的脑电波并把它们分开,使用在规定时间内通过的脑电波总量。将麻醉剂注入静脉或注入面罩。其过程是这样的:随着病人的昏迷,脑电波的活跃度越来越低;注射也越来越少,因为要保持无意识的水平。通过这种方式,麻醉可以在数小时内保持在一个相当稳定的水平。这是一个自制的自我平衡(homeostat)。我不认为这是医学上最后的例子。我认为,用通过生理结果监测的自我平衡(homeostats)给药,是一个很有前途的领域。不过,我是暂时地这样说的。

到目前为止,我一直在谈论人类。让我们来看看机器。我们在哪里能找到一个稳态机器(homeostatic machine)特别可取的例子呢?

化学就是一个有趣的例子。化工厂通常充满了输送酸、碱或爆炸物的管道——不管怎么说,都是危险的物质。当达到一定的温度,达到一定的压力,等等,有人打开某些阀门(valves)。他最好转动了正确的阀门,特别是在像轻油裂化厂或原子能厂这样的地方,我们要处理放射性物质。

如果他必须根据读数来转动阀门,那么,就像在高射炮中一样,我们可以预先建立应该转动阀门和不应该转动阀门的组合。阀门可以通过放大器(amplifiers)转动,通过本质上是计算装置(computing apparatus)的东西,通过仪器本身的读数,通过仪器或感觉器官(sense organs)来转动。

你可能会说:“很好,但必须有一个人来应付紧急情况。”

但在一个很可能发生爆炸的工厂里,没有人在里面是非常可取的。替换人员的成本很高,此外,我们还有一些基本的人道主义本能。

问题是:人是否有可能比机器更好地做出应急判断?答案是否定的。原因是:任何你能想到的紧急情况,你都能在你的计算和控制装置中得到解决。如果在紧急情况发生之前,你想不出该怎么做,那么在紧急情况下,你几乎可以肯定会做出一个错误的决定。如果你不能提前想出一个合理的做法,那么当紧急情况来临的时候,你根本不会发现上帝会给你正确的做法。紧急情况是在和平时期规定的。

然后,出于完全合法甚至是人道主义的原因,自动控制系统(automatic control system)正在进入化工业和其他特别危险的行业。然而,同样的技术,使汽车自动装配线成为可能,也许是纺织厂的一条自动装配线,甚至可能是其他行业的自动装配线。

有趣的是:尽管你发出的连续指令(successive orders)在机器中几乎可以无限变化,但不管你在做什么,执行连续指令的仪器实际上是标准的。有两个变量:一个是中央机器(central machine)所引导的准人类的手(quasi human hands),另一个是输入指令的顺序。

在流水线上,要想从一组命令,比如说,从一种型号的汽车换到另一种型号的汽车,或者从一种款式的车身换到另一种款式的车身,不需要改变下达命令的机器(order-giving machine)。只要改变那台机器的特定程序就可以了。

我想你们很多人都看过电影《Cheaper by the Dozen》。在那部电影中,我认为吉尔布雷斯(Gilbraiths)的主导思想被完全忽略了,就像在大多数电影中一样。吉尔布雷斯认为,人类在日常工作中并没有充分发挥效率。他们认为,十几个人的家庭之所以不存在,只是因为人类在执行日常任务时的愚蠢,而这种情况可以通过更好地安排这些任务的顺序来避免。这就是这个大家庭背后的动机。这就是系统化抚养这些孩子背后的动机。

但是,当你把一项任务简化为连续程序(consecutive procedures)的例行公事时,你需要做的是把任务录在磁带(tape)上,由一台完全自动化的机器来运行程序(procedure)。工业管理的问题和吉尔布雷斯对普通细节的系统处理,几乎和控制机器的磁带是同样的问题;因此,它们的进步并没有真正改善工人的条件,反而使工人失去了地位(telescope the worker out of the picture)。这是一件非常重要的事情,因为这是一个正在发生的过程。

我想说,我们正面临一场新的工业革命。第一次工业革命是以机器的能量取代人和动物的能量。蒸汽机是它的象征。到目前为止,没有什么是蒸汽机和推土机(bulldozer)做不到的。在这个国家里,没有什么报酬能保证一个人心甘情愿地从事这种纯粹的挖铲工作。在经济上根本不可能与推土机竞争推土机的工作。

现在正在进行的新工业革命,主要是用机器的辨别力来代替人类在低水平上的判断(judgment)和辨别(discrimination)。机器现在出现了,不是作为动力的来源,而是作为控制的来源和通信(communication)的来源。我们与机器通信,机器也与我们通信。机器之间相互通信。能量和动力不是描述这种新现象的恰当概念。

如果我们在小的方面,通过用机器执行任务来代替人类的任务,使人类的任务变得更容易,并在很大程度上消除这些任务中人的因素,我们可能会发现我们在机器神(machine god)面前基本上已经烧香了。我认识一个伟大的工程师,他只会考虑工具的构造,从来不会思考工具与人类在社会中的融合问题。如果我们允许事情有一个合理缓慢的发展,那么,自然而然地引入了这个工具,可能会伤害到我们,引起我们的敬畏。因此,我们意识到,我们不能崇拜工具,不能为它牺牲人,但很容易出现一种情况,即我们可能招致灾难。

假设我们陷入战争。如果我们开战,我们必须为此做好准备,同时我们必须保持工业生产以养活军队。我的意思是,用军需品以及普通的食物和设备来供给,这在历史上是首屈一指的工作。我们将不得不在劳动力市场已经触底的情况下,实现最大限度的生产,这意味着需要自动化机器。

这样一场战争意味着我们将在两个月内,把我们很大一部分最好的工程人才投入到机器的开发中。碰巧做这种工作的人都在那里。他们是在上次战争中接受过电子工作训练,当时他们使用雷达。与珍珠港的雷达相比,我们在自动化机器上的进步更大。

因此,目前的情况是,可能两到三年后,会看到自动化工厂得到充分的理解并开始使用它来加速生产。五年后,我们将在自动装配线上看到我们掌握了全部技术的东西,我们积压了大量零件。

此外,社会改革不会在战争中进行。在这场战争结束时,我们会发现自己积压了大量的零件和技术,这对任何想赚快钱和摆脱困境的人来说,都是极有诱惑力的,而让社会的其他人来收拾残局。这种情况很可能发生。

好了,你看到了这幅图画。我想,你们想要的东西之一就是安慰(consolation)。诸位,没有圣诞老人!如果我们想与机器共存,我们必须理解机器,我们不能崇拜机器。我们必须在与他人相处的方式上做出很多改变。我们必须重视休闲(leisure)。我们必须把商业、工业、政治的伟大领袖变成一种精神状态,他们会把人们的休闲视为他们的事业,而不是一件与他们无关的东西。

我们必须做到这一点,不受那些适合过去社会阶段而不适合现在社会的口号的阻碍。

我们必须做到这一点,不受吞噬我们政府(engulfing our government)的秘密逐渐瘫痪的影响,因为秘密只是意味着我们无法面对真实存在的情况。必须控制局势的人还没有能力处理它们。

我们必须认识到,虽然我们可以让机器成为我们的神,把人献给机器,但我们不必这样做。如果我们这样做,我们就应该受到惩罚。这将是一段艰难的时期。如果我们能熬过这段日子,保持头脑清醒,如果我们不被战争本身和其他问题所消灭的话,就有很大的机会把机器变成对人类有利的东西,但是机器本身对人类没有特别的偏爱。

制造两种机器是可能的(我就不细说了):一种机器的程序/磁带(taping)是一次性确定的,另一种机器的程序/磁带(taping)是根据经验不断地修改的。第二种机器在某种意义上是可以学习的。

诸位,机器的道德问题完全不同于魔法的旧道德问题。事实上,机器遵循自然法则,魔法应该在自然之外,这不是一个有趣的区别。巫术在中世纪是受到谴责的。在那个年代,某些现代类型的巫师会被绞死或烧死。有趣的是,中世纪在某种程度上 — — 哦,我不是指对火焰的热爱,而是指对巫师的谴责 — — 是正确的;即巫术不是利用超自然的力量,而是利用人的力量达到其他目的,而不是为了上帝更大的荣耀。

现在,当我说上帝更大的荣耀时,我不是有神论者。我指的是上帝给我们一个合理的人类价值。我说中世纪的态度和童话中的态度一样,但童话故事的态度在许多与现代生活有关的事情上是非常明智的。

如果你有了实现你愿望的机器,那么你一定要注意“三个愿望”的古老童话,它告诉你,如果你确实许了一个可能会实现的愿望,你最好非常确定那是你想要的,而不是你认为你想要的。

你知道雅各布斯(Jacob)关于“猴爪”的故事。一对老夫妇得到了猴爪,并得知它将满足他们三个愿望。第一个愿望是要两百英镑。立刻,从工厂来了一个人,说他们的孩子被机器压死了,尽管工厂承认没有责任,但他们愿意给两百英镑的赔偿金。

在这之后,他们希望他们的孩子再次回来,孩子的鬼魂出现了。

然后他们希望鬼魂离开,他们只剩下一个死去的儿子。这就是这个故事。

这是一个民间传说;但这个问题与机器的关系,就像与任何魔法的关系一样

然而,机器可以学习。这个民间传说与“渔夫和精灵”的故事相似。你们都知道这个故事。渔夫打开他在岸边找到的一个瓶子,精灵出现了。精灵威胁他要为自己监禁在瓶子里报仇。渔夫说服精灵回到瓶子里。诸位,当我们遇到机器的问题时,我们不能让机器回到瓶子里。

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