趙 敏

走向智能研究院，北京，100028

關(guān)于不同類型的世界的劃分，論述不同，見解各異。早期有卡爾·波普爾經(jīng)典的 “老三個(gè)世界(物理世界、精神世界、客觀知識(shí)世界)”之說(shuō)，近期有世界經(jīng)濟(jì)論壇創(chuàng)始人克勞斯·施瓦布的“新三個(gè)世界(物理世界、生物世界、數(shù)字世界)”之說(shuō)，以及中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所王飛躍研究員提出的“平行世界(物理世界、心理世界、人工世界)”之說(shuō)?！度w智能革命》則提出了全新的“三體世界(物理實(shí)體、意識(shí)人體、數(shù)字虛體)”的獨(dú)立見解。對(duì)于第一體的物理實(shí)體和第二體的意識(shí)人體，大家非常熟悉，而作為第三體的數(shù)字虛體，正在以迅速膨脹、互聯(lián)和聚合之勢(shì)展現(xiàn)在人們的面前。

數(shù)字虛體是一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)軟硬件設(shè)備的高級(jí)數(shù)理邏輯系統(tǒng)，它能幫助操作者控制、執(zhí)行、復(fù)制或創(chuàng)建各種應(yīng)用，也可以自我優(yōu)化和自主發(fā)展，最終演化出自我意識(shí)，形成自己的數(shù)字語(yǔ)言、自己的數(shù)字思維、自己的數(shù)字化演進(jìn)規(guī)律，與人協(xié)作或平行于人類發(fā)展。數(shù)字虛體也可以簡(jiǎn)稱為“數(shù)體”。

1 數(shù)字虛體引領(lǐng)新一輪科技革命

1.1 萬(wàn)物演化，界分三體

世間萬(wàn)物，有序演進(jìn)。時(shí)空不同，規(guī)律相同。

很多科學(xué)家和學(xué)者都以不同的角度與觀點(diǎn)來(lái)研究和詮釋萬(wàn)物演進(jìn)的規(guī)律。一些學(xué)者都已經(jīng)或正在試圖用“三個(gè)世界”的觀點(diǎn)來(lái)觀察和解釋今天智能化的發(fā)展趨勢(shì)，但是根據(jù)筆者的長(zhǎng)期觀察，“三個(gè)世界”這個(gè)已經(jīng)被廣泛使用的術(shù)語(yǔ)，已經(jīng)無(wú)法更準(zhǔn)確地解讀今天的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，有必要找到一組新的術(shù)語(yǔ)，能夠繼承三個(gè)世界的精髓，能夠容納下更多的技術(shù)內(nèi)涵，同時(shí)還能夠與事物的發(fā)展規(guī)律相吻合。因此，筆者把研究的目光放在了“體”上。

在《三體智能革命》一書中，按照出現(xiàn)的時(shí)間順序，筆者把世界分為三類“體”：

第一體：物理實(shí)體，由自然界物質(zhì)以及人類所創(chuàng)造的各種實(shí)體設(shè)備(啞設(shè)備)、人造材料所構(gòu)成的物質(zhì)與材料世界。物理實(shí)體伴隨宇宙誕生而存在，迄今已經(jīng)有約138億年歷史。

第二體：意識(shí)人體，人是地球上所有生物體的杰出代表，構(gòu)成了社會(huì)的基本要素。人體具有自身的智能反應(yīng)與智慧的意識(shí)活動(dòng)。意識(shí)人體的杰出代表智人在30萬(wàn)年前走出非洲。

第三體：數(shù)字虛體，存在于電腦和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之中的一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)軟硬件設(shè)備的高級(jí)數(shù)理邏輯系統(tǒng)，基于電腦而實(shí)現(xiàn)，源于軟件而發(fā)展，載于網(wǎng)絡(luò)而增強(qiáng)，由于知識(shí)而智能。數(shù)字虛體大約在60多年前伴隨電腦出現(xiàn)而形成。

三體順序的排列，既符合時(shí)序和事物發(fā)展的客觀規(guī)律，也在內(nèi)涵上更加豐富和全面，它形成了對(duì)波普爾經(jīng)典的“老三個(gè)世界”理論的某種替代，和對(duì)施瓦布的“新三個(gè)世界”、王飛躍的“平行世界”理論的補(bǔ)充與發(fā)展，可以更準(zhǔn)確、全面地詮釋客觀世界的發(fā)展規(guī)律。

用“體”而不是用“世界”，能更好地概括客觀現(xiàn)實(shí)世界中的諸多要素，并能更準(zhǔn)確地描述智能的緣起、發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)?！笆澜纭币辉~，在空間上限定性更大一些，會(huì)因?yàn)樗季S定式而讓人囿于某種想象；而“體”一詞，則在空間尺度上可大可小，而且更重要的是，“體”在語(yǔ)義上比較容易在“主體”和“客體”之間轉(zhuǎn)換，而“世界”一詞則不易做到。

在對(duì)應(yīng)分類上，每個(gè)詞匯都是因果相生、虛實(shí)結(jié)合，詞匯之間做到了彼此對(duì)應(yīng)。例如，物理實(shí)體一詞，其中“物理”原意指自然規(guī)律或研究自然規(guī)律的物理學(xué)科，“實(shí)體”則強(qiáng)調(diào)其形態(tài)是占時(shí)空、有質(zhì)量的；意識(shí)人體一詞中的“意識(shí)”指人腦對(duì)大腦內(nèi)外表象的覺(jué)察，是心理活動(dòng)，而“人體”則是一種實(shí)實(shí)在在的生物實(shí)體；數(shù)字虛體一詞，其中“數(shù)字”是以二進(jìn)制數(shù)字構(gòu)成的純數(shù)理邏輯，“虛體”則與實(shí)體對(duì)應(yīng)，是一種在數(shù)字空間中對(duì)實(shí)際事物形態(tài)進(jìn)行數(shù)字化鏡像的映射體(數(shù)字孿生)。三體術(shù)語(yǔ)之間的內(nèi)涵與對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 三體術(shù)語(yǔ)之間的內(nèi)涵對(duì)應(yīng)關(guān)系

數(shù)字虛體的面世，某種程度上改變了我們?cè)旧娴亩澜绲脑?，極大地引領(lǐng)了科技革命的發(fā)生與發(fā)展，推動(dòng)了第三次工業(yè)革命的形成。

1.2 數(shù)體崛起，無(wú)限膨脹

對(duì)于第一體、第二體，大家都身在其中，可謂熟悉至極，不再贅述。作為后起之秀的第三體——數(shù)字虛體，近年來(lái)飛速崛起，正在迅速地膨脹、互聯(lián)和聚合。

實(shí)際上，只要你使用計(jì)算機(jī)，就必須與計(jì)算機(jī)上的軟件打交道。計(jì)算機(jī)硬件(以芯片為代表)，是構(gòu)成賽博空間(Cyberspace)的物理介質(zhì)，通過(guò)科學(xué)效應(yīng)(如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng))而實(shí)現(xiàn)其底層功能，支撐了賽博空間的存在。運(yùn)行在其中的軟件，則是調(diào)用計(jì)算機(jī)硬件的底層功能的指令序列和數(shù)據(jù)的集合。每當(dāng)我們登錄計(jì)算機(jī)之后，在屏幕上就會(huì)為我們打開一個(gè)虛擬的、可以無(wú)限延伸的賽博空間。如果我們忽略(或省略)底層的電磁效應(yīng)和物理介質(zhì)，那么，賽博空間就簡(jiǎn)化為我們每天都打交道的數(shù)字空間。有芯片，就必有數(shù)字空間。

人們?cè)谶^(guò)去的60多年里，創(chuàng)造和使用了無(wú)數(shù)的、大大小小的數(shù)字空間，它們彼此分立，互不歸屬，形態(tài)各異，形成了無(wú)數(shù)的數(shù)字化孤島，包含了大量的信息碎片。

在這些數(shù)字空間中，人們可以用軟件創(chuàng)造、編輯、合并、刪除、放大、縮小、疊加、存儲(chǔ)任何形態(tài)的數(shù)字化形體(模型)，如數(shù)字化的曲軸、齒輪、箱體、燃油、飛行器、道路、樹木、建筑、乃至人體等，以及定義和描述這些數(shù)字化形體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。這樣的操作，在尺度上由小到大，在結(jié)構(gòu)上由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，在層級(jí)上由部件到整機(jī)，在狀態(tài)上由靜止到運(yùn)動(dòng)，在功能上由機(jī)械到生物，在仿真上由數(shù)字到數(shù)字物理一體化，在節(jié)點(diǎn)上由單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)，等等。數(shù)字空間的深度、廣度、聚合度、耦合度、集成度等都在擴(kuò)展。

借助計(jì)算機(jī)上的數(shù)字空間和運(yùn)行在其中的數(shù)字虛體，過(guò)去人類能做的事情，很多都可以在計(jì)算機(jī)上做，很多過(guò)去人類只能想一想但是無(wú)法去實(shí)現(xiàn)的事情，現(xiàn)在也可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。幾十年來(lái)，軟件定義機(jī)器、軟件定義制造，得到了完美的詮釋與實(shí)踐。

十幾年來(lái)，在飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的打通與“融合”下，數(shù)字空間的碎片數(shù)量正在大大減少，而體量正在急劇增加，運(yùn)行在其中的數(shù)字虛體愈來(lái)愈強(qiáng)大。未來(lái)的數(shù)字虛體世界，就是要借助互聯(lián)網(wǎng)，把所有的數(shù)字化孤島、信息碎片都聯(lián)接起來(lái)，形成一個(gè)完整的、無(wú)限的、人類(和/或數(shù)字智能體)可以任意編輯操作的數(shù)字世界，乃至數(shù)字宇宙，讓數(shù)字虛體健康卓越地繁衍、成長(zhǎng)與發(fā)展壯大。

1.3 打破時(shí)空，數(shù)體永生

數(shù)字空間的崛起，取決于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，取決于互聯(lián)網(wǎng)帶寬的提高，取決于知識(shí)的泛在，取決于使用人群的價(jià)值傾向等等，但是，其崛起與傳統(tǒng)的資源(如人、財(cái)、物)的限制關(guān)系正在逐步變?nèi)?，特別是與千百年來(lái)最大的傳統(tǒng)資源限制——土地、海洋、天空的限制，已經(jīng)毫不相關(guān)，沒(méi)有什么東西能夠阻擋數(shù)字空間的延伸與前進(jìn)。不僅如此，數(shù)字空間中的軟件還可以為這一切傳統(tǒng)的資源來(lái)代言，這正是為什么互聯(lián)網(wǎng)具有蕩平時(shí)空障礙的巨大威力，輕易就把過(guò)去潛藏在深山老林、邊遠(yuǎn)地區(qū)、街巷市井中的難以發(fā)現(xiàn)、無(wú)人問(wèn)津的很多寶貴資源，源源不斷地推送到了世人的面前。

不僅在資源的聯(lián)接上所向披靡，在對(duì)第一體、第二體的數(shù)字化定義、描述與記錄上，數(shù)字虛體具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。筆者在《三體智能革命》一書寫到：這個(gè)數(shù)字世界是全息的，可以完整地映射物理實(shí)體世界，可以完整地記錄意識(shí)人體世界中的性格、思維、習(xí)慣、生活中的一切一切。所有的系統(tǒng)或應(yīng)用軟件、固件等，所有的微信類社交等，所有的“網(wǎng)紅”、網(wǎng)店、網(wǎng)絡(luò)XX等，所有的數(shù)字照片、視頻等，所有的棋牌類的博弈招數(shù)等，所有的產(chǎn)品/過(guò)程/工業(yè)大數(shù)據(jù)等……所有能夠被數(shù)字化的一切事物，都運(yùn)行、活躍、生存在數(shù)字虛體之中，形成數(shù)字孿生(digital twin,DT)。

即使想在數(shù)體空間中重塑一個(gè)“你自己”，也并非難事：讓所有記載著與“你自己”有關(guān)的信息知識(shí)的數(shù)據(jù)，逐漸地匯聚在“你自己”的數(shù)字虛體身上，使其像你一樣成長(zhǎng)，如你一般生活，隨你一起工作，伴你一起變老。而數(shù)字虛體世界的這個(gè)“你自己”的“身體”，也會(huì)準(zhǔn)確地映射出你的身體狀況，毫無(wú)偏差。即使你的物理身體死亡了，你的數(shù)字虛體依然存活，甚至還會(huì)不斷地有與你相關(guān)的信息進(jìn)入數(shù)字虛體世界，充實(shí)到你的虛體之中，讓數(shù)字虛體中的你繼續(xù)生活，繼續(xù)成長(zhǎng)，繼續(xù)與你的親朋好友保持順暢的交流。人類千萬(wàn)年不斷追求的長(zhǎng)生夢(mèng)，也許會(huì)以這種虛擬的方式得到實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字虛體世界中的0/1空間是人類的偉大發(fā)明，是延伸了第二體生物智能、改造未來(lái)的第一體實(shí)體智能的人造數(shù)字宇宙。它無(wú)邊無(wú)界，無(wú)形無(wú)態(tài)，無(wú)限延伸，無(wú)窮無(wú)盡，但是，第一體、第二體世界卻可以在其中有形有態(tài)，有痕有跡，有褒有貶，有情有義。第三體充分展示、映射第一體和第二體；歸屬于第二體的人類可以藉由第三體，對(duì)第一體進(jìn)行更好的駕馭和掌控，打造更好的第三體，同時(shí)也更好地認(rèn)識(shí)、繼承和捍衛(wèi)第二體本身。無(wú)論是哪一體，都將因?yàn)閿?shù)字虛體的出現(xiàn)以及三體之間的彼此相互作用、借鑒與融合而變得更加美好。

1.4 無(wú)數(shù)體，不智能

智能化是一個(gè)人造系統(tǒng)逐漸具有人造智能的過(guò)程。智能化的最終結(jié)果，有可能讓數(shù)字虛體完全擺脫人類的思維意識(shí)模式，獲得平行于人類意識(shí)而獨(dú)立發(fā)展的機(jī)會(huì)。

《三體智能革命》一書指出：從早先是“啞系統(tǒng)”的非智能化人造系統(tǒng)，發(fā)展到具有人造智能的智能化系統(tǒng)，有以下三個(gè)進(jìn)化路徑：

第一進(jìn)化路徑：數(shù)字化移民，在物理設(shè)備中嵌入數(shù)字化計(jì)算內(nèi)核。

數(shù)字化一切可以數(shù)字化的事物。凡是能嵌入計(jì)算內(nèi)核的物理設(shè)備，都會(huì)形成賽博系統(tǒng)，變身成為數(shù)字化移民。目前數(shù)字化移民正在以前所未有的速度激增。

第二進(jìn)化路徑：網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)接，形成廣域比特化數(shù)據(jù)通道。

網(wǎng)聯(lián)一切可以聯(lián)接的事物。唯有互聯(lián)，賽博系統(tǒng)才能發(fā)展成為賽博物理系統(tǒng)(CPS)，唯有互聯(lián)，才能打通比特化數(shù)據(jù)流通道，搭載數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、控制和決策。萬(wàn)物互聯(lián)，既是智能化的路徑，也是智能化的結(jié)果。

第三進(jìn)化路徑：主體認(rèn)知化，形成三體大知識(shí)交互能力。

一個(gè)僅僅擁有嵌入式芯片的人造系統(tǒng)還談不上智能物，頂多就是一個(gè)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制的物件而已。而一旦這個(gè)人工系統(tǒng)嵌入了數(shù)字虛體智能，那么它就被“賦予”了認(rèn)知的主體性，必然是一個(gè)嶄新的智能控制設(shè)備。這樣的設(shè)備將通過(guò)各種聯(lián)網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)乃至未來(lái)的體聯(lián)網(wǎng)、腦聯(lián)網(wǎng)等等)自由地調(diào)取整個(gè)人類意識(shí)空間、數(shù)體空間的大知識(shí)和“云智能”。未來(lái)，三體都將產(chǎn)生知識(shí)，從而形成大知識(shí)的時(shí)代。泛在的大知識(shí)如同水、燃?xì)夂碗娨粯?，將成為人類、?shù)字體乃至智能物三類智能主體共存的世界運(yùn)行的基本要素。

無(wú)數(shù)體，不智能。以軟件為代表的電腦智能一直是人腦意識(shí)和認(rèn)知能力在數(shù)字空間的延伸與發(fā)展。伴隨著數(shù)字空間的膨脹和智能技術(shù)的演進(jìn)，數(shù)字虛體不僅可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行，甚至也開始了自我學(xué)習(xí)提升，并且向著更加智能化的數(shù)字虛體智能演進(jìn)：未來(lái)數(shù)字虛體中會(huì)有其自身的運(yùn)行法則和發(fā)展規(guī)律，甚至可以形成獨(dú)立的自我意識(shí)，乃至出現(xiàn)數(shù)字人格，完整、完美地形成了數(shù)體智能，成為平行于人類智能的新智能主體。

2 數(shù)字虛體深度掌控物理世界

2.1 賽博空間，電磁主體

賽博是如何產(chǎn)生的？其覆蓋的范圍有多大？到底如何準(zhǔn)確解讀維納的《控制論》(也有人譯為“賽博學(xué)”)？是不是從機(jī)器到動(dòng)物都可以含括在賽博的范疇之內(nèi)？這些都是學(xué)術(shù)界仍然有爭(zhēng)議的問(wèn)題。在《三體智能革命》一書中，筆者對(duì)此進(jìn)行了討論。

筆者以為，賽博無(wú)處不在，皆因電磁緣起。首先要了解的，應(yīng)該是電。

3000多年前的殷商時(shí)期，中國(guó)甲骨文中就有了“雷”及“電”的形聲字。2000年前，古羅馬的醫(yī)生就知道觸摸電鰩(一種可發(fā)出電擊的魚)可以治療痛風(fēng)和頭疼。直到1752年，美國(guó)的本杰明·富蘭克林用一個(gè)極其危險(xiǎn)的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，證明了天空的閃電和地面上的電是一回事。電存在于所有的物體之中。1831年英國(guó)的邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)和電場(chǎng)可以相互產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換。由此，人類踏上了探索使用電磁的偉大征程。

1887年德國(guó)物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波的存在，意大利人馬可尼在1894年第一次在家里用無(wú)線電波打響了10 m以外的電鈴，并在1898年驗(yàn)證了諸如無(wú)線電、光等都是不同形式的電磁波。同年，特斯拉已經(jīng)可以用無(wú)線電波操縱自己發(fā)明的遙控船了。

賽博并不神秘，早期的賽博就是基于電磁的遠(yuǎn)程控制，具體的實(shí)現(xiàn)手段以雷達(dá)和天線為主，從遙控水雷到遙控宇宙飛船?，F(xiàn)在人類用電磁信號(hào)控制一個(gè)宇航器的最遠(yuǎn)距離是170億km——2012年NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)對(duì)快要飛出太陽(yáng)系的“旅行者1號(hào)”發(fā)出了遙控指令，讓它的照相機(jī)對(duì)地球做了最后一次“自拍”。這道以光速飛馳的控制指令要16 h才能到達(dá)。2017年11月底，NASA項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又成功地喚醒了沉睡37年之久的一組航跡修正推進(jìn)器，控制指令在太空的傳輸時(shí)間已經(jīng)延長(zhǎng)到19h35min，據(jù)估算遙控距離為210億km。這恐怕是人類使用電磁波對(duì)一個(gè)人造系統(tǒng)所做的最遙遠(yuǎn)的控制了！

當(dāng)然，人類對(duì)賽博的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，賽博在軍事領(lǐng)域得到了高度重視，賽博空間一詞大行其道。2009年4月，在美國(guó)國(guó)防部的倡導(dǎo)下，《賽博力量和國(guó)家安全》一書出版發(fā)行，該書對(duì)賽博空間做了定義與全面介紹，認(rèn)為賽博空間是一個(gè)可操作的領(lǐng)域，由電磁頻譜、電子系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)設(shè)施三部分組成，人類通過(guò)電子技術(shù)和電磁頻譜進(jìn)入該領(lǐng)域，進(jìn)行信息的創(chuàng)建、存儲(chǔ)、修改、交換和利用。該定義強(qiáng)調(diào)了賽博空間包含以下三個(gè)基本部分：電磁頻譜——主要指遠(yuǎn)程控制與信息承載能力；電子系統(tǒng)——主要指計(jì)算機(jī)等設(shè)備所形成的傳感、計(jì)算與運(yùn)行能力；網(wǎng)絡(luò)設(shè)施——主要指基于網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通能力。

2013年美國(guó)國(guó)防部進(jìn)一步將賽博空間闡述為：“信息環(huán)境中的一個(gè)全球域，由相互依賴的信息基礎(chǔ)設(shè)施及其內(nèi)部數(shù)據(jù)構(gòu)成，這些網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及嵌入式處理器與控制器”。賽博空間不完全等于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)空間，其含義更寬泛，既包括網(wǎng)絡(luò)空間、電磁空間及其擴(kuò)展延伸的虛擬空間，也包括使用各種電磁能量的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的物理空間和有人參與的虛擬環(huán)境，因?yàn)槿祟愋枰秒姶艁?lái)實(shí)現(xiàn)必要的無(wú)線控制動(dòng)作。例如，衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)、交通指控網(wǎng)、軍事指控網(wǎng)、電視網(wǎng)等所有以傳輸、處理、存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)為特征的同構(gòu)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以及數(shù)不盡的無(wú)線遙控致動(dòng)器。

由上所述，從任何的電子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的內(nèi)部到外部，任何的空間內(nèi)，都可以充斥著各種用途、各種頻譜、搭載了各種信號(hào)的電磁波——如廣播、電視、CDMA、GSM、WCDMA、WiFi、藍(lán)牙、紅外乃至NFC等。人們每天都離不開電磁波。藉由建立在電磁波上的互聯(lián)網(wǎng)和各種網(wǎng)絡(luò)，可以跨越任何時(shí)空限制來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)限延伸的賽博空間中的遠(yuǎn)程控制，如在地球上某一點(diǎn)來(lái)建設(shè)、修改、控制甚至破壞另外半球的設(shè)備已經(jīng)不是難事。

由電磁，而賽博。電磁，是賽博空間的造就者、主導(dǎo)者和傳承者。沒(méi)有電磁，就沒(méi)有賽博空間。當(dāng)然，如果沒(méi)有電，也就沒(méi)有電磁。因此，任何的賽博設(shè)備，都離不開一個(gè)最基本的要素——電。

2.2 賽博設(shè)備，電磁造數(shù)

類似于二進(jìn)制的數(shù)理邏輯系統(tǒng)——八卦符號(hào)系統(tǒng)，發(fā)明于7000多年前無(wú)文字時(shí)代，屬于中國(guó)人的一個(gè)創(chuàng)舉。在八卦符號(hào)系統(tǒng)中，陰為0，陽(yáng)為1，陰陽(yáng)的不同組合，既表示不同層級(jí)的卦象(如兩儀、四象、八卦等)，也表示了數(shù)理——二進(jìn)制數(shù)字0/1的排列與組合，可惜國(guó)人數(shù)千年間都沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。首先提出二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則，并且認(rèn)識(shí)到八卦符號(hào)系統(tǒng)是最早的二進(jìn)制符號(hào)系統(tǒng)的，是德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨。他的演算結(jié)果如圖1所示。

圖1 二進(jìn)制對(duì)應(yīng)十進(jìn)制的演算(筆者拍攝于柏林科技博物館)Fig.1 Calculation of binary corresponds to decimal(photo by Deutsches Technikmuseum Berlin)

除了太極拳里面用人的肢體所表示的陰、陽(yáng)(0和1)之外，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)理邏輯的人造系統(tǒng)非常多?？梢杂霉P畫，可以用燈光，可以用穿孔紙帶，可以用晶體管……

作為一種數(shù)字信息，二進(jìn)制(0和1)在展示上必須依靠特定物理載體來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法抽象地、無(wú)介質(zhì)地獨(dú)立存在。不管是用筆畫表示的“—，--”(陽(yáng)，陰)，還是用燈光表示的“亮，暗”，或者是用穿孔紙帶表示的“有孔，無(wú)孔”，亦或是用晶體管中的電流表示的“通，斷”，它們都需要物理介質(zhì)作為基本支撐。參照原工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)楊學(xué)山教授撰寫的《論信息》一書中“信息是由載體與/或外殼承載并表達(dá)的一起客觀存在的含義”，可以認(rèn)為，信息必須有自己的“載體”與/或“外殼”，在這里，筆畫、燈光、紙孔、電流就是上述舉例的載體。

顯然，在上面列舉的實(shí)現(xiàn)“0/1”的方式中，用傳統(tǒng)的筆畫書寫表示是最慢的；用燈光表示比較快，但是燈泡占用空間較大；用穿孔紙帶表示占空間不大，而且處理速度較快，但是無(wú)法持續(xù)提高運(yùn)算速度和打孔密度；而用晶體管來(lái)表示不僅速度快、占空間小，而且可以持續(xù)提高運(yùn)算速度和晶體管的密度。因此，以電磁造數(shù)——用晶體管構(gòu)建邏輯門電路來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，形成了集成電路。高度密集化的超大規(guī)模集成電路造就了今天最常見的一種賽博設(shè)備——芯片。

由賽博，而數(shù)字。從實(shí)現(xiàn)原理上說(shuō)，電場(chǎng)構(gòu)成了芯片中計(jì)算和傳導(dǎo)的物理場(chǎng)，磁場(chǎng)構(gòu)成了芯片中存儲(chǔ)的物理場(chǎng)，電/磁場(chǎng)構(gòu)成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的物理場(chǎng)。因此，沒(méi)有穩(wěn)定的物質(zhì)(半導(dǎo)體PN結(jié))，就沒(méi)有穩(wěn)定的電/磁場(chǎng)，也就沒(méi)有穩(wěn)定的二進(jìn)制“0/1”，當(dāng)然也就沒(méi)有穩(wěn)定的數(shù)字空間的存在。“數(shù)字—電磁—物質(zhì)”就是這樣和諧地統(tǒng)一到了芯片——這個(gè)最基本的物理介質(zhì)上。

2.3 硬件軟件，虛實(shí)合體

僅僅有了由芯片組成的計(jì)算機(jī)等賽博設(shè)備還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。計(jì)算機(jī)要想正常工作，必須由人賦予基本的運(yùn)行指令(程序)，在人和計(jì)算機(jī)之間能夠彼此順暢地傳遞和交換信息。因此，人與計(jì)算機(jī)之間傳遞信息的媒介(通信的語(yǔ)言)——計(jì)算機(jī)語(yǔ)言就誕生了。為了使計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種工作，就需要有一套用來(lái)編寫計(jì)算機(jī)程序的字符和語(yǔ)法規(guī)則，由這些字符和語(yǔ)法規(guī)則組成計(jì)算機(jī)各種指令(語(yǔ)句)，賦予各種數(shù)據(jù)，就形成了計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和接受的語(yǔ)言，形成了軟件程序。

計(jì)算機(jī)(芯片)中的每一個(gè)動(dòng)作、步驟，都是按照已經(jīng)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編好的程序來(lái)驅(qū)動(dòng)芯片的底層功能來(lái)執(zhí)行的。程序就是計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的指令的集合。程序身兼二任，相當(dāng)于一個(gè)“同聲翻譯”，面向人的界面上，都是用人類語(yǔ)言來(lái)編寫的；面向芯片的界面上，都是用最基本的機(jī)器語(yǔ)言來(lái)編寫的。因此在人機(jī)交互過(guò)程中，所有的信息都能夠彼此互通互懂。而在芯片的底層，所有的程序都是用“0/1”(晶體管電流的通/斷)來(lái)表示的。因此，無(wú)論多么復(fù)雜的程序，都是一系列的二進(jìn)制數(shù)字“0/1”組成的。

由數(shù)字，而軟件。這一系列的二進(jìn)制數(shù)字“0/1”構(gòu)成了我們常說(shuō)的“軟件”。如果沒(méi)有軟件，所有的計(jì)算機(jī)都是擺設(shè)。形形色色、大大小小、不同用途的軟件，定義了數(shù)據(jù)，定義了模型，定義了功能，定義了機(jī)器，定義了過(guò)程，定義了規(guī)則，定義了網(wǎng)絡(luò)，定義了虛擬的數(shù)字世界，定義了制造業(yè)，定義了可以定義的一切。

軟件和硬件，數(shù)字和物理，在肉眼不可見的納米級(jí)別的芯片空間中，在電/磁場(chǎng)的波谷與波峰上，歷史性地相遇、相知、相伴與合體。在軟件的驅(qū)使下，“0/1”的數(shù)字波谷與波峰，構(gòu)成了洶涌的數(shù)字江河與數(shù)據(jù)海洋，占據(jù)每一條可能的數(shù)據(jù)通道，充斥了每一個(gè)數(shù)字空間，塑造了每一個(gè)鮮活的數(shù)字虛體(圖2)。

圖2 芯片造就的數(shù)字空間及數(shù)字虛體(該圖來(lái)自網(wǎng)絡(luò))Fig.2 Digital space and digital virtual body produced by the chips(photo by web)

由軟件，而數(shù)體。如果沒(méi)有軟件、硬件與網(wǎng)絡(luò)的合體，沒(méi)有井然有序的計(jì)算機(jī)指令程序和可用的數(shù)據(jù)資源，就沒(méi)有可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)表達(dá)事物的功能，也就沒(méi)有今天日益崛起的數(shù)字虛體——世間造物的第三體。

2.4 防聾治啞，依賴CPS

早期的物理設(shè)備經(jīng)常被稱作啞設(shè)備，專指那些沒(méi)有入網(wǎng)、不能自動(dòng)匯報(bào)、不能透明化管理的物理設(shè)備?！皢　保且?yàn)椤懊@”、“瞎”所致，即啞設(shè)備沒(méi)有信息的輸入，當(dāng)然也就沒(méi)有信息的輸出。沒(méi)有任何信息輸入與輸出的設(shè)備，其實(shí)就是愚設(shè)備、笨設(shè)備、不智能的設(shè)備。

要想讓設(shè)備從愚變聰、從笨變靈、從啞變智，必須借助數(shù)字虛體的強(qiáng)大功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

怎樣讓數(shù)字虛體進(jìn)入物理實(shí)體，并且讓它們彼此能夠相互作用呢？答案是給物理設(shè)備嵌入計(jì)算內(nèi)核，即借助智能化的使能技術(shù)CPS來(lái)實(shí)現(xiàn)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)專家海倫·吉爾指出：“CPS是那些由計(jì)算內(nèi)核所集成、監(jiān)控和/或控制其運(yùn)行的物理、生物和工程系統(tǒng)。組件在任意級(jí)別上聯(lián)網(wǎng)。計(jì)算被深深嵌入到每一個(gè)物理組件中，甚至可能進(jìn)入材料內(nèi)部。計(jì)算內(nèi)核是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，一般需要實(shí)時(shí)響應(yīng)并且常常是分布式的?！庇稍摱x可見，計(jì)算內(nèi)核是實(shí)現(xiàn)CPS的基本要素，通常由芯片之類的硬件以及預(yù)裝和運(yùn)行在芯片中的軟件所組成。

筆者在《三體智能革命》一書中，特別提到了實(shí)現(xiàn)CPS的基本邏輯：把人的思想提煉為知識(shí)和算法，把知識(shí)和算法嵌入軟件，把軟件嵌入硬件，把硬件嵌入物理系統(tǒng)，由此而組成形式多樣但邏輯一致的CPS系統(tǒng)。在C(賽博空間)中運(yùn)行的數(shù)字虛體，通過(guò)電磁場(chǎng)和數(shù)字指令，驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，由此而驅(qū)動(dòng)和控制物理實(shí)體P(物理空間)。

在數(shù)字虛體中，可以完美地呈現(xiàn)物理產(chǎn)品的數(shù)字鏡像——數(shù)字孿生，由此而實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體和數(shù)字虛體的精確映射。其中，虛(C)指的是賽博中的數(shù)字虛體，實(shí)(P)指的是物理實(shí)體。CPS可以實(shí)現(xiàn)傳感、計(jì)算、通信、網(wǎng)絡(luò)、控制等(并不止“3C”)，多位一體，軟件和算法以認(rèn)知的形式體現(xiàn)了人的意識(shí)和智慧，最終以智能行為方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理實(shí)體的精確控制。因此，一個(gè)具有CPS結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，一定是一個(gè)具有某種人造智能的系統(tǒng)。

由數(shù)體，而智能。在這一輪以智能化為標(biāo)識(shí)的新科技革命浪潮中，CPS是實(shí)現(xiàn)智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，所有恒定智能系統(tǒng)和開放智能系統(tǒng)都需要CPS在其中扮演重要的角色。由前所述，智能具有豐富的內(nèi)涵和多途徑的實(shí)現(xiàn)方式，而CPS不過(guò)是把人的智能以數(shù)字化知識(shí)的形式應(yīng)用在制造領(lǐng)域中的一種重要的實(shí)現(xiàn)載體，它的出現(xiàn)，是人類智能的革命與外化。

2.5 虛實(shí)映射，數(shù)字孿生

本節(jié)的內(nèi)容在《三體智能革命》組稿過(guò)程中限于篇幅而被刪掉了，現(xiàn)借本文重新展現(xiàn)。

如果把“工業(yè)化+信息化”稱作是“宏觀兩化融合”，筆者認(rèn)為，“微觀兩化融合”正在隨時(shí)、隨地發(fā)生，即：實(shí)體數(shù)字化，數(shù)字實(shí)體化。也有外國(guó)專家將其稱之為：實(shí)體賽博化，賽博實(shí)體化。如果忽略電磁介質(zhì)，大家說(shuō)的是同一個(gè)意思。

“微觀兩化融合”的結(jié)果是，物理世界的大多數(shù)物理實(shí)體產(chǎn)品將會(huì)在數(shù)字世界中有一個(gè)自己的“鏡像”式數(shù)字產(chǎn)品，盡管二者實(shí)質(zhì)不同，并非同一種體，但是由于二者極其相像，近乎鏡像關(guān)系，故也將其稱作“數(shù)字孿生”或者叫作“數(shù)字映像”，如圖3所示。

圖3 虛實(shí)映射產(chǎn)生“數(shù)字孿生”(該圖根據(jù)西門子公司圖片制作)Fig.3 Virtual mapping produces “digital twin” (photo by SIEMENS)

從具體的虛實(shí)映射方式來(lái)說(shuō)，數(shù)字世界的產(chǎn)品可以與物理世界的產(chǎn)品進(jìn)行關(guān)聯(lián)和疊加，雙向互動(dòng)，由此而產(chǎn)生非常新穎的應(yīng)用。例如，從數(shù)字側(cè)可以感知、控制物理側(cè)，即在物理產(chǎn)品上進(jìn)行試驗(yàn)，而在數(shù)字產(chǎn)品上直接顯現(xiàn)出實(shí)時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，如物理設(shè)備的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、受力等各種工況。這樣的虛實(shí)結(jié)合的關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)，甚至可以替代過(guò)去必須做的CAE仿真計(jì)算，直接得到最精確的實(shí)況結(jié)果。

從物理側(cè)可以隨時(shí)疊加數(shù)字側(cè)，調(diào)用數(shù)字側(cè)的任何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。例如，現(xiàn)在的技術(shù)可以做到用定制開發(fā)的諸如手機(jī)或iPad等手持設(shè)備的攝像頭來(lái)拍攝某個(gè)物理設(shè)備的二維碼，即可通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)的方式把該設(shè)備的數(shù)字虛體設(shè)備在屏幕上顯示出來(lái)，且標(biāo)明各個(gè)零部件在數(shù)字產(chǎn)品中的多種設(shè)計(jì)信息，如零部件編號(hào)、設(shè)計(jì)商、生產(chǎn)商、使用年限、本次維修期限、使用條件等，極大地方便了維保服務(wù)，如圖4所示。

圖4 數(shù)字虛體設(shè)備與物理實(shí)體設(shè)備疊加(該圖來(lái)自PTC公司)Fig.4 Superposition of digital virtual body device and physical entity devive(photo by PTC)

數(shù)字孿生，其實(shí)是形成、發(fā)展和應(yīng)用CPS技術(shù)的一個(gè)階段性的必然結(jié)果。應(yīng)用CPS技術(shù)最大的益處是，可以通過(guò)數(shù)字虛體世界來(lái)精確控制、智能驅(qū)動(dòng)物理實(shí)體世界中的任何設(shè)備。通過(guò)狀態(tài)感知、分析計(jì)算、自我決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升來(lái)實(shí)現(xiàn)人造技術(shù)系統(tǒng)的人造智能。

3 數(shù)字虛體推動(dòng)軟件定義世界

3.1 零件定義機(jī)器

第一次工業(yè)革命時(shí)期機(jī)器誕生，我們就有了關(guān)于機(jī)器的定義。

某國(guó)內(nèi)百科網(wǎng)站定義：機(jī)器是由各種金屬和非金屬部件組裝成的裝置，消耗能源，可以運(yùn)轉(zhuǎn)、做功。機(jī)器一般由零件、部件組成一個(gè)整體，或者由幾個(gè)獨(dú)立機(jī)器構(gòu)成聯(lián)合體。它用來(lái)代替人的勞動(dòng)、進(jìn)行能量變換、信息處理，以及產(chǎn)生有用功。

某國(guó)外百科網(wǎng)站定義：機(jī)器是一種包含有一個(gè)或多個(gè)組成部分的工具，它使用能量來(lái)執(zhí)行預(yù)期的操作。機(jī)器通常通過(guò)機(jī)械、化學(xué)、熱或電的裝置來(lái)提供動(dòng)力，并且通常是電動(dòng)化的。在歷史上，需要有帶有動(dòng)力的工具讓零部件運(yùn)動(dòng)起來(lái)才能將其歸類為一個(gè)機(jī)器。然而，電子的出現(xiàn)已經(jīng)導(dǎo)致動(dòng)力工具的發(fā)展：沒(méi)有零部件運(yùn)動(dòng)的設(shè)備也可以被認(rèn)為是機(jī)器。

不管是“由各種金屬和非金屬部件組裝成的裝置”、“一般由零件、部件組成一個(gè)整體”，還是“一種包含有一個(gè)或多個(gè)組成部分的工具”，一個(gè)基本的事實(shí)是：機(jī)器由零部件組成，或者說(shuō)，機(jī)器的功能由零部件決定，因?yàn)槊總€(gè)零部件的子功能，最終決定和主導(dǎo)了整臺(tái)機(jī)器的功能。

在第一次、第二次工業(yè)革命的兩百多年里，一旦一臺(tái)機(jī)器制造完畢，就難以改動(dòng)機(jī)器的功能了。即使只想做一下小改小革，也需要重新設(shè)計(jì)某些零部件。如果做稍大范圍的功能改進(jìn)，就需要重新設(shè)計(jì)整臺(tái)機(jī)器。這意味著，機(jī)器的功能是剛性的、本地的、難以改變的，或者說(shuō)，改變是需要很大代價(jià)的。直到第三次工業(yè)革命之前，這樣的情形一直沒(méi)有改變。

機(jī)器不方便修改(和編輯)其功能，何談智能？因此第一體的物理實(shí)體與第二體的意識(shí)人體的相互作用是漫長(zhǎng)、艱辛而痛苦的過(guò)程。正如筆者在《三體智能革命》一書中指出，機(jī)器不智能，就需要人去適應(yīng)機(jī)器，把意識(shí)人體中的智能補(bǔ)充進(jìn)去，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)較為快捷的生產(chǎn)。因此在早期的生產(chǎn)過(guò)程中，人很勞累且缺乏安全保障。

3.2 軟件定義機(jī)器

任何形式的機(jī)器都是技術(shù)系統(tǒng)。筆者在《TRIZ進(jìn)階及實(shí)戰(zhàn)》一書中指出：技術(shù)系統(tǒng)是不斷發(fā)展、演變和進(jìn)化的，其進(jìn)化必須符合技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的趨勢(shì)和規(guī)律。按照TRIZ發(fā)明方法，技術(shù)系統(tǒng)(機(jī)器)進(jìn)化的基本趨勢(shì)是，要符合“增加動(dòng)態(tài)性法則”，其核心技術(shù)的進(jìn)化路徑大致是：剛體→單鉸鏈→多鉸鏈→柔性體→液體→氣體→場(chǎng)，如圖5所示。

圖5 增加動(dòng)態(tài)性的進(jìn)化路徑Fig.5 Increase the evolutionary path of dynamics

因此，機(jī)器的核心技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一是，要不斷地提高自身的動(dòng)態(tài)性，以更好地適應(yīng)外部環(huán)境(超系統(tǒng))的制約，獲得更好、更多的進(jìn)化動(dòng)力，更方便地為人類服務(wù)。

在該進(jìn)化趨勢(shì)的主導(dǎo)下，機(jī)器的某些零部件開始呈現(xiàn)出能更好地適應(yīng)環(huán)境的“柔性”，變成使用場(chǎng)(各種物理場(chǎng))的技術(shù)，如聲場(chǎng)、熱場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)等。使用電場(chǎng)，意味著使用電，不管是強(qiáng)電還是弱電。使用電磁場(chǎng)，意味著使用各種無(wú)線遙控、光電傳感、激光、互聯(lián)網(wǎng)、WiFi技術(shù)等。根據(jù)TRIZ理論，軟件其實(shí)就是充分利用電/磁場(chǎng)等科學(xué)效應(yīng)的數(shù)字指令的集合。而軟件，恰恰是第三次工業(yè)革命的核心產(chǎn)物。

因此，很多機(jī)器的零部件，從百年前的鋼鐵或金屬零件，逐漸變成了電氣控制元器件，再變成了模擬電子元器件，再變成數(shù)字電子元器件(如芯片)，最后變成了由軟件來(lái)執(zhí)行部分機(jī)器功能的裝置?，F(xiàn)代的機(jī)器已經(jīng)脫胎換骨，包含了以上的各種新型的“零部件”，而軟件就是嵌入在金屬之中的“思想者”、“統(tǒng)治者”與“定義者”，如圖6所示。

圖6 機(jī)器零件的形態(tài)與內(nèi)容的變化Fig.6 Shape and content changes of machine parts

再看汽車變速器的進(jìn)化過(guò)程：無(wú)變速器→手動(dòng)變速器→液力自動(dòng)變速器→液壓傳動(dòng)自動(dòng)變速器→電力傳動(dòng)自動(dòng)變速器(電傳)→程控變速。

最終，形成了軟件主導(dǎo)機(jī)器的功能。典型的例子是手機(jī)，出廠時(shí)預(yù)設(shè)功能都一樣，但是客戶買到手中后，隨著客戶的個(gè)人喜好，卸載或新安裝了不同的軟件，于是，每個(gè)手機(jī)的功能都有所不同。因?yàn)槭謾C(jī)就是一個(gè)平臺(tái)類的機(jī)器，安裝的軟件不同，手機(jī)功能就不同。

因此，今天的很多機(jī)器設(shè)備，如數(shù)控機(jī)床、精密儀器、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、無(wú)人駕駛汽車、安防設(shè)備、生產(chǎn)線等，只要安裝了不同的軟件程序，機(jī)器就會(huì)有不同的功能表現(xiàn)。軟件定義機(jī)器——第三次工業(yè)革命的重要特征，被充分地體現(xiàn)了出來(lái)。

從零件定義機(jī)器發(fā)展到軟件定義機(jī)器，是時(shí)代的進(jìn)步，是工業(yè)革命代際更替的使然。

3.3 軟件定義可以定義的一切

今天，伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍的全面覆蓋，軟件應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣。同時(shí)，由計(jì)算機(jī)變形發(fā)展出來(lái)的各種工控編程器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、嵌入式設(shè)備等，各種測(cè)試儀器、醫(yī)療儀器、電視、廣播、娛樂(lè)設(shè)備等，以及手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備、VR/AR等各種智能硬件等，甚至在鼠標(biāo)、顯示器、游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、光驅(qū)、硬盤、鍵盤、路由器、電子書、交換機(jī)、“貓”、U盤、主板、打印機(jī)、繪圖儀等，都或多或少地加入了軟件這個(gè)必不可少的組成部分。在那些看得見或看不見的角落里，軟件都在發(fā)揮著我們想象得到或者想象不到的作用。在這些設(shè)備中，軟件“體量”或大或小，從幾十行代碼到幾十萬(wàn)行代碼不等，如果沒(méi)有軟件支撐，上述設(shè)備已經(jīng)無(wú)法運(yùn)行。

有些特殊機(jī)器設(shè)備中的軟件含量已經(jīng)達(dá)到了令人咋舌的地步，“如美國(guó)的F22戰(zhàn)斗機(jī)，它的每架飛機(jī)內(nèi)部就有13套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括雷達(dá)、飛控、火控、導(dǎo)航、氣象、非航電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)等，采用美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)1553B雙總線把這13套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它的機(jī)載軟件有200多萬(wàn)行代碼之多，用來(lái)幫助人們操作飛機(jī)，減輕駕駛員的工作；最新的F35飛機(jī)，單機(jī)機(jī)載軟件為900萬(wàn)行代碼，如果計(jì)算與之相關(guān)的地面導(dǎo)航、降落等支撐系統(tǒng)，一次飛行背后是數(shù)億行軟件代碼支撐的異常強(qiáng)大的數(shù)字化活動(dòng)”(本段內(nèi)容摘自《三體智能革命》，由寧振波研究員撰稿)。

如果沒(méi)有軟件，所有的計(jì)算機(jī)都將成為擺設(shè)，所有的由操作系統(tǒng)控制和運(yùn)營(yíng)的設(shè)備都會(huì)癱瘓，所有的計(jì)算機(jī)和手機(jī)等設(shè)備中的應(yīng)用軟件(APP)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)其預(yù)定功能。

形形色色、大大小小、不同用途的軟件，定義了數(shù)據(jù)，定義了模型，定義了功能，定義了機(jī)器，定義了設(shè)備，定義了過(guò)程，定義了規(guī)則，定義了網(wǎng)絡(luò)，定義了虛擬的數(shù)字世界，定義了可以定義的一切。

3.4 軟件，延伸人類知識(shí)與智能

軟件是什么？軟件是運(yùn)行在硬件中的數(shù)字化指令和數(shù)據(jù)的集合。因此，開發(fā)軟件也叫作編制軟件程序，簡(jiǎn)稱“編程”。所謂程序，就是以人類語(yǔ)言的格式，把一系列邏輯規(guī)則和知識(shí)表達(dá)出來(lái)，最終以“0/1”的代碼格式，驅(qū)動(dòng)硬件的底層功能。說(shuō)到底，軟件就是一系列按照預(yù)定的邏輯和格式編輯好的“0/1”代碼序列。

這一系列“0/1”代碼序列是怎樣來(lái)與原本屬于物理設(shè)備的各種機(jī)器發(fā)生關(guān)系的呢？這一切，全拜一種叫作芯片的“神器”所賜。芯片是一塊很小的硅片，在其上面集合了多種以電子元器件實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊。計(jì)算機(jī)中的CPU、內(nèi)存、閃存、緩存、硬盤等重要元器件，都可以用芯片技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。沒(méi)有芯片這個(gè)特殊的硬件裝置讓數(shù)字與物理裝置完美地結(jié)合與交匯在一起，就無(wú)法以“0/1”的代碼格式來(lái)驅(qū)動(dòng)硬件的底層功能，就沒(méi)有強(qiáng)大的賽博系統(tǒng)，就沒(méi)有豐富的軟件系統(tǒng)，就沒(méi)有完整的數(shù)字化信息產(chǎn)業(yè)，就沒(méi)有今天的數(shù)字虛體。

數(shù)字虛體是一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)軟硬件設(shè)備的高級(jí)數(shù)理邏輯系統(tǒng)。由于軟件是構(gòu)成數(shù)字虛體的主要內(nèi)容，因此，軟件決定了一個(gè)數(shù)字虛體的智能化程度。

因此，在任何一個(gè)設(shè)備中，能嵌入軟件的地方越多，嵌入的軟件代碼越多，軟件代碼所表達(dá)的算法越強(qiáng)大、越優(yōu)化，那么，這個(gè)設(shè)備的功能就越強(qiáng)大，其自動(dòng)化和智能化的水平就越高。從一個(gè)產(chǎn)品的軟件代碼數(shù)量基本上可以看出這個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化程度。例如，目前谷歌無(wú)人駕駛汽車的軟件已經(jīng)達(dá)到了1千萬(wàn)行代碼，微軟的視窗軟件大致有2.5千萬(wàn)行代碼，而谷歌軟件本身大約有20億行代碼！

軟件大舉進(jìn)入物理實(shí)體，是這一輪以智能化為標(biāo)識(shí)的科技革命的基本特征。而軟件進(jìn)入物理實(shí)體的一個(gè)重要成果，就是CPS技術(shù)的成熟與普及。

軟件的出現(xiàn)與發(fā)展壯大，讓世界發(fā)生了根本性的改變，其中的關(guān)鍵步驟是，軟件讓知識(shí)載體和思考載體發(fā)生了改變——軟件成為知識(shí)的最佳載體。幾只小小的芯片，就可以運(yùn)行和存儲(chǔ)百萬(wàn)行的軟件代碼。而在沒(méi)有軟件之前，所有的知識(shí)都記憶在人腦，書寫在紙面，篆刻在某些物理載體上，無(wú)論是記錄、使用、傳播等都受到極大的時(shí)空限制。正是軟件，把原本需要人思考的過(guò)程和使用的知識(shí)/數(shù)據(jù)等都錄入了計(jì)算機(jī)，讓數(shù)字虛體按照人的思路和意志來(lái)進(jìn)行處理，由此而最大限度地存儲(chǔ)和延伸了人類的知識(shí)與智能。

3.5 軟件，基于模仿而發(fā)展

軟件，在絕大多數(shù)情況下，其實(shí)是一種以模仿為目的、很容易進(jìn)行分布式部署并且很容易復(fù)制其工作模式的工具。今天計(jì)算機(jī)上所有的模仿、仿真與虛擬，都是軟件所致。

在工業(yè)界，人們用軟件來(lái)模仿和增強(qiáng)人的行為方式，例如，繪圖軟件最早模仿的就是人在紙面上作畫的行為。發(fā)展到人機(jī)交互技術(shù)比較成熟的階段后，人們開始用CAD軟件模仿產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外觀，CAE軟件模仿產(chǎn)品在各種物理場(chǎng)情況下的力學(xué)性能，CAM軟件模仿零部件和夾具在加工過(guò)程中的刀軌情況，CAPP軟件模仿工藝過(guò)程，CAT軟件模仿產(chǎn)品的測(cè)量/測(cè)試過(guò)程，OA軟件模仿行政事務(wù)的管理過(guò)程，MES軟件模仿車間生產(chǎn)的管理過(guò)程，SCM軟件模仿企業(yè)的供應(yīng)鏈管理過(guò)程，CRM軟件模仿企業(yè)的銷售管理過(guò)程，MRO軟件模仿產(chǎn)品的維修管理過(guò)程，等等。在早期的兩化融合過(guò)程中，依靠軟件中的某些特定算法，人們已經(jīng)開發(fā)出某些具有一定智能的工業(yè)軟件，如具有關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)效果的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

在娛樂(lè)界，人們用軟件來(lái)模仿和增強(qiáng)人的體驗(yàn)方式，例如，用電子書來(lái)模仿紙質(zhì)書，用電子音樂(lè)來(lái)模仿現(xiàn)場(chǎng)音樂(lè)，用電子琴軟件來(lái)彈琴，用評(píng)書軟件來(lái)說(shuō)書，用卡通軟件來(lái)模仿漫畫，用動(dòng)漫軟件來(lái)模仿動(dòng)畫影片，用游戲軟件來(lái)模仿各種真實(shí)游戲，用萬(wàn)年歷軟件來(lái)快速查找某個(gè)特殊日期或“吉時(shí)”等。人們不僅可以模仿已知的、有經(jīng)驗(yàn)的各種事物，還可以創(chuàng)造性地模仿各種未知的、從未體驗(yàn)過(guò)的事物，例如，影視界可以創(chuàng)造出諸如龍、鳳、麒麟、阿凡達(dá)、白雪公主、七個(gè)小矮人等傳說(shuō)中的形象，當(dāng)然也可以創(chuàng)造出更多的聞所未聞、見所未見的形象，只要人的想象力能達(dá)到即可。特別是當(dāng)這種模仿與VR/AR技術(shù)結(jié)合在一起的時(shí)候，所有的場(chǎng)景都栩栩如生，直入心境。于是，在由數(shù)字虛體構(gòu)成的虛擬世界中，所有的不可能都變成有可能，所有的在物理世界無(wú)法體驗(yàn)和重復(fù)的奇妙、驚險(xiǎn)和刺激場(chǎng)景，都可以在數(shù)字空間得以實(shí)現(xiàn)，最大限度地滿足了人的感官體驗(yàn)和精神需求。

在信息界，最早的模仿是模擬人腦的思考模式，但是從計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)上看，馮·諾依曼的體系無(wú)法有效地做到這一點(diǎn)，因?yàn)槿四X的結(jié)構(gòu)是運(yùn)算、存儲(chǔ)和控制一體化的，而馮·諾依曼的體系結(jié)構(gòu)則必須把運(yùn)算、存儲(chǔ)與控制分開來(lái)進(jìn)行，因此軟件界人士不得不花費(fèi)更多的時(shí)間和精力，用知識(shí)上更優(yōu)化的算法和硬件上更快的芯片，去克服這種體系上的先天不足。不過(guò)最近新出現(xiàn)的神經(jīng)突觸芯片已經(jīng)開始突破這一點(diǎn)。這種對(duì)人腦思維的模擬導(dǎo)致了信息界人工智能學(xué)科分支的誕生。幾十年后的今天，這種模仿還在不斷地發(fā)展。在某些展現(xiàn)人的智能水平的標(biāo)識(shí)點(diǎn)上，在軟件的支撐下，計(jì)算機(jī)已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)了人類基于思考而做事的水平，例如，同時(shí)并行處理多項(xiàng)事物，下棋(國(guó)際象棋、圍棋等)，基于大數(shù)據(jù)的醫(yī)療與健康分析等。

在軟件的支撐與輔助下，無(wú)論在質(zhì)和量上，軟件“做事”的結(jié)果已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了人做同樣的事情的結(jié)果。軟件的模仿，讓很多技術(shù)可以使能，讓現(xiàn)實(shí)世界更加虛擬，讓虛擬世界更加逼真，讓虛實(shí)映射更加精確，讓人造系統(tǒng)日趨智能。

3.6 軟件，重構(gòu)知識(shí)而泛在

人造系統(tǒng)究竟如何走向智能，筆者在《三體智能革命》一書和相關(guān)文章中反復(fù)強(qiáng)調(diào)，其根本原因就是三條進(jìn)化路徑：第一進(jìn)化路徑是數(shù)字化一切可以數(shù)字化的事物，第二進(jìn)化路徑是網(wǎng)聯(lián)一切可以聯(lián)接的事物，第三進(jìn)化路徑是主體認(rèn)知化，形成三體大知識(shí)交互能力。即通過(guò)前面兩個(gè)進(jìn)化路徑而建立數(shù)據(jù)有序而定向的自由流動(dòng)，從而加速知識(shí)流動(dòng)，形成知識(shí)泛在，引領(lǐng)智能爆發(fā)。

嚴(yán)格地說(shuō)，軟件本身就是人類知識(shí)的數(shù)字化結(jié)果。軟件中所有的語(yǔ)句、所有的函數(shù)、所有的算法、所有的數(shù)據(jù)的輸入與輸出的時(shí)間與地點(diǎn)的選擇，其實(shí)都是人腦思維過(guò)程中經(jīng)常使用到的各種知識(shí)的顯性表達(dá)。人們?yōu)榱俗層?jì)算機(jī)能夠像人一樣思考，于是對(duì)知識(shí)做了形式化、程序化的處理，以便讓計(jì)算機(jī)能夠正常工作。于是，軟件就成了知識(shí)的最好的載體之一。保護(hù)軟件的著作權(quán)，也就成了保護(hù)人類知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要內(nèi)容之一。

由于軟件是數(shù)字化的，是可以在網(wǎng)絡(luò)上被多種使用角色隨時(shí)調(diào)用的，于是，過(guò)去限制在單機(jī)上運(yùn)行的軟件，可以在局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)上運(yùn)行，發(fā)起運(yùn)行某個(gè)軟件的時(shí)間和地點(diǎn)不是固定的，輸入數(shù)據(jù)和輸出計(jì)算用的數(shù)據(jù)的時(shí)間和地點(diǎn)也不是固定的，計(jì)算數(shù)據(jù)的賦值者和計(jì)算結(jié)果的獲得對(duì)象可以是一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一或多對(duì)多的，軟件輸出的結(jié)果可以是數(shù)據(jù)，可以是文字，可以是語(yǔ)音，也可以是圖形、圖像、影片，甚至還可以是軟件生成的另外一種軟件，等等?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，軟件實(shí)際上已經(jīng)對(duì)其所承載的知識(shí)進(jìn)行了全方位的重構(gòu)，并且，這種重構(gòu)后的新的形態(tài)的知識(shí)，可以藉由互聯(lián)網(wǎng)而跨越時(shí)空來(lái)傳播使用。例如，一組產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，可能是網(wǎng)絡(luò)上不同地方的多個(gè)團(tuán)隊(duì)/多個(gè)人協(xié)同生成，又被其他地方的多個(gè)團(tuán)隊(duì)/多個(gè)人優(yōu)化和修改，然后發(fā)送到多個(gè)工廠去生產(chǎn)，或者發(fā)送給某個(gè)工作坊去做3D打印。整個(gè)的操作過(guò)程，與所使用的軟件無(wú)關(guān)，與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜度無(wú)關(guān)，與成員所在地點(diǎn)無(wú)關(guān)，與企業(yè)所在地點(diǎn)無(wú)關(guān)，與是否在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)關(guān)，等等。

而在零件定義機(jī)器的時(shí)代，盡管所有的零部件也在某種程度上體現(xiàn)出了人類的知識(shí)，但是要去實(shí)現(xiàn)這種重構(gòu)是難以想象的，所有的零部件所代表的知識(shí)都是本地的、剛性的、難以解構(gòu)的、難以跨越時(shí)空而傳播使用的。

軟件是數(shù)字化的知識(shí)，其載體就是數(shù)據(jù)與數(shù)字化指令。網(wǎng)絡(luò)上分秒傳輸?shù)模c其說(shuō)是比特?cái)?shù)據(jù)流，不如說(shuō)是軟件，不如說(shuō)是重構(gòu)后的知識(shí)。軟件重構(gòu)、分布、傳播、放大、泛在了知識(shí)。讓知識(shí)成為走向智能化的關(guān)鍵的要素之一。

4 結(jié)論

(1)數(shù)字虛體的出現(xiàn)與崛起，引領(lǐng)了近幾十年科技革命的發(fā)展，并且為以智能化為標(biāo)識(shí)的科技革命和未來(lái)的新工業(yè)革命打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。數(shù)字虛體的概念成功提煉是《三體智能革命》作者群體的獨(dú)創(chuàng)成果。這個(gè)重要概念將從學(xué)術(shù)和技術(shù)上為智能制造、CPS、“互聯(lián)網(wǎng)+”、軟件定義世界等業(yè)界命題給出詳實(shí)的答案。數(shù)字虛體世界中的0/1空間，是人類的偉大發(fā)明，是延伸了第二體生物智能、第一體實(shí)體智能的人造數(shù)字宇宙。三體交匯，構(gòu)成了三體化一、多元生長(zhǎng)的“三體世界”。三體基本概念是對(duì)新老三個(gè)世界的概念的繼承與發(fā)展，對(duì)于全社會(huì)的方方面面走向智能化的現(xiàn)象，具有較為全面和系統(tǒng)的解釋。根據(jù)三體基本概念而構(gòu)建的三體智能模型，更是凸顯了《三體智能革命》一書的獨(dú)特學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。

(2)數(shù)字虛體是一個(gè)不斷發(fā)展中的新生事物。對(duì)數(shù)字虛體的認(rèn)識(shí)，是一個(gè)需要集成資料、深入研究、仔細(xì)辨識(shí)、耐心解讀的過(guò)程。本文是筆者經(jīng)過(guò)兩年的研究之后，比較詳細(xì)地解讀數(shù)字虛體和CPS的文章之一。從時(shí)序和邏輯上來(lái)說(shuō)，筆者所認(rèn)識(shí)到的是：由電磁，而賽博；由賽博，而數(shù)字；由數(shù)字，而軟件；由軟件，而數(shù)體；由數(shù)體，而智能。這是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展、逐漸完善并且不斷豐富其技術(shù)內(nèi)涵的過(guò)程。形成今天的數(shù)字革命和智能化潮流的源頭和基本要素，是我們平時(shí)再熟悉不過(guò)的電磁。電磁造就了計(jì)算機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和一切需要無(wú)線遙控的電子裝置，導(dǎo)致了數(shù)字虛體的出現(xiàn)與崛起，深度而精確地掌控著物理世界，引領(lǐng)了近幾十年科技革命的發(fā)展，并且為以智能化為標(biāo)識(shí)的科技革命和未來(lái)的新工業(yè)革命打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(3)在零件定義機(jī)器的時(shí)代，機(jī)器的功能是剛性的、本地的、難以改變的。直到第三次工業(yè)革命，這樣的情形一直沒(méi)有改變。在軟件定義機(jī)器的時(shí)代，只要安裝了不同的軟件程序，或者換幾行軟件代碼，就可以很容易地調(diào)節(jié)或者改變機(jī)器的功能。軟件讓知識(shí)載體和思考載體發(fā)生了改變。嚴(yán)格地說(shuō)，軟件本身就是人類知識(shí)的數(shù)字化結(jié)果?；跀?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，軟件實(shí)際上已經(jīng)對(duì)其所承載的知識(shí)，進(jìn)行了全方位的重構(gòu)，并且，這種重構(gòu)后的新的形態(tài)的知識(shí)，可以藉由互聯(lián)網(wǎng)而跨越時(shí)空來(lái)傳播使用。生產(chǎn)與管理過(guò)程中的絕大多數(shù)與知識(shí)有關(guān)的要素，都可以隨時(shí)隨地重構(gòu)，并且在傳播過(guò)程中，不斷放大其價(jià)值。支撐數(shù)字虛體的最基本物理設(shè)備是芯片等嵌入式系統(tǒng)；編輯、調(diào)用、輸入/輸出數(shù)據(jù)的是工作在芯片之中的軟件；規(guī)范地或創(chuàng)造性地根據(jù)既有數(shù)據(jù)和工作場(chǎng)景進(jìn)行推理與思考的是軟件；與不同的“思想者”進(jìn)行彼此協(xié)同、在網(wǎng)絡(luò)上交換數(shù)據(jù)的是軟件；讓數(shù)字虛體能像人一樣發(fā)展出自己的思維、自己的語(yǔ)言、自己的智能的關(guān)鍵要素，還是軟件。形形色色、大大小小、不同用途的軟件，定義了數(shù)據(jù)，定義了模型，定義了功能，定義了機(jī)器，定義了設(shè)備，定義了過(guò)程，定義了規(guī)則，定義了網(wǎng)絡(luò)，定義了虛擬的數(shù)字世界，定義了制造業(yè)，定義了可以定義的一切。