機制與意義：作為數字現實的電子遊戲

韓宇華（南開大學陳省身數學研究所博士在讀）


在本文的第一部分，我們試圖強調遊戲過程中，玩家在現實層面的行為與經歷。尤其是對《The Witness》的分析，將其建構的“虛擬”空間理解為一種真實的、物質性的數字環境，而將玩家“控制”的形象理解為玩家用來同這個數字環境互動的數字義肢。但如何將這種數字真實與新的物質性觀念理論化、概念化，而不讓上述論斷停留在修辭層面？我們需要建構一套完全不同於傳統觀點的對物質性的全新理解。事實上，電子遊戲中的數字環境提供了一個有別於日常生活的特定的物質層面，以直觀的方式展現了物質的多層次性。為了理解這種多層次性，我們先稍稍繞遠，介紹資訊之為物質的一種可能。

資訊之為物質的可能

在傳統觀念裡，資訊總是需要物質載體，資訊是物質的性質，而非物質本身。但正如物理學家文小剛指明的一個自然的思考路徑，如果我們繼續追問物質起源，那麼“物質是資訊的載體”這一論述暗含的事實是，其中所指涉的“資訊”只是部分地包含了物質的性質，物質還有其他性質未被表述。如果繼續追問這些未被闡明的性質來源，我們要麼陷入一種無限回退中，將終極的物質性歸為神祕；要麼假定存在一種終極的、可描述的物理結構——不管我們是否能夠發現這一終極結構。如果假定這一結構存在，那麼對它的數學描述就不僅僅是一個模型，而是直接等同於物理世界本身，否則任何未被描述、未被結構化的部分又會變成一個物質性的黑箱，也就是說這個描述依然不是終極的物理結構。在這一觀念中，物質在本源上來自於資訊或者說結構。儘管我們不能預設這種終極結構的存在性，但現有的物理理論已經不斷地將我們日常經驗中直觀到的物質性解構為資訊或者數學結構。例如能量這一傳統經驗、直覺中的物質性質在量子力學中被理解為粒子的振動頻率。而在超弦理論中，不同的基本粒子起源於被稱為弦的一維結構的不同震動模式。

在資訊科學領域，從元胞自動機（cellular automata）到“計算宇宙（computational universe）”的實驗給出了一種相關思路。元胞自動機是計算宇宙的基本層級，是一種在時間、空間上都離散的演化動力系統，通常由正方形、三角形或其他維數的立方體網格（lattice）——也就是“元胞（cell）”這種基本單位構成，由特定的方式鋪排，每一個基本單位具有若干狀態（最簡單的，比如開/關或黑/白兩種狀態，也就是一種0-1機制），元胞的狀態依照特定規則隨時間變化，自動機可以在計算機上輕鬆地演化成千上萬代，出現複雜多樣的模式。元胞自動機最早由馮·諾依曼（John von Neumann）提出。他受到沃倫·麥卡洛克（Warren McCulloch）和瓦爾特·皮茨（Walter Pitts）關於神經系統的on-off功能的研究啟發，以麥卡洛克—皮茨神經元系統作為一種計算機模型，製作了具有相同邏輯功能的開關裝置。反過來，諾依曼認為神經系統也可以被視為一種圖靈機。在意識到生命體和機器之間的這種相似性之後，諾依曼設想了一種可以自我生產（self-reproducing）的自動機。他的同事，數學家斯塔尼斯洛·烏拉姆（Stanislaw Ulam）則建議，自動機可以拋開其構成物質，只留下抽象的網格，這足以展現狀態的演化。諾依曼最終採取了一種具有29個狀態的二維元胞自動機的模型。在這之後，關於元胞自動機的研究得到了很多有趣的結果，約翰·康威（John Conway）在1970年釋出的數學遊戲“生命（Life）”就是一個著名的案例。“生命”是一種二維的自動機，二維平面由方形網格（也就是元胞）鋪滿，每個網格有“生（alive）”“死（dead）”（或者說黑白）兩種狀態。每個元胞有周圍八個方格作為鄰居，其狀態的變化滿足如下規律：（1）如果一個元胞周圍有3個元胞為生，則它下一時刻為生；（2）如果一個元胞周圍有2個元胞狀態為生，則它的狀態保持不變；（3）其他情形下，元胞在下一時刻狀態為死。在這套規則下，自動機會演化出諸多複雜、有規律的模式（pattern），下圖中被廣泛引用的“滑翔機（Glider）”是一個比較簡單的例子。元胞狀態呈現的圖案以四個時刻/回合為週期變化，每過四個回合，自動機會重現之前的圖案，只是往右下移動了一格，整個動態的過程看起來就像一架滑翔機。“生命”遊戲中還會出現“滑翔機槍(Gosper Glider Gun)”“旅行者(Weekender)”“蜘蛛(Spider)”等更為複雜的模式，不再一一列舉。


複雜的動態模式從簡單的規則中湧現，很多研究者直覺地認為，“這樣的系統可以解釋自然界中的成長與消亡模式”【［美］凱瑟琳·海爾斯（N.Katherine Hayles）：《我們何以成為後人類》，劉宇清譯，北京：北京大學出版社，2017，第324頁】。史蒂芬·沃爾夫勒姆（Stephen Wolfram）在1983年設定了一套名為“Rule 30”的規則，深入研究了一維元胞自動機，並對其執行結果進行分類：包括恆同狀態（homogeneous state），簡單分離的週期結構（simple separated periodic structures），混沌的非週期模式（chaotic aperiodic patterns），伴有區域性結構的複雜模式（complex patterns of localized structures）。沃爾夫勒姆發現這四種模式可以類比於動力系統中的四種模式，前三者分別對應於（收斂到）極限點（limit point），（收斂到）週期（limit cycle），關聯於奇異吸引子（strange atractors）的混沌行為。最後一類複雜模式則具有“很長的瞬態（very long transient）”，這種模式可以支援運算，甚至是通用計算（universal computation）。朗頓（Chris G.Langton）在此基礎上進一步分析了元胞自動機支援這類運算——包括資訊的傳遞、儲存和修正（information transmission,storage,and modification）的條件【Chris G.Langton,“Computation at the Edge of Chaoshase Transitions and Emergent Computation”,Physica D 42(1990)12-37】。這意味著高階計算（high-level computation）可以從元胞自動機的執行中自發地湧現。而反過來，複雜的自然現象甚至生命，包括人類行為都可以理解為某種計算過程。沃爾夫勒姆就認為，自由意志的根源在於“預測未來所需要的計算量太大”——即便世界的底層規則十分簡單，其生成的人類行為卻極端複雜，其間的計算鴻溝無法化約，“如果我們看到一個人在做一件非常複雜的行為，我們會說他看起來好像在作出選擇，因為我們無法預測他將會怎麼做”。更進一步，“如果我們真的建立了宇宙的模型，一切都可計算，那麼全部物理問題就都還原成了數學”【（果殼網專訪）斯蒂芬·沃爾夫勒姆：宇宙的本質是計算】。而愛德華·弗雷金（Edward Fredkin）則提出了看起來更激進的論述，他認為宇宙可以看做一個計算機上執行的程式，一個運算/資訊過程（computational/informational process），而執行它的機器則與這個過程分離，我們無法也無需知道這個機器的性質。

元胞自動機的實驗與計算宇宙和湧現的觀念影響了諸多科學領域，尤其是涉及複雜系統的學科。這一影響也延伸到人文領域，但像弗雷金那樣比較激進的論述，尤其是將物質現象在某個層面完全歸結於資訊的判斷沒有被廣泛接受。例如後人類理論專家海爾斯（Katherine Hayles）將元胞自動機、計算宇宙等相關實驗視為第三次控制論浪潮的重要嘗試，但她對於將宇宙中的一切歸結於“純粹二進位制程式碼的資訊形式”持保守態度。她認為當弗雷金“聲稱我們永遠不能知道宇宙計算機的本質，我們只是宇宙計算機裡執行的程式時，他已經將終極的物質具形（material embodiment）排除在我們的研究之外”【［美］凱瑟琳·海爾斯（N.Katherine Hayles）：《我們何以成為後人類》，劉宇清譯，北京：北京大學出版社，2017，第325頁】。事實上，海爾斯誤解了弗雷金的論斷，弗雷金真正要強調的是將整個物理宇宙理解為資訊過程，設想一臺執行這個過程的機器更接近一種方便敘述的修辭，即便有這麼一臺機器，它也完全不影響資訊過程（也就是物理宇宙）的形態，它始終“在別處（somewhere else）”【What is Computation?(How)Does Nature Compute?】。不管是文小剛還是弗雷金的觀點，都沒有否定宇宙與物理現象的物質性，反而是給出了物質性的一種可能起源——我們通常理解為物質性的現象湧現於更基本的資訊結構，而我們對現象的觀察（尤其是日常層面）總是要忽略一定的結構，正是這些被忽略的、未被清晰表述的部分形成了物質性的黑箱。海爾斯沒能拋開資訊或形式必須具有物質載體的成見，沒能破除資訊與物質的嚴格二分，而將物質性繼續歸於一種想象的神祕。

多層次的物質性

計算宇宙以及湧現的思想也影響了物理學對物質本源的追問。約翰·惠勒（John Wheeler）在1989年提出了那個著名的設想，“It from Bit”，萬物源於位元。這一簡潔而多義的陳述既包括了物質來源於資訊的論斷，也蘊含了湧現的思路。而惠勒在這裡用“位元”一詞指涉的不是廣義的數學結構，而是在其字面意義上所代表的0、1兩種狀態。惠勒的觀念已經非常貼近計算宇宙的湧現模式，在他的設想中對量子態的觀察構成了對基本單位量子位元狀態的選擇。而所有的物理性質包括巨集觀現象都湧現於量子位元的狀態。

文小剛、Mark Van Raamsdonk、Juan Maldacena等物理學家繼承了惠勒的思路，並在二十年後擁有了長程量子糾纏這個新的手段。在各自的嘗試中，這些物理學家試圖以量子位元和複雜的糾纏給出物質甚至是時空的起源。這將惠勒的設想更改為“It from Qubit”，萬物源自量子位元。在文小剛提出的“弦網凝聚”理論中，他將真空設想為動態的量子位元的海洋，也就是0和1的海洋，0、1狀態之間可以相互轉變，而長程糾纏構成了量子位元之間的組織結構，如同弦一樣將它們串起（這與元胞自動機頗為相似），萬物從中浮現。文小剛強調，有別於傳統的還原論對物質起源的解釋，在弦網理論中量子位元並不是基本粒子更小的基本構件，基本粒子由量子位元海洋的“漩渦”給出，而不是由量子位元構成。

如果我們帶著類似的觀點回看元胞自動機，會發現元胞網格的形狀甚至維數並不重要，元胞的實質是一個資訊單位，真正決定其結構的是毗鄰元胞之間的聯結方式，網格的形狀只是我們在外部表現它的形式。如果元胞自動機生成的計算宇宙中出現了一個智慧觀察者，它不會觀測到網格的形狀，對它他來說那是它所處的物理宇宙之外的事情。而這個觀察者與它見到的事物自然也不是由網格構成，而是自動機生成的某種模式在它的具身/觀察層面展現的現象。

上述觀點意味著，一個事物、物件並不總是由更小的物件組成，有時候結構、關係生成了另一個層級的物件。這顯然適用於各種事物而不只是基本粒子，包括日常事物在內，各類物件無法再從背景中完全分離出來。它們總會在某個層面不能完全還原成更基本的物理實體的簡單加和，而是由更基本的結構生成的衍生現象。於是我們要麼否認日常事物在本體論層面的存在，要麼反過來接受一種具有多重存在層面的本體論（例如Markus Gabriel就堅持，作為所有可能物件存在的整體終極背景的“世界”並不存在，而代之以各種作為經驗特定物件的背景的意義場），並將所謂的現實世界在本體論的意義下理解為多個層次的現實，包括多個層次的物質性。

數字空間與生成性的現實

對空間的考察有助於我們直觀地理解這種多層次性。在日常經驗裡，我們將具身所在（embodied in）的空間直觀地理解為三維歐氏空間，除此之外有一個獨立於空間的一維時間，這正是牛頓力學採取的伽利略時空模型。而狹義相對論告訴我們時間與空間是不可分的，它們構成了統一的四維洛倫茲時空，伽利略時空是洛倫茲空間在低能低速情形下的近似。而廣義相對論則說明時空並不平坦，時空曲率並不總是等於零。前文提到的物理學家們則希望用量子糾纏給出時空的起源，這可能會使時空不再是根本性的物理結構，退居更基本結構的衍生品。當我們談及物理空間、宇宙空間，所涉及的從來不是一個不言自明的、恆定不變的改變——時空並非世界獨一無二的背景。我們具身於環境的方式決定了我們會經驗、觀察到什麼樣的空間。假設我們日常生活中以近光速運動，那麼我們在發現伽利略時空這個有效模型之前已經先意識到洛倫茲時空結構。而弦論假定的纖維化的六個額外維度也無法通過我們具身於日常四維時空的方式經驗到。

事實上，在數學領域，空間就是一種形式結構，它可以出現於任何其他結構中，或由其他結構衍生。比如一種最簡單的情形，n維線性空間到自身的線性對映的集合，自然地具有n維線性空間的結構，構成了原空間的對偶空間。類似的數學空間結構可能潛在於生活的任何“角落”，問題在於我們能否以某種具身方式經歷這一空間。

在論及數碼物件的空間性時，許煜認為出現在螢幕上的數碼物，“諸如Facebook個人主頁或者Flickr上的圖片”，即便外觀上是三維物體，也依然只是在螢幕上，看起來佔據空間，但並未真正“延伸到物理空間”【許煜：《論數碼物的存在》，李婉楠譯，上海：上海人民出版社，2019，第100頁】。許煜指出，我們無法根據我們在使用椅子、計算機或其他物質物件時所處的空間來理解“資訊空間（cyberspace）”，他認為當我們談論數碼物件時無法指涉空間，因為那只是一種知覺，一種空間表象。從許煜的論述中不難看出，他對物質性空間有著單一的理解，即我們日常語義下的“物理空間”。但正如我們已經論證的，這一空間並不是一個絕對的、單一確定的概念，它取決於抽象結構和具身經驗之間的配合。另一方面，許煜設想的幾種數碼物件型別有限，我們只能以點選滑鼠或滑動螢幕的方式與之互動，這很難生成一種完整的具身模式，以便將數碼物所在指認為一個真實的空間。

而電子遊戲改變了這種互動，完善了經驗一個真實空間甚至物質環境的可能。當玩家以第一人稱或第三人稱探索一個3D遊戲的空間，關卡和建模的三維空間結構的資料已經記錄在程式碼中，並時刻由程式實現著。當我們一層一層追溯到這些數碼物件的其他層級，比如作業系統層面的二進位制碼，甚至電路板層面由電壓值和邏輯閘操作產生的訊號，我們總能在這些結構或動態過程的某個層級的衍生結構裡找到那個空間結構。換句話說，這個空間生成於電訊號等底層機制，如同線性空間的線性對映生成了一個線性空間，只是具有更多的衍生層次，可類比於時空結構從量子位元與量子糾纏中湧現，再一步步近似、生成為我們日常經驗中的三維歐式空間。

值得強調的是，如許煜所說，這個空間（儘管在許煜看來只是空間的表象）並不佔據“物理空間”，換句話說，它不是我們所指涉的日常空間的子集。但反過來，在日常意義下的物理空間裡定位遊戲的數字空間與其中的數碼物件本身就是一個無謂的問題。當許煜問及數字空間與數碼物件“在哪”時，這個問題已經預設了在日常空間的度量下去定位數碼空間和數碼物件的位置，而它們根本就不在這一空間內，或者更準確地說根本就不具備相關的度量結構。數字空間的度量結構由建模、遊戲機制設定，而玩家通過在這一空間中的具身模式將其體驗為直觀。這種具身的方式不是與鍵鼠、手柄等外設的簡單互動——這隻發生在日常意義下的物理空間中，而是玩家通過外設輸入指令作用於遊戲，操控一個視點/形象穿過遊戲空間，並通過影象、聲音等對遊戲環境的現象表達獲得反饋構成的整個迴路，貫穿玩家身體和程式內部。玩家操控的視點/形象扮演了玩家用來與數字空間互動的數字義肢，最直接地呈現了玩傢俱身於數字空間的模式和對其度量結構的體認，玩家藉此可以將程式生成的空間指認為真實的物質性空間。整個遊戲也構成了一個物質性的數字環境。

經過了前述的理論建構，我們可以將日常具身的“現實世界”與遊戲中的數字環境都理解為生成性的現實。一個生成於更基本的物理結構，一個生成於程式編碼和硬體的執行並被視訊音訊等表達；一個是自然的湧現，一個來自人為設計。它們同等真實，只是生成於底層物質基礎的方式不同導致它們具有不同的結構穩定性。值得強調的是，這絕不是將虛構的“遊戲世界”與“現實世界”等同，而是強調遊戲作為數字環境的現實物質層面——正如《The Witness》做到的那樣。回顧在上一部分我們關注的機制與表達的關係，當遊戲試圖指涉意義或言說一個想象世界，總是將——借用盧曼（Niklas Luhmann）的說法——他指的（hetero-reference）意義或想象世界縫合到自指的（self-reference）、它自身如其所是的物質性現實上。電子遊戲始終不只是媒介，還是環境。

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作者：韓宇華
來源：澎湃新聞
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