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張首晟觀點論文總結:區塊鏈世界到底是如何形成的?混沌研習社

張首晟:這幾句話可以總結人類所有知識 - 混沌大學

昨日消息,著名物理學家張首晟去世,享年55歲,深感痛惜。

這里分享一篇張首晟教授在混沌研習社的演講,以示懷念。

以下為演講全文:

今天是周末,大家還愿意花一整天來這個課堂,我非常激動,為了這個課程,我準備了一兩個月。

這次回國,很多地方邀請我演講,但是非常不幸的是,發生了一個意外,我的腿受傷了,傷情嚴重,還住院做了手術,所以很多活動我都取消了,但是今天的課程,我沒有取消,這是作為老師的神圣責任。

我想以一個問題開始:假設世界末日到了,諾亞方舟上只能夠攜帶一對動物和一個信封,信封背面,你可以總結所有人類知識,那你們會寫下什么?

我分享下我會寫下什么,這堂課將圍繞這些答案:

  • 自然界三大基本常數;
  • 萬物都是由原子構成;
  • 歐幾里得幾何公理;
  • 自然選擇、適者生存;
  • 人人生來平等;
  • 讓自由之風吹拂;
  • 筆勝于劍;
  • 隱形之手;
  • 大道至簡;

自然界基本常數

作為一個物理學家,我覺得人類文明最高的建樹還是科學真理??茖W真理最重要的是兩點,一是能量,二是信息。

對能量最深刻的認識來愛因斯坦,就是E=mc2,如果總結人類最知名的公式,這是首選。大家說物質本身也很重要,但是通過E=mc2,就發現物質和能量是一回事。

對信息的認識,是人類對大自然最重要的認識。怎么描寫和衡量信息,也有一個非常奇妙信息熵的公式:S=-p log p。

這個公式不像E=mc2那么知名,但愛因斯坦說過一句話:等到人類的知識往前推進,牛頓力學可能不對,量子力學可能不對,相對論可能也不對,但信息熵的公式是永恒的。

我們這個時代,可能覺得科學萬能,但第三個公式告訴我們,科學不是萬能的。

科學的偉大,在于能夠告訴科學的界限在哪兒。

這就是量子力學的海森堡測不準原理,科學有一個永遠不能跨過的界限,你不可能把一個粒子的位置,和它的重量,或者它的速度,同時精準地測量出來。

哲學上講,客觀世界完全獨立于主觀世界的存在,但是這是個偽命題,并不是真正存在的。

真正能觀察到的,是客觀和主觀之間的結合,由于觀察者和被觀察的世界相互作用,我們不可能無窮精準地把客觀世界了解清楚。

這是第三個公式的偉大,因為它不只是講了一個科學的原理,更說明了一個哲學的原理,告訴我們客觀的世界和主觀的世界,不能完全割裂。

萬物都是由原子構成

人類的文明不只局限于科學,還有哲學,政治,法律。如果用一句話來描寫整個世界里,最值得告訴下一代的話,就是“萬物都是由原子構成”。

譬如中醫講“氣”,好象是非常神奇的東西,這個氣,本身也是由原子組成的。因為世界上不可能有別的物質產生。

不只是地球,整個宇宙的原子,和我們這里的原子完全是一模一樣的。

我們怎么會知道?因為每個原子會發出一些特殊的光來。譬如說我們知道太陽上有氦原子,氦原子發出光的那個性質,所謂的光譜和地球上能夠觀察到的光譜一模一樣。整個宇宙世界里,萬物都是由原子構成的。

這個道理大家是要慢慢想。但是這個概念是個非常偉大的概念,雖然真正對原子的理解,是20世紀初由于量子力學的奠基。

但是大家知道了不起的一點,兩千年以前,原子的概念就被希臘的人提出來了。所以,這是一種思想方法,就是要把世界上萬物的復雜性歸納到原子的簡單性。

我們知道元素周期表特別簡單,那么千變萬化的世界,歸納到最后就是這100多種元素,這就是思想方法的偉大。

好像是非常抽象的科學概念,和我們今天辦企業有什么關系?做任何的企業要能賺錢,就是用簡單的辦法來解決一個復雜的問題。

歐幾里德的幾何定理

以上是物理的概念,也是化學的概念,如果用數學來描寫,最精華的思想是什么?希臘文明的偉大,除了那些公式之外,是把數學思想已經基本奠定了,這就是歐幾里得的公理系統。

這么錯綜復雜的理論體系,它一定要建設在五條不言而喻的公理上面:比如兩點可以劃一條直線;所有直角都全等。

這個事情我們覺得真是太不言而喻了,根本不需要證明。歐幾里得把它作為基本的公理,就是第一性原理。再復雜的知識體系,你一定要歸納成最少的幾條不言而喻的公理。

歐幾里得的妙處就是出發于那些顯而易見的公理,來整理他整個知識的體系,把它變成一個豐茂的大樹,這些大樹的根就是一些公理。

在這種情況下,物理的思想和幾何的思想也是統一的思想,把萬物歸到一個最最簡單的原理上。

自然選擇,適者生存

生物是一個非常復雜的系統,好像不容易總結出非常簡單而普世的規律,其實,如果整個生物用一句話來描寫的話,就是“自然選擇,適者生存”。

所以,生物之所以能夠進化,是因為周圍的環境一直在改變,能夠適應環境的生物就能生存,不適應的就會被淘汰,這是進化的最原始動力。

我們每次講公司的生和死,其實已經潛意識把公司看成是生物,公司也是同樣適者生存,競爭是非常殘酷的,但是越是極地環境下生存的公司,就越優秀。

人人生來平等

講起人文的思想,如果用一句話來總結的話,就是“人人生來平等”。這是美國《獨立宣言》上的第一句話,基本上模仿了歐幾里得的公理系統。

它說我要建一個國家,國家是一個非常復雜的體系,但也要建在一個基本的原理上。這個基本的原理,一定要是每個公民覺得是不言而喻的一個真理,不需要過多的解釋。

美國的憲法200年不變,為什么?它是把科學的基本理念用在治國。既然歐幾里得復雜的定理系統能夠建立在幾條顯而易見的公理上,我們建國為什么不可以?使得每個公民根本不需要任何知識,一講他就知道?

這樣國家才能真正地牢固,這是人人生來平等,這是一個基本的原理。

自由的空氣在飄揚

說到辦一流的大學,大家都會想到哈佛大學和斯坦福大學這些百年學府。斯坦福大學牛在哪兒?它的校訓是“自由的空氣在飄揚”。

這是一個百年學府成功的前沿思想,就是學術環境一定要有自由,一不要受政治的影響,二不要受功利心的影響。

筆勝于劍

如果我要總結整個人類文明幾千年的歷史,用一句話來描寫,我會說“筆勝于劍”,筆遠遠比劍來得更重要。

歷史上,亞歷山大征服了世界。他有兩位老師,一位是他的父親腓力二世,教他怎么用武力征服已知的世界。另一位老師叫亞里士多德,同樣教他改變世界,不是用武力,而是知識,真正把人類的知識徹底整合,徹底征服。

所以亞歷山大有兩個改變世界的志向,一是征服人類已知的世界,他打到阿富汗時痛苦一場,認為下面沒有可以征服的地方;二是亞歷山大圖書館,他的目標是收集人類所有的書籍。

他征服過來的帝國,在他過世一年之內就全部崩潰,但他真正給人類文明留下的是亞歷山大圖書館,由于信息極端密集,也吸引了很多學者匯聚,影響了人類歷史。

這個道理很簡單,但大家在用的時候,往往不知道它的深意,希望大家能通過這些故事深入思考。

隱形的手

如果講起經濟學,也要有一句話,我想就是亞當斯密所講的,“市場是一個隱形的手”。

這句話的道理,我想大家已經講得很多,但是做起來,往往會不太明白,尤其是政府在做事情的時候,往往就有一個無形的手就會變成一個有形的手。

但是這個道理非常的深刻,你在用有形的手干預市場的話,很短時間內可能會有些效果,但肯定不能打造百年老店,不可能形成千年思想。

大道至簡

剛才這些都是西方人留下的思想,我們中國千年的文明,留下的思想哪一句應該寫到信封背面呢?“大道至簡”。

很多人說起誰牛,就說是專家,其實專家并不牛,把大道用簡單的話講出來,讓人人都聽懂,這才是真正牛的。

千年思想的確最最精華的都是大道至簡,你看宇宙美妙在哪兒?E=MC2這樣一個公式,能夠描寫小到原子,大到宇宙。真理的共通點就是“大道至簡”。

講個故事,4的根號等于幾?很簡單,2和-2,英國理論物理學家、量子力學的奠基者之一狄拉克初中時,就覺得這個回答非常非常奇妙,為什么開根號的時候總是有一個正根,有一個負根?

他突然想到把這個原理推廣了一下,就說宇宙上面所有的基本粒子,都有個反粒子,有個電子就有個反電子,有個質子就有個反質子,有個中子就有個反中子,這是個非常非常神奇的發現。

所以,科學大師,你看他為什么能夠做出這些偉大的科學發現?就是他始終沒有忘記“大道至簡”,后來狄拉克得到了諾貝爾獎。


區塊鏈世界到底是如何形成的?

In Math We Trust。

作者:張首晟,斯坦福大學終身教授,丹華資本創始人

就像人類的歷史一樣,網絡的歷史也可以用「分久必合,合久必分」來概括。

我 1983 年去美國留學的時候,有一個巨人叫 AT&T,好像是永遠不會倒的,而我當時最大的夢想,并不是畢業之后到大學里面做教授,而是去貝爾實驗室工作,因為這里曾產生 30 位諾獎得主。

AT&T 花這么多錢養出這么多諾獎級的科研人員,就是為了壟斷,它壟斷了所有的網絡資源。

慢慢地,就出現了一個新的協議,就是網絡協議。它完全是一個去中心化的協議,使點和點之間完全可以隨意的交流。我可以走這條路,也可以走另外一條路,條條道路通羅馬,最后都能達到結果,不再需要中心的壟斷。

一夜之間,我以為永遠不倒的公司,消失了。

曾經也是在競爭之后出現了 AT&T,但當一個新的網絡技術出現的時候,就是合久必分的時候。

如果人人可以交流,人人都可以創造出交流的內容,這個內容廣泛地撒在外圍的互聯網上,那么我要去找一個信息,就會變得非常非常不方便。

所以在這個情況下,分久必合,出現了一些新的中心化壟斷平臺,在美國就叫 Google 和 Facebook。

人類歷史上所有偉大的公司,做的事情必然不是自己創造全新的東西,而是把已有的東西做一個重新的排列組合。

比如說石油公司、化學公司,它們做什么事情呢?原油是原子組成的,直接可以從地下挖出來,它們做的唯一的事情,把這些原子重新排列一下,變成別的化學品,比如說已經被提煉過的油。

Google 和 Facebook 這些平臺做的是什么呢?

就是把每個人的信息重新排列組合一下,比如說 Google ,最開始做的事情,就是做了一個排列,使我們找信息非常容易。這些中心化平臺做的事情,就是把我們撒布在網絡上的內容,中心化地重組一下。

這是分久必合的時代,因為新的網絡協議,AT&T 倒了,出現了思科,又出現了網絡資源分散的情況,又出現了巨大的平臺。

今天出現的區塊鏈技術,也會導致新的時代。

這個時代的革命強度可能是互聯網革命的十倍、百倍?;ヂ摼W時代只是信息交換的時代,而區塊鏈時代有了價值的交換,我們可以產生數據的市場,每個人擁有自己的數據,然后在交換的過程中產生新的價值。

這個偉大的時代,我用一句話來描寫,就是「 In Math We Trust 」。

我們都理解貨幣的價值在于共識。那么人類所有的知識當中,哪一個大家最容易達到共識?顯然不是經濟學,不是法律學,不是政治學,不是化學,不是生物,甚至也不是物理,最容易達到共識的是數學。

用數學作為信任的機制,是最自然的做法。真正的區塊鏈時代,就是使得我們相互間的信任建筑在數學的基礎上。

如果我自己做出一個正方體的話,肯定是不完美的。但是如果作為一個數學的形態,正方體則是全對稱的,每一個頂角都完全一樣,每一條邊都完全一樣,每一個面也完全是一樣的。

數學的形態是最最精準的,在精準的意義下,也是最易達到共識的。

如果你看整個宇宙最深刻的奧妙之處,那么物理學中關于整個宇宙的最核心的公式和標準模型,也是用非常非常精妙的數學來描寫的,其中絕大部分的數學也是楊振寧先生所開創的。

既然大自然最根本的規律是用數學來描寫,我們是不是能夠使得人類社會的規則和信任也建立在數學的區塊上呢?

公鑰和私鑰的組合,就是建立在數論上面,而且是建立在一個更高層的數論上面,叫橢圓曲線。

大家可能知道,數學里面曾經最大的一個猜想:費馬大定律,最近被證明了,這個證明就是建立在橢圓曲線上。

這個聽起來非常非常抽象的數學,但是今天我們每次網上購物的時候,就用到了奇妙的數學。

另外就是哈希函數。它有一個單向性,任何的東西進去,出來都是一串隨機數。這跟黑洞很像,黑洞任意輸進去,出來的都是隨機數。

還有一個是零知識證明?zero-knowledge proof。比如說我解了一個難題,但并不想把我的答案直接告訴你,卻要使你相信,我的確把這個難題解了。

這也是非常奇妙的數學問題,但這是有解的。我可以給你一個比特的信息,我解了這個難題,但是不告訴你任何別的信息。這對整個數據的市場會是非常非常有用的,我可以一個比特一個比特把信息給出去,而不是一下把信息全部給出去。

兩個百萬富翁,可能有一個人是千億萬富翁,有一個人是百萬富翁,他們不想把自己的財產公布出來,但是卻要知道到底誰更有錢。

這用清華大學教授姚期智的辦法就能算出來,只給出一個比特的信息,就可以知道誰更有錢。

數據自己擁有的話,我永遠學不到大數據的智慧。

可是我想了解統計數據,其他人卻想保護個人隱私,所以有一個非常簡單的辦法:

在個人隱私數據上故意加一些噪聲,這些噪聲使得你辨別不出來這個數據到底是不是你自己的個人數據。在收集到這些數據之后,在大數據的環境下,這些噪聲就會相互抵消,我得出來的統計數據還是完全精準的,這個辦法就叫差別隱私?differential privacy。

最后一個概念叫形式驗證?formal verification。

上世紀最偉大的數學發現是證明了數學的不完備性。如果我要給在座的同學推薦一本書的話,有一本我認為是千古奇書,它講了數學不完備定理、藝術家的畫和作曲家,三者之間的共同性。這本書是《哥德爾、埃舍爾、巴赫》G.E.B。

這些奇妙的數學,都可以用在區塊鏈上,可以用來做 Formal verification。

因為今天我們來到的是開源的時代,我們今天在區塊鏈上的智能合約,完全是開源寫出來的。但是開源寫出來之后,一般人讀不懂,甚至專家也不一定看得懂。

那么有沒有一種數學的程序,能夠告訴你智能合約到底是不是吻合你的白皮書上想做的?這是一個非常奇妙的思想,用的是數學中的邏輯學。

計算機科學有兩個重大的趨勢,一個是 AI,一個是區塊鏈,這兩者之間有一個必然共存的關系。

我們有聰明的大腦,有聰明的算法,但是數據被壟斷在中心的平臺上,這樣的話,AI 就不容易學習。你想出了一個算法,也不知道數據在哪兒。

但有了區塊鏈,有了數據市場,就回到了我剛才所講的時代,我們能夠把所有的數據個人擁有。

這樣的話,我把部分的個人數據,在保護自己個人隱私的情況下貢獻出來,在區塊鏈的時代,就能夠得到一定的回報,大家也就有了動力保護自己的隱私。有了隱私就有了價值,而一旦有了價值,我再把這個數據貢獻出來讓 AI 學習的話,必然會帶來 AI 的突飛猛進的變化。

除了給 AI 突飛猛進的變化,也能讓社會突飛猛進。

區塊鏈對社會的貢獻有什么?至少我看到它可以帶來社會更大的公正。

我們今天的社會之所以有不公正的地方,主要是因為我們對少數派的歧視,在當年的納粹帝國里面,就是對猶太人的歧視。

而如果我們來到了區塊鏈時代數據市場,這個情況就會完全不一樣。比如說我有一個 AI 的算法,已經是 90% 的精準了,我要讓它變得更加精準,99% 精準,就需要機器學習。那我需要做什么事情呢?

首先我要學到的這些數據,就不能像以前學到的那些數據一樣,如果以前是 99% 數據的話,他們已經代表了大多數,但是要更精準,要 99% 變成 99.9% 的話,需要學習的就是那些跟以前完全不一樣的數據。越跟以前不一樣,越跟大眾不一樣,數據就越有價值。

所以如果在一個完全是數據的自有市場中,大家會對那些少數派的數據付出更多的代幣,這樣就會帶來社會的公正,使丑小鴨變成白天鵝。因為丑小鴨并不是丑,它只是跟別人不一樣,但是在這個世界里面,越跟別人不一樣,它得到的就會越多。

另外一個偉大的理想,就是把所有個人的數據都歸個人擁有。

個人最需要擁有的數據就是基因數據和醫療數據。數據是個人擁有的,肯定是至高無上的標準,個人擁有數據之后,就擔心算不出什么東西來,只是整天保護隱私,不能通過大數據和人工智能來學習基因數據背后的關切到底是什么。

比如說我們最想知道的,就是某些病到底是對應于什么基因的突變而形成的,但是一旦我們把所有個人的基因信息和醫療信息都讓個人擁有,我們就產生了一個非常有效的數據市場。

區塊鏈上的虛擬貨幣如何發展呢?這可以和現在社會里的貨幣結構一一對應。

現在的貨幣結構有 M0、M1、M2、M3 等等,在最底層上面可以不斷建立衍生品。

我認為像比特幣這樣的區塊鏈,因為對應于黃金,對應于一個最最普適的價值,也就是 M0 的貨幣,相當于說,在這個系統下,世界上任何兩個互不相識的人都可以形成交易。如果你我已經相識了十年,并不是兩個互不相識的人,那么我們可以用 M1 進行交易。

我覺得閃電網絡就符合這類性質,我們兩個人進行交易,互相之間有一定的信任,但還是需要信任機制來加強。我們簽約后,把一些貨幣抵押在比特幣、區塊鏈上,之后的每一筆交易,定期到區塊鏈上去公示一次就可以了。

整個虛擬貨幣的發展,必然會像現在世界貨幣的發展一樣,在 M0,或者是比特幣,或者是更加綠色的比特幣上面,可以建立閃電網絡,也會有預測市場。

我們現在的金融產品里,有一個是期貨。期貨就是對未來的預測,但現在期貨都要通過法院才能夠真正為我們做擔保,而我們使用了區塊鏈以后,可以讓全世界的網民為我們作證。

所有這些網絡的系統,彼此之間互相幫助,來使它變得更加有效,但是現在的計費系統還不是很有效,我給你提供了一些帶寬,卻沒有得到足夠的回報。

有了區塊鏈之后,可以做到非常公正并且比較精確的記錄,這樣的話,整個網絡的運轉就會越來越有效。

從 4G 走到 5G,再走到 6G,必然會有網絡的運轉在里面。

我最喜歡牛頓的《自然哲學的數學原理》,我個人擁有這本書 1723 年出版的第一版。用數學的原理理解了所有的自然科學,這就是牛頓的偉大。

區塊鏈中,底層是數學,中層是法律,上層是經濟行為。

社會科學一直找不到根本的數學原理,可能的確是不容易找到,因為很多經濟行為建筑在人的不理性上。

到了區塊鏈的時代,最根本的經濟行為,就是信任的機制,建立在數學之上。

我們可以想像到整個經濟秩序都會被改變,整個生產關系都會被改變,但是它的核心是要有一個基石,就是數學原理。

一旦有了數學,我們必然可以總結出來一個永恒不變的規律,使得我們的經濟系統更加有效,使得我們的社會科學和自然科學能夠達到大統一的境界。


本文源自張首晟先生的講演。


歡迎張首晟教授

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