思維與機器:哥德爾不完全性定理的哲學推論,人腦無限超越機器

2020-12-28 老胡說科學

加拿大數學家西蒙柯亨在他對哥德爾的致敬中回憶道:

在博士考試中,我被要求寫出5個哥德爾定理。這個問題的實質是,每一個定理要麼催生了一個新的分支,要麼徹底改變了現代數學邏輯。證明理論、模型理論、遞歸理論、集合理論、直覺邏輯——所有這些都被哥德爾的工作轉化了,或者在某些情況下,從哥德爾的著作中得到了它們的起源(Goldstein, 2005)。

但在哥德爾的輝煌成就中,有一個格外突出——哥德爾不完全性定理。一個人不需要成為一個實踐數學家來掌握不完全性定理的基本思想和信息。也許這就是為什麼這個結果在流行的科學辯論中獲得了如此多的勇氣的原因。但這種巧妙的簡潔只是1931年的作品與這位奧地利知識巨人的其他傑出作品區別開來的眾多方面之一。

在我看來,當我們第一次遇到不完全性定理時,它不僅僅是許多數學結果中的一個。也就是說,它的目的不是確定某個抽象對象X是否具有屬性。相反,它屬於某一領域內可言數學命題的總和。人們可能會說,它說明了一切。

當然這樣的論點有點過早,因為原始論文只是把句子集表述成數學原理的形式,但由於系統在包含基本算法的情況下就出現了不完備性,我們可以恰當地得出結論,認為這個結果中有一些非常深刻和非常深遠的東西。然而,哥德爾本人,儘管他很謹慎,直到1935年看到圖靈對可計算性的分析,他才相信所有形式系統都有一些精細的算術的不完全性。正是圖靈的工作讓不可判定性成為一個普遍的、具有哲學魅力的概念。在普林斯頓兩百周年數學問題會議上,哥德爾說:

塔爾斯基在他的演講中強調一般遞歸概念的重要性。在我看來,這種重要性很大程度上是因為有了這個概念,人們第一次成功地給一個有趣的認識論概念下了一個絕對的定義,也就是說,不依賴於所選擇的形式主義。

哥德爾指的是一種形式系統,其中某些真實的表述是無法證明的,圖靈證明了人們可以想像的「計算機器」無法計算某個函數的值。由於他對可計算性概念的分析,圖靈的情況不受形式系統選擇的限制,因此是絕對的。他解釋說:

哥德爾已經表明(在數學原理的形式主義中)有命題U使得既不U也不U是可證明的。結果表明,在形式主義內不能給出數學原理(或具有基本算術的任意形式系統的K)的一致性的證明。[…]我將證明,沒有通用的方法可以判斷給定公式是否可以在K中證明。(圖靈,1936年)

的確,這是反思數學真理概念的一大步,可能是歷史上最重要的一步。它以一種獨特而簡單的方式向我們表明,真理並不立即意味著可證明。從這個意義上說,這種數學的結果對哲學家比數學家更重要。因此,包括哥德爾和圖靈在內的哲學家,開始反思這個驚人定理的哲學意義。

現在,一般來說,由於圖靈的工作為計算機科學奠定了基礎,並最終導致了第一臺計算機的建立,人們可以問關於計算機的數學能力:它們證明數學定理的「能力」的限制是什麼?

一些思想家,如約翰·盧卡斯和著名物理學家羅傑·彭羅斯(他是2020年諾貝爾獎得主)相信哥德爾和圖靈的工作以數學精度證明了人類的思維「無限超越機器」。儘管盧卡斯和彭羅斯的觀點不同,他們的推理的要點是:

考慮一個具有遞歸公理和足夠表達能力來表述算術真理的正式系統S,它在圖靈機M中有一個對等物。你可以找到這個系統的一個哥德爾句子(一個從系統的角度無法判定的句子),它的真實性對人類來說是直觀可見的。由於M不能證明哥德爾的這句話,所以它的數學能力不如人腦。因此,人類的大腦具有某種機器所缺乏的製造數學的能力。哥德爾還認為,大腦的認知能力比機器更強。他認為,分析基本數學概念,從而建立新的、更完美的無窮公理的過程,是我們優於機器的證據。他聲稱:

在系統地建立數學公理的過程中,新的公理(這些公理與先前建立的公理之間的形式邏輯並不一致)一次又一次地變得明顯起來。它並沒有完全被前面提到的否定結果所排除,儘管如此,每一個明確提出的數學「是或不是」問題都是可以用這種方式解決的。因為正因為如此,基於機器無法模仿的原始概念的意義而產生的越來越多的新公理就變得顯而易見了。(哥德爾,1995年,第385頁)

哥德爾堅信,每一個數學上的「是」或「不是」問題都可以被回答,這種信念被稱為「理性樂觀主義」。雖然他公開支持這個觀點,但他發現,他的不完整定理(以及圖靈的工作)並不一定意味著人類現在和將來都將站在機器之上。

因為誰能說我們自己不是機器,只是比圖靈機更有能力?也許我們可以用哥德爾的一句話:誰能證明人類思維的一致性?即使大腦超越了機器,也許它還有一些未知的東西。哥德爾在今天所謂的「哥德爾分離」中表達了可能性的範圍:

要麼人類的思維超過了所有的機器(更精確地說,它能比任何機器決定更多的數字理論問題),要麼存在著人類思維無法決定的數字理論問題。

每一種可能性都令人著迷:如果人類的思維能力超過了機器,那麼我們的大腦中肯定有一些IT工程師無法構建的東西。換句話說,大腦不能被映射到電腦中。因此,我們的人工智慧夢想被擊碎了。這個選擇激發了對意識本質的詢問。人們可能會想,之所以不可能把它構造成機器,是因為它是非物質的。

第二種選擇似乎更不現實。如果某些數學問題有一個答案,而這個答案是人類思維無法觸及的,這就意味著我們可以談論一些柏拉圖式的「數學」——獨立於我們思維的對象(定理),客觀且不變。

還有第三種選擇:雖然析取是以「非此即彼」的形式陳述的,但這兩種可能性似乎並不相互排斥。兩種情況都有可能發生。我們可以想到某種認知能力的層次,它從圖靈機開始,然後進入人類的思維,然後到達後者無法到達的領域。這種選擇引入了大量的本體論差異,因此是非常不經濟的,但我們仍然不能排除它。

必須強調的是,第二次吸取並不意味著答案是不可接近的。也就是說,它仍然可能是沒有「數學」的情況,而數學純粹是人類心靈自由活動的果實。如果人類沒有答案,那麼就沒有答案。這條路把我們引向了一個更深層次的問題:我們能否從一個接一個的「實際」任務中,以某種方式研究數學問題是否有抽象的答案?也許數學中使用的概念具有某種固有的形式,從而導致給定問題的「不合理「?也許有一些深奧的數學語法,可以告訴我們「沒有確定一個任意問題的一般程序」,但為什麼會這樣?

如果我們願意,我們可以進一步對初始情況進行問題分析。既然心智實際上是一臺機器這一觀點沒有被證明是錯誤的,那麼我們就可以假設存在某種「超級機器」,它能夠看到我們的不完整性。這將把這個定理最初的哲學結論顛倒過來。

圖靈相信,他和哥德爾的研究結果表明,抽象的人類大腦在數學上總是比一臺人造計算機更有能力。但是,當所有計算機「聯合起來」時,它是否會超越所有計算機的總和,這個問題並不是那麼明顯。圖靈也看到了這個問題,他在1951年的BBC廣播中說,機器不可能是智能的,我們不可能從機器的研究中學習到關於我們自己大腦的任何東西。

另一方面,哥德爾相信大腦無限地超越機器。在1936年的論文中,他(錯誤地)採用了圖靈的推理,認為大腦可以等同於機器。他把這種說法稱為「哲學謬誤」。後來在與王浩的談話中,他這樣說

大腦在使用中不是靜止的,而是不斷發展的。

機器不能以這種方式發展。這種開發過程是非算法的、非機械的、機器無法追蹤的。因此,機制和反機制之間的新論述開始於兩位為計算機科學奠定理論基礎的研究成果之父的陳述。

當然,在討論中還有很多需要澄清的地方。「人類思維」、「抽象思維」以及「機器」的概念仍然需要一些解釋。更不用提圖靈的「獨創性」和「直覺」概念,以及哥德爾的「數學直覺」,這些概念在這場爭論中扮演著重要的角色,但仍然非常模糊。

我們在問題中越陷越深。一段時間以前,不完全性定理對我來說似乎是一個決定性的論點,結束了許多討論。但最近我傾向於看到相反的情況:它激發了多少問題,以及這件藝術品在哲學上有多麼豐富。

相關焦點

  • 89年前,哥德爾提出的不完全性定理,至今數學界還沒完全理解
    美籍奧地利數學家、邏輯學家庫爾特·哥德爾(KurtGdel,1906年4月28日—1978年1月14日)是二十世紀最偉大的邏輯學家之一,其最傑出的貢獻是哥德爾不完全性定理。但是,哥德爾25歲時發表的令人震驚的不完全性定理粉碎了這一夢想。他證明了任何可以作為數學基礎的公理都不可避免地是不完整的。關於這些數字,總會有真實的事實不能被那些公理證明。他還表明,沒有任何一套公理能夠證明其自身的一致性。他的不完全性定理意味著,不可能對所有事物都進行數學理論,對可證明的和真實的事物也無法統一。
  • 關於哥德爾及其不完備定理
    而他的顛覆性工作「不完備定理」(Incompleteness Theorems)單憑名字就足以激發文藝青年們關於哲學宇宙宗教人生等等方面的無限遐思。哥德爾這篇科普試圖用說人話的方式來白活白活哥德爾到底是怎麼回事。當然,對那些連看到數學家的名字都不能忍受的人,這篇文章到這裡就算結束了。
  • 講座預告|從哥德爾到情感機器
    中央美術學院 人文大講堂 總第61-63期當代前沿問題 第8-10期從哥德爾到情感機器——認知與智能系列講座主講人:劉曉力(中國人民大學哲學院教授)劉曉力,北京大學哲學博士,中國人民大學哲學院二級教授、中國人民大學哲學與認知科學交叉平臺首席專家,國內最早從事心靈哲學與認知科學研究的領軍學者之一,常年在哲學與認知科學交叉領域進行前沿工作,曾任中國邏輯學會副會長,現為中國自然辯證法研究會科學哲學專業委員會理事長
  • 「哥德爾不完備定理」到底說了些什麼?
    今天,我們一般籠統的把論文中提出的定理稱為「哥德爾不完備定理」。80多年過去了,「哥德爾不完備定理」的影響仍然持續、深遠,特別是引起了很多非數學界人士的興趣,引發了各種各樣的解讀。很遺憾,有一些解讀是不準確的,甚至是錯誤的;更為嚴重的是,有一些人出於對「哥德爾不完備定理」的一知半解,甚至開始懷疑、批判人類的理性,以至於發展到相信、鼓吹不可知論。
  • 霍金為什麼說哥德爾定理是物理學的終結?
    霍金在去世之前做過一次演講,題為「哥德爾與物理學的終結」。他在演講中說道,「這和哥德爾不完備性定理非常相似……根據實證論科學哲學,一個物理理論乃是一個數學模型。因此如果有數學命題不能證明的話,那就有物理問題不能預測。……現在我很高興我們尋求知識的努力永遠都不會達到終點,我們始終都有獲得新發現的挑戰。」
  • 數學家們的美好理想,全被哥德爾打破
    因為哥德爾不完備定理。20世紀初的時候,以希爾伯特為首的數學家們有一個夢想,就是證明數學是自恰的。什麼叫數學是自恰的呢?就是數學這個體系可以做到,在以一定的公理出發,在數學邏輯的運行下,推論出來的所有的定理,都是相融的,不會出現自相矛盾的地方。
  • 機器能夠思考嗎?人工智慧鼻祖提出圖靈測試
    (3) 數學論點 論點:在數學邏輯裡有一些結論,可以用來證明離散狀態的機器的能力有限。 這些結論中最著名的是哥德爾定理,該定理表示,任何一個足夠有力的邏輯系統既不能證明陳述是對的,也不能證明陳述是錯的(即正式的系統或機器都無法生成所有的算術公理)。
  • 哥德爾為什麼很瞧不起維根斯坦?
    維根斯坦是可以引起信徒狂熱的那種天才,他們像他一樣穿襯衫時不扣上面的紐扣,還模仿他的動作和風格,比如說不管有沒有被哲學洞見擊中都用手拍下額頭。他們也許會對什麼是對維根斯坦的正確解讀有不同意見,但是都同意這正確的解讀,如果能夠做到的話,將幾乎肯定是對的(這個信念仍然對英美哲學相當有影響。)雖然他更多的是斷言而不是論證。
  • 正弦、餘弦定理一些有趣簡單的推論
    ↑↑相關文章在這裡↑↑設△ABC的三角A,B,C所對的邊分別為a,b,c,則 上面兩個定理就是鼎鼎大名的正弦定理和餘弦定理今天我們來談談這兩個定理的一些簡單有趣的推論。之所以簡單,因為我會,之所以有趣,因為不考。推論1、角平分線性質
  • 數學家哥德爾:指出美國法律漏洞,因為被害妄想把自己活活餓死
    數學家哥德爾愛因斯坦:我上班就是為了能和哥德爾一起下班哥德爾,1906年出生於捷克,35歲時移居美國,是知名數學家、邏輯學家和哲學家。傑出貢獻是提出了可以和愛因斯坦相對論媲美的哥德爾不完全性定理。說起愛因斯坦,兩人還是非常好的朋友。一塊兒在普林斯頓教書,一塊兒用兩人共同的母語德語聊天,一塊兒散步,一起走路回家。1948年,愛因斯坦還陪哥德爾參加申請美國國籍的面試,結果哥德爾因為美國法律裡的bug和面試法官吵起來了。
  • 弦切角定理及推論-相交弦定理、切割線定理
    ~~~~~~~分--隔--符~~~~~~~弦切角定理:弦切角的度數等於它所夾的弧所對的圓心角度數的一半,等於它所夾的弧所對的圓周角度數
  • 三個步驟,製造一臺時間機器
    Wells )寫下著名科幻小說《時間機器》(The Time Machine),時間旅行就成為科幻作品中的常見主題。但這一切真能實現嗎?有可能建造一臺將人類送回過去或者傳至未來的時間機器嗎?在外部宇宙看來,黑洞內部的世界是超越時間的,如果一個太空人能非常接近黑洞,然後毫髮無損地歸來(當然這樣很不現實,更不用說也太莽撞了),他就能跳躍到遙遠的未來。回到過去上面我們討論了前往未來的時間旅行。那回到過去呢?問題更多。
  • 為什麼說意識不存在人只是機器
    很多病毒甚至能控制人腦,如狂犬病毒,能使人做出狗的行為!抑鬱症能改變大腦的正常思維!等等許多例子。就連人的一切器官也可用機器代替!眼可用攝像頭代替,呼吸可用呼吸機,心臟可用人工心臟,等等!就連基因也可人工編輯!這一切只講明一點,人即是機器,意識只是機器的運行反饋!智能機器和人是完全一樣的,不同的機器也表達出不同的意識程序!所謂意識只是一種物的綜合運動罷了!
  • 霍金:哥德爾和物理學的終結
    牛頓在1687年發表了包含其萬有引力理論的《自然哲學數學原理》,正是牛頓的這一著作使人們開始來定量和精確地認識規律。這導致了「科學決定論」思想,這種思想大概是由拉普拉斯最先表達的。如果在某一時刻,一個人知道宇宙中所有粒子的位置和速度,那麼根據科學規律我們就能計算得出它們在任何其它時刻的位置和速度,無論是過去還是未來。
  • 品文觀影 早在50年前,就有一臺機器叫:Alpha
    《2001太空漫遊》海報說回阿爾法城,這是一座由阿爾法管理的未來之城。一座無愛無情的「死城」。生活在這裡的人們表情木訥,生活思維受到嚴格的控制,喪失了一切人性本該擁有的喜怒哀樂。雖然比不上《黑客帝國》,但在1965年這簡直是一種奇蹟。導演是個徹頭徹尾的文藝男青年,反正我就這麼拍。Alpha 60是一個「邏輯」,這和50年後的Alpha Go沒什麼區別。簡單得說就是沒有人類的情感,是冰冷的。這點估計李世石現在很有感受。
  • 機械姬的靈魂困境:從圖靈測試、中文瑪麗房間、哲學殭屍到他心通
    在這篇偉大的論文中,圖靈為了回答「機器是否可以思考(Can machine thing?)」但,我們並不知道的是,未來的AI是否依然是通過這樣的方式來實現的。 既然中文房間對AI是指通過圖靈測試的AI未必如人一般擁有心靈與智慧,那麼我們當然需要考慮通過圖靈測試的機器到底是否是形式系統這樣的問題了,而這樣的問題我們現在並沒有一個明確的答案。 另一方面,人類大腦的工作流程是否真的不能被表達為一種形式系統呢?