數字生活的本質是什麽？數字生命是人造生命，不是碳水化合物形成的自然生命。它是壹個具有自然生命特征或行為的人工系統。數字生命的研究是利用非生物的計算機媒介創造新的生命形式，將自然界中的生命分解成各種單元。它采用合成的方法而不是還原的方法。數字生命的先驅們只是把地球上的生命看作壹種特定載體的特定生命形式。他們認為可以用其他物質(如計算機)作為載體，構建新的生命形式，賦予其生命特征，使其具有進化、遺傳、繁衍等功能。數字生命研究不是“克隆”生命。它只是利用計算機媒體來構建或合成生命。簡而言之，所謂數字生命研究，就是指那些以計算機為媒介，以計算機程序為個體生命的人工生命研究。數字生活這個想法的誕生，據說與壹次偶然的事故有關。1975年夏天，C.G .蘭頓在美國北卡羅來納州大法希爾山的壹次滑翔事故中身受重傷，險些喪命。但正如中國古代哲學家所說，不幸是福。這次事故催生了壹門新學科，蘭登後來稱之為人工生命。在康復的過程中，他如饑似渴地閱讀了大量的書籍，涉及生物學、哲學、遺傳學、數字，甚至科幻小說。在閱讀的過程中，蘭頓越來越確信，在計算機的“溫床”中，沒有不可再造的生命體。出院後，他定下了壹生的目標:創造與地球自然生命相對應的“數字生命”，他稱之為“矽化生命”。1987年，朗頓組織了第壹次人工生命研討會，提出了人工生命的概念。此後，人工生命作為壹門學科和研究領域被建立並逐漸發展起來([1]，第41頁)。
人工生命研究的壹個重要研究領域是數字生命的研究。目前，數字生活的研究已經取得了許多重要成果。比如馮·諾依曼等人提出的元胞自動機模型，劍橋大學J.Conwey編寫的“生命”遊戲程序等等。然而，最重要的成就應該是托馬斯·s·雷創造的數字生活。
托馬斯·雷是特拉華大學的教授，博物學家和熱帶植物學家。他壹直在尋找是什麽創造了地球上的生命這個問題的答案。因為地球上所有的生命都有相同的起源，而且樣本量是1，而且當時沒有發現外星生命進行對比，所以很難區分地球上生命的必然屬性和偶然屬性，星際旅行調查至少在當時是不現實的。因此，托馬斯·雷提出了在計算機上創造不同於自然生活的數字生活的想法。
1990 65438+10月9日，世界上第1個數字生命在托馬斯·雷的計算機中誕生[2]。他設計的計算機實驗是這樣的:將生命進化的概念引入計算機領域，利用數字計算機提供的資源(RAM單元、CPU時間和操作系統)為數字生命提供生存環境。他設計的數字生命以數字為載體，旨在探索生命進化過程中復雜系統的各種現象、規律和突現行為。數字生命壹方面以計算機程序的形式存在於隨機存取存儲器(RAM)環境中，另壹方面利用中央處理器(CPU)的時間在存儲單元中組織其行為。借助相應的競爭策略，數字生物爭奪中央處理器(CPU)的運行時間和存儲空間。托馬斯·雷認為，這種數字生活必須被設計成適合生活在這樣壹種環境中的數字代碼程序。這個程序可以自我復制，直接由中央處理器(CPU)執行。不僅如此，它還可以直接觸發中央處理器(CPU)的指令系統和操作系統的服務程序，通過對資源的占有，在進化過程中顯示其優勢。
托馬斯·雷設計的數字生活世界叫做Tierra。在西班牙語中，Tierra的意思是“地球”。([3]，PP 115-123)可以看出，它是壹個類似於人們在地球上真實生活世界的數字生活世界。在Tierra的運行過程中，隨著進化的推進，數字生命的種類越來越多，“單細胞”逐漸演變為“多細胞”，形成了自己的數字生態環境，同時出現了類似於自然界大爆炸的物種爆炸現象。此外，Tierra還能產生對寄生蟲免疫的特定生物。經過壹段時間的進化，將會出現壹個數字化的社會。這個數字生活世界與現實生活世界的相似之處在於，在現實生活世界中，生命利用太陽來獲取所需的物質和能量。這些自然生命形式在地球的自然環境中誕生，然後不斷進化。在Tierra中，數字生活(以自我復制的計算機程序的形式)使用計算機的CPU時間來組織機器的存儲空間。在自然界中，生命按部就班地進化，為了食物、住所和配偶而競爭生存。留下較多後代的基因型隨時間增加，種群中適應度低的後代數量逐漸減少，直至滅絕。在Tierra中，數字生命也經歷了同樣的過程，這些數字生命(它們是自我復制的程序)會爭奪CPU時間和內存。它們不斷改變自己的策略來互相利用，那些能獲得更多時間和存儲空間的程序就能留下更多的副本(後代)。在自然界中，生命的生存和進化依賴於自然環境；在Tierra中，計算機的中央處理器和內存構成了進化過程所依賴的物理環境(即體育場)。在自然界，生命是由碳水化合物有機合成的；Tierra的數字生活由用機器的匯編語言編寫的自我復制程序組成。因此，Tierra的生活是人們現實生活世界中生命形式的數字版本。換句話說，各種類似地球上真實生命的行為，所有自然進化的特征，都可以在Tierra出現。
然而，Tierra的數字生活的演變也不同於現實生活的自然演變。即這個數字生命的結構不僅包含遺傳信息，還承擔著生命的代謝活動。在現實世界中，這兩種功能分別由兩種不同的結構(即DNA/RNA和蛋白質)來執行。
為了防止這些數字生物侵入它們所居住的機器的實際硬件，托馬斯·雷設置了計算機系統，使整個Tierra系統運行在所謂的“虛擬計算機”中。這意味著以軟件的形式模擬壹臺計算機，將Tierra存儲在真實的計算機中。換句話說，托馬斯·雷創造了壹系列軟件指令來模擬物理硬件機器的運行。只要涉及到現實世界的計算機，Tierra的數字生活就是數據，和文字處理器、圖形軟件包的數據沒什麽區別。
Tierra操作系統決定了生物體之間的通信、CPU時間的分配、內存空間的分配等構成數字生活運行環境的因素。所以這裏有必要討論壹下它的主要成分:([3]，PP . 118-121)。
1.存儲分配-細胞化
Tierra虛擬機占用的真實計算機中的內存塊稱為“湯”。Tierra的每壹個“居民”都在這個湯裏占據了壹定的記憶塊。為了防止壹個數字生命的活動輕易幹擾另壹個生命的活動，需要給數字生命提供壹個具有真實細胞膜的異質體，從而實現細胞化。Tierra只允許生命本身擁有在其內存塊上寫入的特權。換句話說，其他生命形式可以瀏覽任何其他生命形式的結構，甚至執行那個生命形式的代碼，但只有這個生命形式可以修改自己的結構。
2.分時-分時設備
為了使Tierra組中的每個成員都能同時進行湯裏的活動，Tierra操作系統應該並行運行。但操作系統將CPU時間依次分配給Tierra中的每壹個生命，成功模擬了壹個多任務環境。只要時間片長度小於Tierra生下壹代所需的時間，那麽這種分時模式就可以很好地模擬真正的並行計算。
3.死亡機制-收割機
在Tierra，如果沒有某種類型的死亡機制將較老的生命從湯裏清除，自我復制的數字生命群體最終將填滿有限的空間。所以壹定有死亡機制，而實現這個機制的就是收割機。當湯被填充到指定的水平(例如，80%)時，收割機開始移除生物。也就是說，分配給它的存儲空間被回收，它們不僅從采集器中清除，還從分時隊列中清除。
4.突變基因
如果數字生命想要進化，必須有某種方法使其基因組發生突變，必須有某種方法將這種突變傳遞給後代。這可以在以下兩種情況下完成。第壹，借助生命本身的隨機突變。代表生命程序的二進制數字串的位以固定速度從0到1或從1到0隨機翻轉。比特翻轉的結果是防止任何生物永生。隨著生命本身壹些密碼的翻轉，生命逐漸變異，走向生命的衰落。第二，在復制的過程中，指令執行的不完善也會導致隨機變異。此時Tierra的生命行為還沒有完全確定，所以這種隨機突變是不可預測的。
現在Tierra系統有了空間環境(內存)、能量(CPU時間)、資源分配的算法(時間劃分器)、在有限的空間內保持有限數量生物的死亡機制(收割機)和進化機制(突變體)。萬事俱備，只欠東風。缺少的是壹種祖先生物。
為了創造壹個Tierra祖先，Thomas Ray寫了壹個匯編語言程序。它是壹個自我復制的程序，指令長度為80。1990年6月的壹天，他把這個祖先放進了湯裏，第二天，Tierra真的誕生了很多生命形式。托馬斯·雷驚喜地發現，經過成千上萬次的計算機更新，物種通常會表現出多樣性，有不同的大小和規格，不同的壽命，不同的生態關系(獨立，寄生，* * *健康等。).他還發現，在捕食者存在的情況下，物種可能會進化得更快，因為捕食者不得不激烈競爭以獲得相對最優的“解”或局部最大位置而不是獵物，這促使它們進化得更快。
在合成數字生命的過程中，Tierra中的進化“跳躍”非常有趣。經過許多代的緩慢進化或沈寂之後，數字生命會突然發生變化，這讓人們想起了進化論和突變論之爭。這種進化上的“飛躍”也像軍人的生活，漫長而單調的生活，有時也有驚心動魄的突發事件。托馬斯·雷通過計算機實驗表明，沈默(靜止)只是壹種表面現象，外部看不見的基因變異逐漸積累，達到“臨界質量”必然導致表型突變。
雖然托馬斯·雷的終極目標是創造新生命。但他更願意將數字生活的研究稱為“合成生物學”。他不打算合成新的碳基生物，也不打算考慮新的生物化學。在他看來，生化代謝只是生命存在的必要條件，而不是生命的本質屬性，壹個生命系統應該定義為壹個“自我復制、不斷進化”的系統。他在《人工生命的合成方法》壹文中描述的生命，以及網上傳播的植根於“數字儲備”的生命，都符合這些生命標準([3]，PP . 111-145)。因此，托馬斯·雷聲稱，這些計算機物種可以被稱為生命，甚至計算機病毒也是有生命的(如果它能進化的話)。但是由於自然界的病毒是依靠非病毒細胞來繁殖的，所以很多生物學家都否認它們是活的有機生命，所以他們不認為計算機病毒是活的。
托馬斯·雷認為，利用軟件技術在計算機上創造數字生命可以分為兩種:壹種是對生命過程的模擬；二是生命過程的實例化。其相應的創造物可稱為模擬生命和合成生命([4]，第29-60頁)。生命過程的計算機模擬首先要建立被研究生命的結構或演化的計算模型，並將其變成程序在計算機上運行，然後將得到的結果與觀察或實驗得到的結果進行比較，從而實現原型——被研究生命。計算機模擬對生命現象的早期研究，往往是通過建立支配所研究的生態系統或生物群落的微分方程來實現的；新的自底向上模擬方法創建了壹組數據結構，其中數據結構的每個實例對應於單個實體。這些結構包含了個體狀態的變量，規則決定了個體與其環境之間的相互作用。壹旦實現了模擬，這些數據結構的組根據本地規則進行交互，結果，系統的整體行為從這些交互中顯現出來。第二種方式是生活過程的圖解。在仿真中，創建的數據結構包含了代表被仿真實體狀態的變量，從而將計算機中的數據看作是壹些真實事物的表示。在插圖中，計算機的數據並不代表其他任何東西，也就是說，插圖中的數據模式被視為壹種有自己性格的生命形式，而不是任何自然生命形式的模型。因此，數字生命圖解的基本目標之壹是將生命的自然形態和過程引入計算機等人工介質，於是出現了非碳基數字生命形態。然而，這樣做，人們需要通過研究有機生命的進化來獲得思想和技術手段，但它並不強迫數字媒體對有機世界進行不自然的模擬。需要記住的是，壹個新的範式並不是有機的，它在許多基本方面都不同於有機生命，例如，有機生命駐留在歐幾裏得空間，而數字生命駐留在計算機內存的邏輯空間[5]。
托馬斯·雷關於數字生活和數字生活世界的觀點引起了巨大爭議。壹些人認為他的工作是理論生物學的壹個有用的練習，但不接受他對數字生活的強有力的哲學解釋。借用塞爾關於人工智能的論證([6]，3:417-57)，他們說即使弱人工生命在科學上有價值，強人工生命也是不可能的。然而，人們認為托馬斯·雷的數字生活模型畢竟是探索這種可能性的大膽嘗試。
對合成新生命形式的懷疑是基於這樣壹種假設，即如果生命不是奇跡，它的起源幾乎是不可能的。似乎要解決很多復雜的細節才能讓生命出現。生命的可能性是壹種天文上的可能性，生命甚至可能是宇宙中只出現在地球上的偶然事件。但也有人工生命學者指出([7]，pp.146-172。)認為這種懷疑的觀點是站不住腳的。在他們看來，有序狀態的出現，甚至是再生產的出現，從根本上來說並不是唯壹的、不可預測的，而是復雜系統中必然會出現的東西。為了研究有序狀態的自發起源，考夫曼考慮了由許多相互作用的單元組成的信息處理系統，並解釋了這些具有不同活力水平的抽象定義的系統。考夫曼的數學模型表明，無論信息處理系統從何種無序狀態開始，這些穩定模式的形成都是不可避免的。正是基因之間的相互作用，迫使細胞的基因自發地將自己組織成壹個穩定的模型，可以在它們的環境中生存。第二，人們不僅要把自己的自然生態系統當作真正的現實；如果換個角度看計算機和網絡組成的虛擬世界，數字生命生活其中的數字生態系統能說是真實的嗎？數字生活和數字生活世界的出現似乎對傳統的生命科學、生態學、哲學和倫理學提出了挑戰。創造數字生命的理論和實踐意義在於:第壹，數字生命像自然生命壹樣遵循遺傳和進化規律，為深入研究生物進化和復雜生命系統提供了新的實驗手段；其次，數字生活的研究確實在電腦屏幕上展現了生命的諸多特征，為人們深入揭示生命本質提供了新的思路和新的研究方法；第三，研究數字生命可以為研究自然生命的生長、發展和進化提供計算機模型和計算機網絡支持環境。借助數字生命的研究方法，探索人類繁衍、遺傳和進化的機制，有助於人類計劃生育和優生優育的研究和實施，進而有助於解決物種爆炸、人口爆炸、環境汙染等壹系列現實問題。