注释

前言

1.我的母亲是一个天才的艺术家，专攻水彩画。我的父亲是著名的音乐家，贝尔交响乐团的指挥，昆伯勒学院音乐系前主席和创始人。

2.汤姆·斯威夫特系列小说发表于1954年，由Grosset＆Dunlap出版社发行，它由很多作者以Victor Appleton的笔名完成，1971年不再更新。少年汤姆·斯威夫特和他的伙伴巴德·巴克雷奔走于宇宙各地，探索陌生的地方，并使用外星际的工具（如房子大小的宇宙飞船）、空间站、飞行实验室、三轮飞机、电子水中呼吸机、水陆两用直升机、对抗体（对抗体能够排斥其他事物，例如在水下对抗体排斥水，并形成一个气泡，男孩们可以在气泡中生存）。

汤姆·斯威夫特系列小说的前9本包括：《Tom Swift and His Flying Lab》（1954），《Tom Swift and His Jetmarine》（1954），《Tom Swift and His Rocket Ship》（1954），《Tom Swift and His Giant Robot》（1954），《Tom Swift and His Atomic Earth Blaster》（1954），《Tom Swift and His Outpost in Space》（1955），《Tom Swift and His Diving Seacopter》（1956），《Tom Swift in the Caves of Nuclear Fire》（1956），和《Tom Swift on the Phantom Satellite》（1956）。

3.这款程序称为Select。学生填写一份有300个条目的调查问卷。计算机软件中包含一个数据库，其中有3000多个学校的200万条信息。该软件通过学校信息与学生兴趣、背景、学术水平等信息的匹配，可以为学生挑选出6～15所适合的学校。我们为1万名学生提供了服务，后来将该程序卖给了Harcourt Brace World出版公司。

4.《Age of Intelligent Machines》由麻省理工学院出版社于1990年出版，被美国出版商协会评为最佳计算机图书。该书探讨了人工智能的发展，并预测了机器智能对于哲学、社会、经济等诸多方面的影响。该书主要内容是对23篇关于人工智能文章的补充，这些文章的作者包括Sherry Turkle、Douglas Hofstadter、Marvin Minsky、Seymour Papert以及George Gilder。关于该书的全部内容参见：http：//www.KurzweilAI.net/aim。

5.性能的重要指标（如性价比、带宽、容量）使用“乘”（每增加一段时间，指标都会乘以一个系数）的方式而非“加”的方式增长。

6.Douglas R.Hofstadter《Gödel；Escher,Bach：An Eternal Golden Braid》（New York：Basic Books，1979）。

第1章　六大纪元

1.根据Transtopia网站（（http：//transtopia.org/faq.html#1.11）的定义，"Singularitarian"开始是由Mark Plus定义的，是指那些“信奉奇点这个概念的人”。这个词条另外的定义是“奇点活跃分子”或“奇点之友”，即努力实现奇点的人。（Mark Plus，1991，《Singularitarian Principles》，Eliezer Yudkowsky，2000）。这个定义并未达成广泛共识，很多超人学家认为"Singularitarians"的本意是“信仰奇点这个概念的人”，而非奇点的“活跃分子”或“朋友”。

Eliezer S.Yudkowsky，在《The Singularitarian Principles》，1.0.2版（2000年1月1日，发表于http：//yudkowsky.net/sing/principles.ext.html）中，提出了另外一个定义：Singularitarian是指那些相信通过技术可以创造高于人类智能的人，他们将为奇点到来而努力工作。Singularitarian是未来奇点的朋友、支持者、守护者和代理人。

我的观点：Singularitarian能够发展奇点，并认为奇点代表各个方面、各种范畴知识的建设性动力，例如，先进的民主融合了集权主义和原教旨主义者的信仰系统和意识形态，并创造不同类型的知识：音乐、美术、文学、科学和技术。我认为Singularitarian是那些理解变革（变革将于21世纪到来）并深入思考奇点内涵对于他们生活的影响的人。

2.我们将在第2章论述计算能力以加倍的速度增长。虽然单位成本制造的晶体管数量以每两年翻一倍的速度增长，晶体管的运行速度也越来越快，但是还有对于晶体管很多方面的创新与改进。总体上说，单位成本的计算能力也以每年翻倍的速度增长。特别是大量的计算（每秒钟的计算，即cps）引入到计算机国际象棋领域，其在20世纪90年代得以每年翻番的速度增长。

3.约翰·冯·诺依曼，由Stanislaw Ulam在"Tribute to John von Neumann"，《Bulletin of the American Mathematical Society》中转述。冯·诺依曼（1903—1957）出生于布达佩斯的犹太银行世家，1930年到普林斯顿大学教授数学。1933年，他成为普林斯顿高等研究院最早的6名教授之一，并将毕生的经历献给了那里。冯诺依曼的研究兴趣非常广泛：他开创了量子力学这一全新的领域；与Oskar Morgenstern一同创作了《Theory of Games and Economic Behavior》一文，改革了经济学的研究；在早期计算机的逻辑设计方面，他也做出了突出的贡献，其中包括于20世纪30年代后期，他所创建的MANIAC（数学分析、数字积分机和计算机）。

Oskar Morgenstern曾经在《Economic Journal》（1958年3月）中"John von Neumann，1903—1957"的讣告中这样描述冯诺依曼：“冯诺依曼深刻地影响着与他熟识的人的思想……他那渊博的知识、迅速的反应、敏锐的直觉令人肃然起敬。他经常在别人尚未开始的时候就将问题解决了。他的思维如此独特，以至于很多杰出的科学家都自问：他是否代表着人类思想发展的全新阶段。”

4.请见第2章的注释20和21。

5.该会议于2003年2月19日至21日在美国加州的蒙特利举行。会议的主题涉及干细胞研究、生物技术、纳米技术、克隆和转基因食品。关于大会演讲者推荐的书籍，请见如下网址：http：//www.thefutureoflife.com/books.htm。

6.20世纪80年代，互联网的规模（以接入互联网的节点数及服务器数衡量）以每年翻倍的速度增长，但1985年节点的数量只有几万个。1995年节点的数量达到了几千万。到2003年1月，网络软件联盟（http：//www.isc.org/ds/host-count-history.html）宣布全球共有1.72亿个网络主机（网站服务器）。这个数量只代表节点总数的一小部分。

7.在最广泛的层次上，“人择原理”声明：物理学的基本常数必须与人类的生存和谐统一，如果它们不符合人类的要求，我们就不能观察到它们。实现这一原则的一种有效方法是研究该常数，例如研究引力常数、电磁连接常数。如果这些常数的值在较小的范围内有所偏离，那么智能生命将不可能存在于我们的宇宙中。例如，如果电磁连接常数变大，那么电子与其他之间将没有粘合力；如果该常数减小，那么电子将无法在轨道中运行。换句话说，如果常数在极小的范围内发生了偏移，分子将不会形成。那时宇宙就好像是“人择原理”的支持者，通过微调手段来促使智能生命的进化。（恶意批评者如Victor Stenger声称微调完全不起作用，他认为在很多方面都有补偿机制为生命打开更宽广的窗户。）

人择原理在当代宇宙理论假定多重宇宙的背景下提出（见本章注释8和9），每层宇宙都有自己的法制。只有在那些允许人类存在的宇宙中，人类才能生存。

更多内容可以参考John Barrow和Frank Tipler著的《The Anthropic Cosmological Principle》（New York：Oxford University Press，1988），还有Steven Weinberg的"A Designer Univers？"，可在以下网址找到：http：//www.physlink.coml Education/essay＿weinberg.cfm。

8.根据一些宇宙学的理论，是由很多大爆炸创造了多重宇宙（并行的多元宇宙或“气泡”）。不同的物理参数和力量应用于不同的气泡中，一些（至少一个）气泡支持以碳原子为基础的生命。请见如下参考文献：See Max Tegmark，"Parallel Universes，"《Scientific American》（2003年5月）：41-53；Martin Rees，"Exploring Our Universe and Others，"《Scientific American》（1999年12月）：78-83；Andrei Linde，"The Self-Reproducing Inflationary Universe，"《Scientific American》（1994年11月）：48-55。

9.“多世界”或多元宇宙理论可以解释量子力学及其相关的问题，它们融合了人择原理。Quentin Smith做了如下总结：

量子力学的传统或哥本哈根解释具有一系列的困难：因为该理论不适用于封闭宇宙的广义相对论的时空几何中。宇宙的量子状态可以描述为一个波形函数，该函数具有变化的时空振幅，宇宙状态的概率可以由相应阶段波形函数的方形振幅确定。为了使宇宙能够从不同概率下多点重合向其中的一点过渡（这一点是确实存在的），可以引入一种测量装置以瓦解波形函数并决定宇宙在那个时刻的状态。但这是不可能的。因为在宇宙的外部什么都没有，也没有用于瓦解波形函数的装置。

一种可能的解决方案是发展对于量子力学的解释。量子力学本身并不受外部对其观察和测量（测量对于哥本哈根解释非常重要）的影响。量子力学在封闭系统的内部可以明确地表达。

这是Hugh Everett在1957年发表的论文"Relative State Formulation of Quantum Mechanics"中做的解释。叠加中的每一点都由波形函数所表示，并且认为该点包含观察者（或测量装置）的一种状态，以及被观察的系统的一种状态。这样“通过连续的观察（或交互），观察者声明很多不同状态的‘分支’”。每个分支表示不同的测量结果和对象系统状态中相应的特征状态。在一系列的观察后，所有的分支都同时存在于叠加之中。

每个分支均独立于其他分支，所以观察者并不知道“爆破式”的过程。对于每个观察者来说，世界看起来的样子与世界实际看起来的样子相同。

如果把宇宙作为一个整体，这意味着宇宙被均匀地分割为很多不同的分支，跟着测量将在其不同方面发生的类似的交互。每个分支都被认为是分离的世界，每个世界将不断被分割成未来世界。

上文出自Quentin Smith，"The Anthropic Principle and Many-Worlds Cosmologies"，《Australasian Journal of Philosophy》63.3（1985年9月），可查阅http：//www.qsmithwmu.com/the＿anthropic＿principle＿and＿many-worlds＿cosmologies.htm。

10.参见第4章关于人脑自组织原理和模式识别及操作原理的关系的完整论述。

11.在“线性”图（所有的图形划分都是相同的）中，不可能在有限的空间（如本书的一页）内表达所有的数据（几十亿年）。而一幅对数图可以通过绘制值的数量级，让人们看到更大范围的数据。

12.Theodore Modis是墨西哥的Graduate School in Business Leadership in Monterrey的DUXX的教授，他试图开发一种“准确的数学定义，以统治变化的进化和宇宙中的复杂度”。为了研究模式和这些变化的历史，他对重要事件集合进行了数据分析，这些事件等同于重大变革。由于选择性的偏差，他并不依赖于自己的事件清单，而是综合了13种独立的历史上有关生物和科技的重要事件清单，清单来源如下：

Carl Sagan，《The Dragons of Eden：Speculations on the Evolution of Human Intelligence》（New York：Ballantine Books，1989）。其他的数据由Modis提供。

美国自然历史博物馆。其他的数据由Modis提供。

《Encyclopaedia Britannica》中的“生命历程中的重要事件”的数据集。

Educational Resources in Astronomy and Planetary Science（ERAPS），Arizona大学，详情参见http：//ethel.as.arizona.edu/～collins/astro/subiects/evolve-26.html。

Paul D.Boyer，生物学家，获得了1997年诺贝尔奖，私人交流。其他的数据由Modis提供。

J.D.Barrow和J.Silk，"The Structure of the Early Universe，"《Scientific American》242.4（1980年4月）：118-28。

J.Heidmann，《Cosmic Odyssey：Observatoir de Paris》，Simon Mitton（Cambridge,U.K.：Cambridge University Press，1989）.

J.W.Schopf，等，《Major Events in the History of Life》，symposium convened by the IGPP Center for the Study of Evolution and the Origin of Life，1991（Boston：Jones and Bartlett，1991）。

Phillip Tobias，《Major Events in the History of Life》的第6章"Major Events in the History of Mankind"。

David Nelson，"Lecture on Molecular Evolution I"，http：//drnelson.utmem.edu/evolution.html，以及"Lecture Notes for Evolution II"，http：//drnelson.utmem.edu/evolution2.html。

G.Burenhult等，《The First Humans：Human Origins and History to 10000 BC》（San Francisco：HarperSanFrancisco，1993）。

D.Johanson和B.Edgar，《From Lucy to Language》（New York：Simon＆Schuster，1996）。R.Coren，《The Evolutionary Trajectory：The Growth of Information in the History and Future of Earth》，世界未来的进化研究（Amsterdam：Gordon and Breach，1998）。

这些清单都是20世纪80年代或20世纪90年代完成的，包括了宇宙中发生的著名历史事件，其中三项聚焦于人科动物进化的那段时期。一些较老的清单并不准确，但就事件本身而言，这些事件发生的相对位置是最有价值的。

Modis融合了这些清单，并找到了重要事件簇，形成了他的“标准里程碑”。他通过整理清单中203项里程碑事件而形成了28个标准里程碑。Modis还单独用Coren的清单去证实他的方法。详细内容请见：T.Modis，"Forecasting the Growth of Complexity and Change，"《Technological Forecasting and Social Change》69.4（2002），http：//ourworld.compuserve.com/homepages/tmodis/TedWEB.htm。

13.Modis发现了由于清单所列事件数量的不同而引起的错误，以及由于不同清单中发生事件的时间不同所引发的错误（请见T.Modis，"The Limits of Complexity and Change，"《The Futurist》（2003年5月～6月），http：//ourworld.compuserve.com/homepages/tmodis/Futurist.pdf）。所以它使用时间簇定义标准里程碑。一个里程碑代表一种平均标准偏差的错误假设。对于不是多个清单共有的事件，他“随机地为其赋一个误差值”。Modis也指出了其他源的错误——一些并不知道准确的信息的事件，或认为每个数据点同样重要是不可能的——这些并没有在标准误差上反映。

需要注意的是，Modis认为恐龙灭绝发生在距今5460万年前是不准确的。实际时间还会更往后。

14.典型的神经元重置时间在5ms的数量级，它每秒可以处理200条数字控制模拟事物。甚至可以解释多种神经处理的非线性特征，其速度不到当代电路的百万分之一，电路一次转换不足1ns（请见第2章关于计算容量的分析）。

15.洛杉矶自然实验室的研究人员重新分析了放射性同位素的相对浓度，他们发现在过去的20亿年间，世界上唯一已知的自然核反应（在西非的Oklo in Gabon）中精细结构常数的递减和α粒子（光速与α成反比）。这可以解释为以光速的小增长，虽然这种发现需要证明。请见："Speed of Light May Have Changed Recently，"《New Scientist》，2004年6月30日，http：//www.newscientist.comlnews/news.jsp？id=ns99996092.也可参见http：//www.sciencedaily.com/releases/2005/05/050512120842.htm。

16.史蒂芬·霍金在2004年7月21日的都柏林的科学会议上发表声明，他在30年前关于黑洞的论断是错误的。以前他说信息将被黑洞吞噬，并且永远不会被取回。这与量子理论的观点不符，量子理论认为信息永存。“科幻小说迷要感到失望了，如果信息是永存的，将不可能通过黑洞穿梭至其他宇宙中，”他说，如果你跳入黑洞，你拥有过的巨大能量将以损坏的形式重新回归到我们的宇宙中，这种损坏的形式包含的信息有你原来的模样（以一种难以识别的状态）。“请见Dennis Overbye，”About Those Fearsome Black Holes？Never Mind，《New York Times》，2004年7月22日。

17.黑洞表面是天体区域围绕奇点的外部边界或周长（黑洞中心的典型特征是无穷密度、无限压力）。在黑洞表面内部，地心引力如此之大，以致光都无法逃离，量子效应使得黑洞表面辐射出射线。量子效应将引起粒子-反粒子对的形成，其中一个粒子将被吸入黑洞，而另一个粒子将作为辐射而喷射（称为霍金辐射）。这就是为什么该区域称为“黑洞”，该词条由John Wheeler教授发明。黑洞最初由德国籍天体物理学家Kurt Schwarzschild于1916年在总结爱因斯坦广义相对论的基础上发现。黑洞存在于银河系的中心，通过实验的方法已经被观测到。更多相关内容请见Kimberly Weaver，"The Galactic Odd Couple"，http：//www.scientifi-camerican.com，2003年6月10日；Jean-Pierre Lasota，"Unmasking Black Holes"，《Scientific American》（1999年5月）：41-47；史蒂芬·霍金，《A Brief History of Time：From the Big Bang to Black Holes》（New York：Bantam，1988）。

18.Joel Smoller和Blake Temple，"Shock-Wave Cosmology Inside a Black Hole"，《Proceedings of the National Academy of Sciences》100.20（2003年9月30日）：11216-18。

19.Vernor Vinge，"First Word"，《Omni》（1983年1月）：10。

20.Ray Kurzweil，《The Age of Intelligent Machines》（Cambridge,Mass.：MIT Press，1989）.

21.Hans Moravec，《Mind Children：The Future of Robot and Human Intelligence》（Cambridge,Mass.：Harvard University Press，1988）.

22.Vernor Vinge，"The Coming Technological Singularity：How to Survive in the Post-Human Era"，VISION-21 Symposium,sponsored by the NASA Lewis Research Center and the Ohio Aerospace Institute,March 1993.The text is available at http：//www.KurzweiW.net/vingesing。

23.Ray Kurzweil，《The Age of Spiritual Machines：When Computers Exceed Human Intelligence》（New York：Viking，1999）。

24.Hans Moravec，《Robot：Mere Machine to Transcendent Mind》（New York：Oxford University Press，1999）.

25.Damien Broderick的两部作品：《The Spike：Accelerating into the Unimaginable Future》（Sydney,Australia：Reed Books，1997）以及《The Spike：How Our Lives Are Being Transformed by Rapidly Advancing Technologies》（New York：Tor/Forge，2001）。

26.这是John Smart的一篇概述，"What is the Sigularity"，可以在以下网址找到：http：//www.KurzweilAI.net/meme/frame.html？main=/articles/art0133.html。John Smart关于科技加速、奇点以及其他相关问题的文章请见以下网址：http：//www.singularitywatch.com和http：//www.Accelerating.org。John Smart负责召开"Accelerating Change"会议，该会议包括了以下相关主题“人工智能”，详情请见：http：//www.accelerating.org/ac2005/index.html。

27.运行于人脑系统的大脑仿真将远快于人类的生物大脑。虽然人脑得益于其大规模的并行处理方式（百万亿数量级的神经元内部连接和潜在的并发能力），但是连接的重置时间与当代电子设备相比极为缓慢。

28.请见第2章的注释20和21。

29.请见本书附录，那里用数学的方法分析信息技术的指数增长，该定律也可以不应用于计算的性价比趋势。

30.源于1950年发表的一篇论文《Mind：A Quarterly Review of Psychology and Philosophy》，计算机理论学家Alan Turig提出了著名的问题：“机器是否可以思考？如果计算机能够思考，我们如何才能知道？”图灵测试可以回答第二个问题。这个测试用如下的方式进行：专家委员会向远方的回应者提出广泛的问题，涉及爱情、时事、数学、哲学等，然后通过回应者的回答情况以判断他是计算机还是人。图灵测试是一种测量人类智能的方法，没有通过该测试并不意味着智能较低。关于图灵的这篇文章可以在以下网址找到：http：//www.abelard.org/turpap/turpap.htm；还可参考《The Stanford Encyclopedia of Philosophy》，http：//plato.stanford.edu/entries/turing-test，其中有关于该测试的进一步讨论。

还有一些欺骗的方法或算法可以让机器通过图灵测试，而方法本身并没有全面地达到人类的智能水平。请见Ray Kurzweil的"A Wager on the Turing Test：Why I Think I Will Win"，网址为http：//www.KurzweilAI.net/turingwin。

31.John H.Byrne，"Propagation of the Action Potential"，《Neuroscience Online》，https：//oac22.hsc.uth.tmc.edu/courses/nba/s1/i3-1.html，神经中行动潜能的传播速度的范围：100m/s（360km/h）到0.1m/s（0.36km/h）。

可以参见Kenneth R.Koehler，"The Action Potential"，http：//www.rwc.uc.edu/koehler/biophys/4d.html，“哺乳动物运动神经的传播速度是（10～120）m/s，而无髓感知神经的速度是（6～25）m/s（无髓神经在一条连续的直线上不会跳跃；膜透性增加允许高效地完成回路，但会减慢传播的速度）”。

32.2002年出版的《科学》杂志强调连环蛋白质在脑皮质扩张方面的重要作用。这种蛋白质负责形成大脑皮层表面的褶皱和凹槽；事实上正是这些褶皱增加了大脑的表面积，从而为更多的神经元提供空间。有的老鼠可以生产过多的这种蛋白质，所有它的大脑皮层更紧缩，褶皱也更多，相比该种蛋白质较少的老鼠来说，前者大脑皮层也有更大的表面积。原文出自：Anjen Chenn和Christopher Walsh，"Regulation of Cerebral Cortical Size by Control of Cell Cycle Exit in Neural Precursors"，《Science》297（2002年7月）：365-69。

2003年，通过对比人类、黑猩猩和猕猴大脑皮质的基因表达，人们发现只有91种关于大脑组织和认知的基因是不同的。研究者发现90%的不同于上流调节相关（高级活动）。请见：

M.Cacares等，"Elevated Gene Expression Levels Distinguish Human from Nonhuman Primate Brains"，《Proceedings of the National Academy of Sciences》100.22（2003年10月28日）：13030-35。

尽管如此，University of California-Irvine College of Medicine的研究人员发现与脑体积相比，大脑中特定区域的灰质与智商的关联更大，同时还发现只有6%的灰质与智商相关。这项研究还发现，因为这些与智商关联的区域贯穿于整个大脑之中，而大脑中不可能有类似于大脑额叶等单一的“智能中心”。请见："Human Intelligence Determined by Volume and Location of Gray Matter Tissue in Brain"，University of California-Irvine新闻发布（2004年7月19日），http：//today.uci.edu/news/release＿detail.asp？key=1187。

2004年的一项研究对比了人类神经系统的基因所表现的加速进化与其他灵长类生物，以及比较于所有灵长类生物与其他哺乳类生物的基因。Steve Dorus等，"Accelerated Evolution of Nervous System Genes in the Origin of《Homo sapiens》"，《Cell》119（2004）：1027-40，该论文描述了这一发现，该研究的领导者Bruce Lahn指出：“人类认知能力的进化并不是由于一些偶然的突变，而是源于数量巨大的突变，这些突变源于有利于复杂认知能力改善的自然选择。”Catherine Gianaro，《University of Chicago Chronicle》24.7（2005年1月6日）。

研究认为一种对于肌肉纤维基因MYH16的突变可以使人类拥有更大的大脑。这种突变使得原始人类的下颌缩小，所以人类并不像其他类人猿那样拥有限制大脑尺寸的肌肉。Stedman等，"Myosin Gene Mutation Correlates with Anatomical Changes in the Human Lineage"，《Nature》428（March 25，2004）：415-18。

33.Robert A.Freitas Jr.“在医学纳米技术中的探索性设计：一种机械人工红细胞，”Artificial Cells,Blood Substitutes,and Immobil.Biotech.26（1998）：411-30；http：//www.foresight.org/Nanomedicine/Respirocytes.html；还可以参考Nanomedicine Art Gallery一文的图像：（http：//www.foresight.org/Nanomedicine/Gallery/Species/Respirocytes.html）可参考其获奖动画：（http：//www.phleschbubble.com/album/beyondhuman/respirocyte01.htm）。

34.Foglets是纳米技术先驱Rutgers的J.Storrs Hall教授提出的概念。下面是他讲话的一段：“纳米技术是基于微小、自我复制机器人的概念。Utility Fog是对该思想的简单扩充：假设微小的机器人（foglet）彼此相连，并按照我们的想法形成稳固的物体形状，而不是通过一个原子一个原子地构建的呢？到那时，当我们厌倦了风格前卫的咖啡桌，那些构成桌子的机器人通过简单的变换，我们就能得到典雅的、安妮女皇式的咖啡桌。”J.Storrs Hall的这篇"What I Want to Be When I Grow Up,Is a Cloud"，《Extropy》，第3和第4部分，1994。2001年7月6日，发表于KurzweilAI.net，2001年7月6日，http：//www.KurzweilAI.net/foglets.还可参见J.Storrs Hall，"Utility Fog：The Stuff That Dreams Are Made Of"，《Nanotechnology：Molecular Speculations on Global Abundance》，B.C.Crandall等，（Cambridge,Mass.：MIT Press，1996），发表于2001年7月5日的KurzweilAI.net，网址是http：//www.KurzweilAI.net/utilityfog。

35.Sherry Turkle等，"Evocative Objects：Things We Think With"，即将出版。

36.请见第2章的图"Exponential Growth of Computing"。该图反映了直到21世纪末计算性价比的双倍指数增长，那时价值1000美元的计算将提供10⁶⁰cps。这将在第2章详细论述，通过3种不同的分析方法得到的结论是，模仿人脑功能需要10¹⁵cps。一种更加保守的估计（假设需要模拟每一个突触和树突的非线性结构），对于人脑神经形态的模拟需要10¹⁹cps的计算能力。还有一个更保守的数字，我们需要10²⁹cps的计算能力才能模拟10¹⁰个人的大脑。所以大约在2099年，1000美元能购买的10⁶⁰cps计算能力将代表10³¹（10万万亿）人的文明。

37.18世纪早期动力织布机和其他纺织自动化机器的发明破坏了以家庭手工业为生的英国织工的生活，在此之前这种牢固的家庭经济已经传承了几百年。经济动力已经从家庭纺织发展到机器拥有者。根据传说，一位年轻而愚钝的男孩Ned Ludd破坏了两个纺织厂的机器。自从那以后，只要工厂的设备被神秘破坏，任何有嫌疑的人会说，“又是Ned Ludd破坏的”。1812年，绝望的织工形成了一个秘密的组织——城市游击队。他们威胁恐吓工厂主，很多工厂主都屈从了。当问及他们的领导是谁时，这些游击队员会回答：“当然是Ned Ludd司令。”虽然Ludd的追随者起初通过暴力的方法破坏机器，但是后来还爆发了一系列的流血冲突。Tory政府无法容忍他们的行为，通过关押和绞刑示众等方式打压他们破坏机器和恐吓工厂主的行为。虽然织工们无法进行持续可行的活动，当他们仍然是反对自动化和科技的有力象征。

38.见本章注释34。

第2章　技术进化理论：加速回归定律

1.John Smart对于"Understanding Evolutionary Development：A Challenge for Futurists"一文的总结发表于World Futurist Society年会上。华盛顿，2004年8月3日。

2.在Theodore Modis看来，进化中新纪元的标志性事件代表着复杂度的增加，详见Theodore Modis的"Forecasting the Growth of Complexity and Change"，《Technological Forecasting and Social Change》69.4（2002），网址为http：//ourworld.compuserve.com/homepages/tmodis/Ted-WEB.htm。

3.压缩文件涉及数据传输（如互联网上传播的音乐和文本）和数据存储两方面内容。文件越小，其传输时间越短，存储空间越小。信息论之父、数学家Claude Shannon在他的论文"A Mathematical Theory of Communication"，《The Bell System Technical Journal》27（1948年7月～10月）中对数据压缩进行了如下定义：数据压缩是有可能的，因为数据中存在冗余，并且数据中的关键特征有融合在一起的可能性，例如音频文件中的无声状态可以由一个表示无声持续时间的值所代替，文本文件中的字母组合在压缩文件中可以被编码识别符所代替。

如Shannon所解释的，冗余可以通过无损压缩的方式去除，这意味着压缩不会使信息丢失。无损压缩有一个限制，Shannon称为熵速率（压缩会增加数据的“熵”，其中实际的信息量反比于预先定义的数据结构）。数据压缩将消除数据冗余，而无损压缩在消除数据冗余的同时不会损失任何数据（这意味着原来精确的数据将被保留）。而有损压缩可以用于图形文件或流媒体的音频、视频文件，虽然它会导致信息的丢失，但通常情况下用户是不会觉察到的。

大多数的数据压缩技术都会使用一种编码，可将源文件中的基本单元（或符号）与编码表映射。例如，文本文件中的所有空格都可以被一个单独代码和空格的数目所代替。压缩算法通过建立这种映射关系，并使用编码表建立一个新的文件。经过压缩的文件将小于原始文件，并且易于传输和存储。以下是关于无损压缩的技术类别：

●游程压缩，该算法使用一个代码表示重复的符号，并用一个数值表示符号重复的次数（例如：Pack-Bits和PCX）。

●最小冗余编码或简单熵编码，该编码方式以概率为基础，使用频繁的符号的编码长度最短（例如：霍夫曼编码和算术编码）。

●字典编码器，该编码器使用动态更新的符号字典来表示模式（例如：Lempel-Ziv、Lempel-Ziv-Welch和DEFLATE）。

●块排序压缩，该算法用重新组织字符的方法代替编码表，而游程压缩通常用于严重重复的字符串（例如：Burrows-Wheeler变换）。

●局部映射预测，该算法通过使用原文件中的字符集来预测文件中将会出现的下一个字符。

4.Murray Gell-Mann，"What Is Complexity？"，发表于《Complexity》，（New York：John Wiley and Sons，1995）。

5.在不经压缩的情况下，人类的遗传代码总量接近60亿bit（大约10¹⁰）。理论上，一块1kg重的石头所包含的信息量为10²⁷ bit，这是人类遗传代码的10¹⁷倍。请见第2章注释57关于基因组压缩的讨论。

6.当然，人由数量巨大的粒子构成，如果考虑到所有粒子的属性，其所包含的信息量与等重量的石头差不多。就石头而言，其信息量并不需要像人类那样描述其状态。另外人类与石头相比需要更多的信息以描述其特征。

7.请见第5章的注释175关于基因算法的描述。

8.人类、黑猩猩、大猩猩、红毛猩猩是人科动物的科学分类（人总科）。在500万～700万年前，人类由巨猿演化而来。人科中的人类还包含已经灭绝的物种（如H.erectus）以及现代人（H.sapiens）。

黑猩猩的手指比人类手指长，但没有人类手指那么直，其大拇指较短，缺乏力量而且不便于移动。黑猩猩可以使用棍子抽打，但无法紧握棍子。它们无法用力捏住物体，因为它们的大拇指无法与其他手指重叠以达到紧握物体的目的。现代人类的拇指较长，其他手指能够沿着中心轴旋转，所以人的拇指尖端可以接触到其他手指的尖端，该特性称为完全相对性。人类特有的这些属性使其能够准确并且有力地握住物体。甚至人类的祖先（例如，科学家在埃塞-俄比亚发现距今300万年前的更新纪灵长动物，称为露西）能够以更快的速度和更好的准确性投掷石块。从那以后，科学家们断定人类的手在投掷和摔打等方面持续改进（同时还伴随着人类其他器官的改进），这使得人类明显优于其他相似大小和重量的动物。详情请见：

Richard Young的"Evolution of the Human Hand：The Role of Throwing and Clubbing"，《Journal of Anatomy》202（2003）：165-74和Frank Wilson，《The Hand：How Its Use Shapes the Brain,Language,and Human Culture》（New York：Pantheon，1998）。

9.圣菲研究所是研究复杂性和紧急系统相关技术和概念的先驱。Stuart Kauffman是其中研究范式混沌和复杂性的一位主要研发人员。Kauffman在《At Home in the Universe：The Search for the Laws of Self-Organization and Complexity》（Oxford：Oxford University Press，1995）一文中阐述道：“秩序的力量在于混沌的边缘。”

在《Evolution of Complexity by Means of Natural Selection》（Princeton：Princeton University Press，1988）一书中，John Tyler Bonner提出了以下几个问题：“受精卵是如何变为一个完美的成人？”“一个细菌如何经历了数百万年的时间进化为一只大象？”

John Holland是圣菲研究所另一位主要的思想家，主要研究方向为复杂性的新兴领域。他的《Hidden Order：How Adaptation Builds Complexity》（Reading,Mass.：Addison-Wesley，1996）一书收录了1994年他在圣菲研究所发表的一系列研究报告。另见John H.Holland的《Emergence：From Chaos to Order》（Reading,Mass.：Addison-Wesley，1998）和Mitchell Waldrop的《Complexity：The Emerging Science at the Edge of Order and Chaos》（New York：Simon＆Schuster，1992）。

10.热力学第二定律解释了为什么不存在一个完美的动力机，它可以利用燃料燃烧产生的全部能量来工作：一些热量不可避免地散发到环境中。自然中相同的原理认为热量可以从热的平底锅向冷空气中传递，而其逆过程无效。该定律还假定封闭（孤立）系统随着时间的迁移将变得越来越无序，也就是说将从有序变为无序。例如，冰片中的分子只有有限的几种排布方式。所以一杯冰片的熵值要小于一杯水的熵值。水与冰相比拥有更多的分子排布方式，更大的自由度带来了更高的熵。多样性是另外一种思考熵的方法。一种状态所能实现的方法越多，其多样性就越高。因此，一堆混乱的砖头与整齐堆砌的砖头相比，前者拥有更高的多样性（和更高的熵值）。

11.Max More明确地表达了如下观点：先进的技术通过融合和杂交的方式使得加速进程变得更快。参见Max More的"Track 7 Tech Vectors to Take Advantage of Technological Acceleration"，《ManyWorlds》，2003年8月1日。

12.更多信息请另见如下参考资料：J.J.Emerson等的，"Extensive Gene Traffic on the Mammalian X Chromosome"，《Science》303.5657（2004年1月23日）：537-40，http：//www3.uta.edu/faculty/betran/science2004.pdf,Nicholas Wade的"Y Chromosome Depends on Itself to Survive"，《New York Times》，2003年6月19日，以及Bruce T.Lahn和David C.Page的"Four Evolutionary Strata on the Human X Chromosome"，《Science》286.5441（1999年10月29日）：964-67，网址为http：//inside.wi.mit.edu/page/Site/Page%20PDFs/Lahn＿and＿Page＿strata＿1999.pdf。

人们将女性的第二个X染色体关闭称为X失活，而基因只能通过一个X染色体来表达。研究表明来自父亲的X染色体会在一些细胞中关闭，而来自母亲的染色体会在另外一些细胞中关闭。

13.关于人类基因工程请见"Insights Learned from the Sequence"，网址为http：//www.ornl.gov/sci/techresources/Human＿Genome/project/journals/insights.html。尽管人类基因组已经被测序，但大多数基因代码不能为（蛋白质合成）指定遗传密码（成为垃圾DNA），所以研究者仍然在争论人类DNA中的30亿个碱基对包含多少基因。尽管人类基因工程认为基因的数量超过10万对，但当前的研究表明基因的数量不到3万对。请见How Many Genes Are in the Human Genome？“http：//www.ornl.gov/sci/techresources/Human＿Genome/faq/genenumber.shtml）和Elizabeth Pennisi，”A Low Number Wins the GeneSweep Pool，《Science》300.5625（2003年6月6日）：1484。

14.Niles Eldredge和后来的Stephen Jay Gould于1972年提出了该理论（N.Eldredge和S.J.Gould的"Punctuated Equilibria：An Alternative to Phyletic Gradualism"，发表于《Models in Paleobiology》（San Francisco：Freeman,Cooper）。从那时起，该话题便引起了古生物学家和进化生物学家的争论，尽管该理论逐渐地获得了认可。根据该理论，物种在数百万年的进化过程中是相对稳定的。停滞后紧接着伴随着更迭的爆发，那将导致新物种的出现和旧物种的灭绝（Elisabeth Vrba称其为“颠覆性脉冲”）。它将影响着整个生态系统和很多不相关的物种。Eldredge和Gould提出一种需要新视角的模式：“无视和停滞是最具束缚性的一种偏见（不可避免地被认为是进化的缺失），它被认为是非主题的。很奇怪将所有古生物中最普通的现象当做是显著而极具吸引力的。”参见S.J.Gould和N.Eldredge的"Punctuated Equilibrium Comes of Age"，《Nature》366（1993年11月18日）：223-27。

参见K.Sneppen等的"Evolution As a Self-Organized Critical Phenomenon"，《Proceedings of the National Academy of Sciences》92.11（1995年5月23日）：5209-13；Elisabeth S.Vrba的"Environment and Evolution：Alternative Causes of the Temporal Distribution of Evolutionary Events"，《South African Journal of Science》81（1985）：229-36。

15.诚如我将在第6章所讨论的，如果光速并非信息向遥远宇宙传输的一个基本限制，那么智能和计算将持续地以指数的方式传播，直到支撑计算向整个宇宙传播的物质和能量达到饱和。

16.生物进化持续地与人类相关联，但是像癌症和病毒等疾病通过进化对抗人类（癌细胞和病毒可以通过进化来对抗各种治疗措施，如化学药物和抗生素）。但是人类智能在与生物进化智能的斗争中能够以智取胜：在基础层面上攻击疾病，通过使用“鸡尾酒”策略，以正交（独立）的方法同时对抗疾病。

17.Andrew Odlyzko的"Internet Pricing and the History of Communications"，AT＆T实验室研究，2001年2月8日经过修订，网址为http：//www.dtc.umn.edu/～odlyzko/doc/history.communications1b.pdf.

18.Cellular Tele Communications and Internet Association,Semi-Annual Wireless Industry Survey,June 2004，http：//www.ctia.orglresearch＿statistics/index.cfm/AID/l0030

19.电线、电话、收音机、电视、手机：FCC，网址为www.fcc.gov/Bureaus/Common＿Carrier/Notices/2000/fc00057a.xls。Home Computers and Internet use：Eric C.Newburger,U.S.Census Bureau，"Home Computers and Internet Use in the United States：August 2000"（September 2001），http：//www.census.gov/prod/2001pubs/p23-207.pdf。也可以参考"The Millennium Notebook"，《Newsweek》，1998年4月13日，第14页。

20.以当前新的通信技术来衡量，现在范式迁移的速率每9年翻一番（大规模使用新发明——被美国四分之一的人口使用——的时间将减半）。请见注释21。

21.图2-5显示了在过去的130年间，一项发明被25%的美国人口使用所需的时间。电话的普及用了35年的时间，收音机的普及用了31年的时间（减少了11%时间，或者说在两项发明间隔的21年间以每年0.58%的速度递减）。收音机与电视机这两项发明的时间间隔每年的递减速度为0.6%，电视机与PC这两项发明的时间间隔每年的递减速度为1.0%，PC与移动电话这两项发明的时间间隔每年的递减速度为2.6%，移动电话与互联网这两项发明的时间间隔每年的递减速度为7.4%。从1897年发明收音机到广泛普及用了31年的时间，而从1991年互联网的发明到其广泛普及仅用了7年的时间——在过去的94年里时间减少了77%，以平均每年1.6%的速度减少。由此可以推断在20世纪的这100年里发明广泛普及的时间减少了79%。当前的发明普及的递减速度为每年7.4%，故以当前的速度来说，发明广泛普及的时间减少79%所需的时间只需要20年。以此速度计算，范式迁移增倍（也就是说发明普及减半的时间）的时间只需要9年。在21世纪该速率将11次翻番，即该速度将达到当前的211倍，也就是2000年的2000倍。实际的增长速率将更快，因为当前的增长速率如20世纪那样，仍然稳定地增长。

22.数据来自1967年～1999年的Intel的数据，请见Gordon E.Moore的"Our Revolution"，网址为http：//www.siaonline.orgfdownloads/Moore.pdf。数据来自2000年～2016年International Technology Roadmap for Semiconductors（ITRS），该数据在2002年和2004年更新，网址为http：//public.itrs.net/Files/2002Update/2002Update.pdf和http：//www.itrs.net/Common/2004Update/2004＿00＿Overview.pdf。

23.ITRS生产DRAM的花费表示每一bit信息花费的数据。1971年～2000年的数据来自VLSI Research年，2001年～2002的数据来自ITRS的2002年更新的表7a，第172页。2003年～2018年的数据来自ITRS的2004更新的表7a和7b，第20页和第21页。

24.根据Intel和Dataquest的报告（2002年12月），参见Gordon E.Moore的"Our Revolution"，网址为http：//www.siaonline.org/downloads/Moore.pdf。

25.Randall Goodall、D.Fandel和H.Huffet的"Long-Term Productivity Mechanisms of the Semiconductor Industry"，Ninth International Symposium on Silicon Materials Science and Technology，2002年5月12日～17日，Philadelphia，由the Electrochemical Society（ECS）和International Sematech赞助。

26.1976～1999的数据来自E.R.Berndt、E.R.Dulberger和N.J.Rappaport的Price and Quality of Desktop and Mobile Personal Computers：A Quarter Century of History，2000年7月17日，网址为http：//www.nber.org/～confer/2000/si2000/berndt.pdf。2001～2016的数据来自ITRS的2002更新表4c：Performance and Package Chips：Frequency On-Chip Wiring Levels-Near-Term Years，第167页。

27.请见注释26描述的时钟速度（周期时间）和注释24描述的晶体管代价。

28.在微处理器方面Intel的晶体管：Microprocessor Quick Reference Guide,Intel Research，网址为http：//www.intel.com/pressroom/kits/quickrefyr.htm。也可以参见Silicon Research Areas,Intel Research,http：//www.intel.comlresearch/silicon/mooreslaw.htm。

29.数据来源于Intel公司，请见：Gordon Moore的"No Exponential Is Forever……but We Can Delay 'Forever'"，在International Solid State Circuits Conference（lSSCC）上发表，2003年2月10日，网址为ftp：//download.intel.com/researchl silicon/Gordon＿Moore＿ISSCC＿021003.pdf。

30.Steve Cullen的"Semiconductor Industry Outlook"，InStat/MDR，报告号：IN0401550SI，2004年4月，网址为http：//www.instat.com/abstract.asp？id=68＆SKU=IN0401550SI。

31.来自World Semiconductor Trade Statistics，网址为http：//wsts.www5.kcom.at。

32.来自Bureau of Economic Analysis,U.S.Department of Commerce，网址为http：//www.bea.gov/bea/dn/home/gdp.htm.

33.请见本章注释22～24和注释26～30。

34.来自International Technology Roadmap for Semiconductors，2002更新，International Sematech。

35."25 Years of Computer History"，网址为http：//www.compros.com/timeline.html；Linley Gwennap的"Birth of a Chip"，《BYTE》（1996年12月），网址为http：//www.byte.com/art/9612/sec6/art2.htm；"The CDC 6000 Series Computer"，网址为http：//www.moorecad.com/standardpascal/cdc6400.html；"A Chronology of Computer History"，网址为http：//www.cyberstreet.comlhcs/museum/chron.htm；Mark Brader的"A Chronology of Digital Computing Machines（to 1952）"，网址为http：//www.davros.org/misc/chronology.html；Karl Kempf的"Electronic Computers Within the Ordnance Corps"，1961年11月，网址为http：//ftp.arl.mil/～mike/comphist/61ordnance/index.html；Ken Polsson的"Chronology of Personal Computers"，网址为http：//www.islandnet.com/～kpolsson/comphist；"The History of Computing at Los Alamos"，网址为http：//bang.lanl.gov/video/sunedu/computer/comphist.html（requires password）；the Machine Room，网址为http：//www.machineroom.org；Mind Machine Web Museum，网址为http：//www.userwww.sfsu.edu/～hl/mmm.html；Hans Moravec,computer data，网址为http：//www.frc.ri.cmu.edu/～hpm/book97/ch3/processor.list；"PC Magazine Online：Fifteen Years of PC Magazine"，网址为http：//www.pcmag.com/article2/0，1759，23390，00.asp；Stan Augarten，《Bit by Bit：An Illustrated History of Computers》（New York：Ticknor and Fields，1984）；International Association of Electrical and Electronics Engineers（IEEE），《Annals of the History of the Computer》9.2（1987）：150-53和16.3（1994）：20；Hans Moravec的《Mind Children：The Future of Robot and Human Intelligence》（Cambridge,Mass.：Harvard University Press，1988）；Rene Moreau的《The Computer Comes of Age》（Cambridge,Mass.：MIT Press，1984）。

36.本章中的这幅图标示为“对数图”，但该图从技术的角度来说是半对数图，因为该图形在时间轴上是线性的，而另一个轴上是对数的。但是为了方便起见，我将这些图形称为“对数图”。

37.参见附录，该定律从数学的角度证明了计算能力（由单位花费每MIPS来衡量）为什么存在两个层次上的指数增长（指数增长速率本身也在以指数速度增长）。

38.Hans Moravec的"When Will Computer Hardware Match the Human Brain？"《Journal of Evolution and Technology》1（1998），网址为http：//www.jetpress.org/volumel/Moravec.pdf。

39.请见注释35。

40.人们用了90年的时间（1900年～1990年）才实现用1000美元创造1个MIPS的计算能力。现在每400天就可以使1000美元的MIPS数量翻番。因为当前的性价比是每1000美元2000 MIPS，所以现在我们以每天增加5 MIPS的速度改进性价比，或者说是以每5小时增加1个MIPS的速度。

41."IBM Details Blue Gene Super Computer"，《CNET News》，2003年3月8日，网址为http：//news.com.com/2100-1008＿3-1000421.html。

42.请见Alfred North Whitehead的《An Introduction to Mathematics》（London：Williams and Norgate，1911），与此同时，他还与Bertrand Russell共同创作了三卷《Principia Mathematica》。

43.该项目原计划花费15年的时间，“人类基因组计划比原计划提前两年半的时间，同时该项目的花费也比原计划的27亿美元低”。

44.人类基因组计划可参考：http：//www.ornl.gov/sci/techresources/Human＿Genome/project/privatesector.shtml；Stanford Genome Technology Center,http：//sequence-www.stanford.edu/group/techdev/auto.html；National Human Genome Research Institute,http：//www.genome.gov；Tabitha Powledge的"How Many Genomes Are Enough？"《Scientist》，2003年11月17日，http：//www.biomedcentral.com/news/20031117/07。

45.数据源自National Center for Biotechnology Information的"GenBank Statistics"，2004年5月4日修订，网址为http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/genbankstats.html。

46.British Columbia Cancer Agency和The American Centers for Disease Control只用了31天的时间便破译了非典型性肺炎（SARS）的基因序列。两个中心测序对比表明该病毒中的2万9千个碱基对中只有10对不同。本项工作确认了SARS是一种冠状病毒。CDC的主管Julie Gerberding博士将本次测序工作称为“科学的成就已经远远超过历史发展水平”。参见K.Philipkoski的"SARS Gene Sequence Unveiled"，《Wired News》，2003年4月15日，网址为http：//www.wired.com/news/medtech/0，1286，58481.00.html？tw=wn＿story＿related。

而HIV的测序工作始于20世纪80年代，HIV1和HIV2测序工作分别于2003年和2002年完成，National Center for Biotechnology Information，网址为http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/framik.cgi？db=genome＆gi=12171；HIV的序列数据库由洛杉矶阿尔莫斯自然实验室维护，网址为http：//www.hiv.lanl.gov/content/hivdb/HTML/outline.htm。

47.Mark Brader的"A Chronology of Digital Computing Machines（to 1952）"，网址为http：//www.davros.org/misc/chronology.html；Richard E.Matick的《Computer Storage Systems and Technology》（New York：John Wiley and Sons，1977）；剑桥大学计算机实验室，EDSAC99，网址为http：//www.cl.cam.ac.uk/UoCCL/misc/EDSAC99/statistics.html；Mary Bellis的"Inventors of the Modern Computer：The History of the UNIVACcomputer-J.Presper Eckert and John Mauchly"，网址为http：//inventors.about.com/library/weekly/aa062398.htm；"Initial Date of Operation of Computing Systems in the USA（1950～1958）"，源于1968 OECD data，网址为http：//members.iinet.net.au/～dgreen/timeline.html；Douglas Jones的"Frequently Asked Questions about the DEC PDP-8computer"，网址为ftp：//rtfrn.mit.edu/pub/usenet/alt.sys.pdp8/PDP-8＿Frequently＿Asked＿Questions＿%28posted＿every＿other＿month%29；《Programmed Data Processor-1 Handbook》，Digital Equipment Corporation（1960～1963），网址为http：//www.dbit.com/greeng3/pdp1/pdp1.html#INTRODUCTION；John Walker的"Typical UNIVAC 1108 Prices：1968"，网址为http：//www.fourmilab.ch/documents/univac/config1108.html；Jack Harper的"LISP 1.5 for the Univac 1100 Mainframe"，网址为http：//www.frobenius.com/univac.htm；Wikipedia的"Data General Nova"，网址为http：//www.answers.com/topic/datageneralnova；Darren Brewer的"Chronology of Personal Computers 1972～1974"，网址为http：//uk.geocities.com/magoos＿universe/comp1972.htm；www.pricewatch.com；网址为http：//www.jcnews.com/parse.cgi？news/pricewatch/raw/pw-010702；网址为http：//www.jcnews.com/parse.cgi？news/pricewatch/raw/pw-020624；网址为http：//www.pricewatch.com（11/17/04）；网址为http：//sharkyextreme.com/guidesIWMPG/article.php/10706＿2227191＿2；《Byte advertisements》，1975年9月～1998年3月；《PCcomputing advertisements》，1977年3月～2000年4月。

48.Seagate的"Products"，网址为http：//www.seagate.com/cda/products/discsales/index；《Byte advertisements》，1977～1998；《PCcomputing advertisements》，1999年3月；Editors of Time-Life Books的《Understanding Computers：Memory and Storage》（New York：Warner Books，1990）；"Historical Notes about the Cost of Hard Drive Storage Space"，网址为http：//www.alts.net/ns1625/winchest.html；"IBM 305 RAMACcomputer with Disk Drive"，网址为http：//www.cedmagic.com/history/ibm-305-ramac.html；John C.McCallum的"Disk Drive Prices（1955-2004）"，网址为http：//www.jcmit.com/diskprice.htm。

49.James DeRose的《The Wireless Data Handbook》（St.Johnsbury,Vt.：Quantrum，1996）；First Mile Wireless，网址为http：//www.firstmilewireless.coml；J.B.Miles的"Wireless LANs，"《Government Computer News》18.28（1999年4月30日），http：//www.gcn.com/vo118＿no28/guide/514-1.html；《Wireless Week》（1997年4月14日），网址为http：//www.wirelessweek.com/toc/4%2F14%2F1997；Office of Technology Assessment的"Wireless Technologies and the National Information Infrastructure"，1995年9月，网址为http：//infoventures.com/emf/federal/ota/ota95-tc.html；Signal Lake的"Broadband Wireless Network Economics Update"，2003年1月14日，网址为http：//www.signallake.com/publications/broadbandupdate.pdf；BridgeWave Communications communication，网址为http：//www.bridgewave.com/050604.htm。

50，Internet Software Consortium（http：//www.isc.org），ISC Domain Survey：Number of Internet Hosts，网址为http：//www.isc.org/ds/host-count-history.html。

51.如上。

52.每年的12月，美国都市在互联网的主干网络上测试当年的平均流量。A.M.Odlyzko的"Internet Traffic Growth：Sources and Implications"，《Optical Transmission Systems and Equipment for WDM NetworkingⅡ》，B.B.Dingel、W.Weiershausen、A.K.Dutta和K.-I.Sato等编辑，《Proc.SPIE》（The International Society for Optical Engineering）5247（2003）：1-15，网址为http：//www.dtc.umn.edu/～odlyzko/doc/oft.internet.growth.pdf；数据来源于2003～2004与A.M.Odlyzko的电子邮件沟通。

53.Dave Kristula的"The History of the Internet"（发表于1997年3月，2001年8月更新），网址为http：//www.davesite.com/webstation/nethistory.shtml；Robert Zakon的"Hobbes' Internet Timeline v8.0"，网址为http：//www.zakon.org/robert/internet/timeline；《Converge Network Digest》，2002年12月5日，网址为http：//www.convergedigest.com/Daily/daily.asp？vn=v9n229＆fecha=December%2005，%202002；V.Cerf的"Cerfs Up"，2004，网址为http：//global.mci.com/de/resources/cerfs＿up/。

54.H.C.Nathanson等的"The Resonant Gate Transistor"，《IEEE Transactions on Electron Devices》14.3（1967年3月）：117-33；Larry J.Hornbeck的"128 x 128 Deformable Mirror Device"，《IEEE Transactions on Electron Devices》30.5（1983年4月）：539-43；J.Storrs Hall的"Nano Computers and Reversible Logic"，《Nanotechnology》5（July 1994）：157-67；V.V.Aristov等的"A New Approach to Fabrication of Nanostructures"，《Nanotechnology》6（1995年4月）：35-39；C.Montemagno等的"Constructing Biological Motor Powered Nanomechanical Devices"，《Nanotechnology》10（1999）：225-31，网址为http：//www.foresight.org/Conferences/MNT6/Papers/Montemagno/；Celeste Biever的"Tiny 'Elevator' Most Complex Nanomachine Yet"，《New-Scientist.com News Service》，2004年3月18日，网址为http：//www.newscientist.com/article.ns？id=dn4794。

55.ETC Group的"From Genomes to Atoms：The Big Down"，第39页，网址为http：//www.etcgroup.org/documents/TheBigDown.pdf。

56.同上。

57.虽然难以准确地确定基因所蕴含的内容，但是重复的碱基对数量显然远小于未经压缩的数量总和。下面提供了两种预测基因中压缩信息的方法，这两种方面均表明3000万～1亿字节的这一范围是很高的。

1）就未压缩的数据而言，人类基因代码中包含了30亿个DNA梯阶，每个可用两bit信息编码（因为每个DNA碱基对有四种可能性）。这样算来，人类基因组共含有8亿字节未经压缩的信息。不能编码的DNA称为“垃圾DNA”，但现在已经可以清晰地认定它们在基因表达中扮演了重要角色。但是其编码效率很低，存在大量的冗余（例如"ALU"序列重复出现了很多次），压缩算法可以充分地利用这一特点而进行压缩。

由于基因数据库中已经存储着大量的数据，所以基因数据压缩引起了大家的广泛兴趣。近来的研究表明，应用标准的压缩算法可以去除基因数据中90%的冗余信息（例如应用bitperfect算法），参见Hisahiko Sato等的"DNA Data Compression in the Post Genome Era"，《Genome Informatics》12（2001）：512-14，网址为http：//www.jsbi.org/journal/GIW01/GIW01P130.pdf。

这样我们就能够无损地将人类的基因信息压缩至8000万字节（这意味着我们能够完美地重新构建8亿字节未经压缩的基因组）。

现在来考虑那些不用于蛋白质编码的98%的基因组。即便使用标准的压缩算法（使用字典的方法减少基因的冗余），不能编码的DNA经压缩后，其数据量将变得很低，这意味着我们可以使用一种算法通过较少的信息而达到相同的功能。由于我们正处于逆向工程基因组的早期阶段，所以不能坚定地认为在保证各项功能的同时减少基因中的数据量。所以我们现在使用3000万～1亿这一范围来表示基因组中信息的数据量。这一范围的上界表示只使用压缩算法而不是为简化算法。

只有部分（尽管是大部分）信息用于构建大脑的设计。

2）另一个合理推断如下，尽管人类基因包含30亿碱基，但只有很小的一部分用于编码蛋白质。现在估计大概有2万6千个基因用于编码蛋白质。如果我们假设那些基因平均有3千个碱基对是有效数据，那么它们将等价于7800百万碱基。存储一个DNA碱基需要2bit，这意味着需要2000万字节空间存储所有的信息（7800万除以4）。在一个基因的蛋白质编码序列中，3个DNA碱基对中每个密码子翻译为一个氨基酸。所以共有43（64）种可能的密码子代码，每个均有3个DNA碱基对构成。但是其中只有20个使用了终止密码子（无效氨基酸）。剩余的密码子与21个有效密码子等效。而64中有效的组合需要6bit的存储空间，存储21种可能性需要4.4（log212）bit的信息，这样便节约了1.6bit的信息（约为27%），这样存储信息总量降为1500万字节。同时一些基于重复序列的标准压缩算法在这也是可用的，尽管用于蛋白质编码的DNA与垃圾DNA相比，其压缩量较小，但是数据总量仍能下降至1200万字节。但是我们需要加上可以控制基因表达的非编码DNA。虽然这部分DNA是由基因组构成的，但它的信息量较少，且拥有大量的信息冗余，估计同样需要1200万字节存储用于蛋白质编码的DNA，所以我们总共大约需要2400万字节存储表达人类基因。从这个视角来看，3千万～1亿字节的数据量的估计是比较高的。

58.浮点数可以精确地表示连续的值。一个浮点数由两个比特序列构成。“指数”序列表示2的幂值，“基数”序列表示分数。增加基数序列中比特的数量，我们便可以增加准确性。

59.Stephen Wolfram的《A New Kind of Science》（Champaign，Ⅲ.：Wolfram Media，2002）。

60.关于数字物理理论的早期工作也是由Frederick W.Kantor发表的，《Information Mechanics》（New York：John Wiley and Sons，1977）。Kantor的论文可以从以下链接找到：http：//w3.execnet.com/kantor/pm00.htm（l997）；http：//w3.execnet.com/kantor/1b2p.htm（l989）和http://w3.execnet.com/kantor/ipoim.htm（l982）.http：//www.kx.com/listbox/k/msg05621.html.

61.Konrad Zuse的"Rechnender Raum"，《Elektronische Datenverarbeitung》，1967。Konrad Zuse的由细胞组成的基于自动化的宇宙在2年后发表，《Rechnender Raum,Schriften zur Datenverarbeitung》（Braunschweig,Germany：Friedrich Vieweg＆Sohn，1969）。英文翻译版：《Calculating Space》，MIT Technical Translation AZT-70-164-GEMIT，1970年2月。MIT Project MAC,Cambridge,MA 02139.PDF。

62.Edward Fredkin引自Robert Wright的"Did the Universe Just Happen？"《Atlantic Monthly》，1988年4月，网址为http：//digitalphysics.org/Publications/Wri88a/html。

63.同上。

64.Fredkin的很多结果源于他对计算模型的研究，这些模型明确地表达了物理学的基本原则。参见Edward Fredkin和Tommaso Toffoli的经典文章："Conservative Logic"，《International Journal of Theoretical Physics》21.3-4（l982）：219-53，网址为http：//www.digitalphilosophy.org/download＿documents/ConservativeLogic.pdf。与Fredkin的文章相似的内容还可以在Norman Margolus中找到，如"Physics and Computation，"Ph.D.thesis,MIT/LCS/TR-415，MIT Laboratory for Computer Science，1988。

65.在我于1990年创作的《The Age of Intelligent Machines》一书中，我讨论了Norbert Wiener和Ed Fredkin关于信息作为构建物理和其他现实层面内容的基础。

通过计算变换的方式表达所有的物理现象的复杂度被认为是一个巨大的挑战，但是Fredkin持续地投入努力。在过去的10年间Wolfram在该领域做出了巨大的努力，但是交流仅限于物理界同样对该主题感兴趣的同仁。Wofram阐述了他的目标“并不是一个特殊的终极物理模型”，而是他对“物理的注释”（本质上说是一个极为重要的挑战），Wolfram描述“这样一个模型将会有他所相信的特征”（《A New Kind of Science》，网址为http：//www.wolframscience.com/nksonline/page-1043c-text）。

在《The Age of Intelligent Machines》一书中，我讨论过“现实的终极本质是模拟还是数字的问题”，并指出“随着我们对于自然过程和智能过程探究的深入，我们将会发现这一过程的本质通常是模拟信息和数字信息交替的过程”。为了说明该问题，我将讨论声音。在我们的大脑中，音乐可以用耳蜗中数字化的录制神经元来表示不同的频段。在空气和线路中，它又是一种模拟现象。声音在压缩的磁盘中以数字的形式表达，并通过数字电路解码。但是数字电路由带有阈值的晶体管组成，它们又是模拟的扬声器。作为扬声器，晶体管可以操作独立的电子，所以它们又可以被数字化地计算，在更深的层次上，电子从属于模拟的量子场。在更深层次上，Fredkin和Wolfram为这些联系方程提供了理论化的数字（计算的）基础。

值得注意的是，一些人在建立物理的数字化理论方面取得了成功，我们将通过实现计算和细胞自动机的链接的方法来检验更深层的机制。也许那些使宇宙正常运行的细胞自动机是更基础的模拟现象，例如晶体管从属于一个阈值，使其完成数字化的操作。这样为物理建立数字化的基础将不会引起哲学上的争论，如现实的终极形态是数字的还是模拟的。尽管如此，建立一个可行的计算模型仍然是一个非凡的成就。

那么这种事情发生的可能性有多大？我们可以轻易地建立一种已存在的证据以表明物理的数字化模型是可行的，因此连续方程经常被表达为离散值和离散变换的准确程度。毕竟这是计算的基础性原理。但是连续方程具有根本的复杂性，它将违反爱因斯坦关于事物的声明“尽可能简单，而不是简单一些”。现实的问题是，我们能否通过使用细胞自动机算法，以更精深的方法来表达基础关系。测试物理学的一种新理论在于是否有能力验证它的预测。需要至少有一种非常重要的方法来验证，这对于以细胞自动机为基础的理论极为重要，因为可预测性的降低是细胞自动机的一个基础性的特征。

Wolfram将宇宙描述为一个巨大的网络节点。这些节点并不存在于“空间”中，而是存在于我们能够感知的另外一种空间，该空间是由贯穿网络节点的现象迁移创造的。人可以轻易地通过想象构建为任意所需粒度建立三维网络的方法，以构建用于表达“朴素”物理现象的网络。像“粒子”和“波”这样可以穿越空间的现象被“细胞滑翔”所表示，这是每个计算周期网络中的先进模式。“生活”（基于细胞自动机）游戏的爱好者将识别普通的滑翔机现象和多样性的模式，该模式可以平稳地穿越细胞自动机网络。光速是天文计算机的时钟速度，因为滑翔使得每个计算周期推进一个细胞。

爱因斯坦的广义相对论将重力描述为空间本身的扰动，好像我们所处的三维世界是无法看到的四维空间的一种弯曲，它明确地代表着一种模式。我们可以想象四维网络代表着明显的空间弯曲，同样它也代表着三维空间的弯曲。网络在一些区域是密集的，这代表了时空弯曲的等价物。

细胞自动机的概念解释熵（无序度）的增加是有效的（熵的概念蕴含于热力学第二定律中）。我们假设构建宇宙的细胞自动机规则是第四个规则（见正文）——另外宇宙事实上是一个没有活力的地方。Wolfram主要的观察结果是第四类细胞自动机的快速生产具有很显然的随机性（尽管它具有确定的过程），我们可以通过布朗运动观察到这种随机性，并且其蕴涵于第二定律中。

狭义相对论更难理解。牛顿模型可以与细胞网络简单对应。但是牛顿模型不适用于狭义相对论。在牛顿世界中，如果一辆火车以80km/h的速度行驶，在并行的轨道上你驾驶的汽车以60km/h的速度行驶，那么火车将以20km/h远离你。但是在狭义相对论的世界中，如果你以3/4的光速离开地球，对于你来说，光似乎仍以全光速远离你。根据这种看似矛盾的观点，对于两个观察者来说，物体的尺寸和运行的主观时间都依赖于相对速度。这样空间与节点的明确对应将更加复杂。本质上每个观察者都需要它自己的网络。但在狭义相对论中，我们可以从本质上应用相同的变换：从“牛顿”网络到牛顿空间。但是很明显，在狭义相对论中应用这种方法已经无法达到更加简化的结果。

细胞节点所代表的现实有利于理解量子力学中的一些现象。它可以解释量子现象中明显的随机性。例如粒子-反粒子对的突然的随机出现。我们可以在第四类细胞自动机中发现相同类型的随机。尽管是预先确定的，但是第四类细胞自动机是无法预测的（不同于运行细胞自动机），也是随机的。

这并不是一种新的观点。它等价于量子力学公式中的“隐藏变量”，这说明了存在一些变量我们是不能访问的，而这些变量控制了我们所观测到的随机行为。量子力学中隐藏变量的概念与量子力学公式相矛盾。这一概念并不被量子物理学家所接受，因为这需要使用一种特殊的方法并进行大量的假设才能将其论证清楚。但这并不能作为反对这一概念的论据。宇宙的存在本身就需要通过一种非常精确的方式提出很多假设。但是我们正处在这个宇宙中。

一个重要的问题是如何验证隐藏变量理论？如果基于细胞自动机类似的过程，隐藏的变量将是确定的，但也是不可预知的。我们需要找到一些其他方法来揭示这些隐藏变量。

Wolfram的宇宙网络概念提供了一个潜在的观点以说明量子纠缠和波动函数衰竭现象。其中波动函数衰竭可以追溯粒子模糊不清的属性（如位置），可以从细胞网络的角度来解释现象与观察者之间的交互。作为观察者，我们生存于网络之中。我们从细胞力学中得知两个交互的实体之间不能发生改变，这便是波动函数衰竭的基础。

Wolfram写道：“如果宇宙是一个网络，即便从空间上来说粒子之间距离很远，但彼此仍然被连接在一起。”这解释了近来关于非区域性行为的实验，非区域性行为涉及两个彼此相距很远的“量子纠缠”粒子。爱因斯坦称之为“超距作用”并否认了这个概念，但是近来的实验表明了这个概念的正确性。

一些现象更适于用细胞自动机网络来解释。一些建议看起来是很有说服力的，但是Wolfram已经清晰地陈述了，事实上若将物理转变为连续的细胞自动机的系统是难以完成的。

Wolfram在哲学方面拓展了他的讨论，他“解释”了以自由的现象作为决策是明确的，但又是无法预测的。如果不通过实际的操作过程，将没有办法预测细胞过程的结果，由于没有模拟器能够比宇宙本身运行得更快，所以也就没有办法预测人类的决策。所以即便我们的决策预先确定，但是仍然无法事先预知结果。尽管如此，这仍没有充分地阐明这个概念。就可预测性降低而言，这一观察可以作为大多数物理过程的结果——例如尘埃落地。因此该观点等价于人类关于随机落下的尘埃的自由意愿。当Wolfram声明人脑中处理过程“计算等价”于其他的过程（如流体动荡）时，他的这一观点便形成了。

自然界中的一些现象（例如云、海岸线）以重复简单过程为特征，如细胞自动机和分形，但是智能的模式（如人脑）需要进化过程（或者逆向工程这一过程的结果）。智能是一种启发式进化的结果，在我看来，世界上最强大的力量终将超越自然的力量。

总之，Wolfram宏伟的论述向人们描述了一幅极具吸引力而又被高估的不完整的画面。Wolfram加入了一个成长中的社区，该社区用于保存信息的模式，而非物质和能量，并认为信息是构建现实的基础。Wolfram增加了以下知识，即信息模式如何创造我们所经历的世界。我希望与Wolfram及其同事共同工作一段时间，使得我们能够为世界构建一个更稳固、更具普适性的视角。

第四类细胞自动机的低预测性构成了一些生物系统复杂性的基础，同时代表了一种重要的生物范式（该范式可通过技术模拟）。它无法解释生物，但却仍然可以解释所有物理现象。如果Wolfram或其他人能够成功地以细胞自动机操作及其模式为方法来表达物理世界，那么Wolfram的这本书将实至名归。无论如何，我坚信本书是有关本体论的非常重要的一本书。

66.规则110声明在如下提案件中细胞的颜色是白色的：1）该细胞先前的颜色是白色并且邻居细胞是全黑或全白的；2）该细胞先前的颜色是白色并且其邻居细胞一个是白色的一个是黑色的；其他情况下，细胞的颜色都是黑色的。

67.Wolfram，《New Kind of Science》，第4页，网址为http：//www.wolframscience.com/nksonline/page-4-text。

68.请注意，量子力学的一些解释隐含地说明了世界并不基于明确的规则，并且对于内在的量子范畴的每一次交互都存在着一种内在的量子随机性。

69.如注释57所论述的，未经压缩的人类基因组共含有60亿bit的信息（数量级为10¹⁰bit），而经过压缩的基因组共含有3000万～1亿字节的信息。当然其中的一些设计信息被应用于其他习惯。假设将所有的1亿字节信息用于设计大脑，那么保守地估计，染色体中用于设计人脑的信息量高达10⁹bit。我们将讨论对于“个体神经连接层次上的人类记忆”的估计，其中包括成人大脑中“连接模式和神经质浓缩”的10¹⁸bit的信息。该数值是染色体中用于描述大脑设计所需信息的1亿倍（10⁹）。这逐渐发生于大脑在与环境交互式时的自我组织。

70.参见《The Age of Spiritual Machines：When Computers Exceed Human Intelligence》（New York：Viking，1999），第30～33页，该书的"Disdisorder"和"The Law of Increasing Entropy Versus the Growth of Order"内容中有详细讨论。

71.通用计算机可以接受来自其他计算的输入，并模拟其他计算。模拟的速度会比较慢。

72.C.Geoffrey Woods的"Crossing the Midline"，Science 304.5676（2004年6月4日）：1455-56；Stephen Matthews的"Early Programming of the Hypothalamo-Pituitary-Adrenal Axis"，Trends in Endocrinology and Metabolism 13.9（2002年11月1日）：373-80；Justin Crowley和Lawrence Katz的"Early Development of Ocular Dominance Columns"，Science 290.5495（2000年11月17日）：1321-24；Anna Penn等的"Competition in the Retinogenicu1ate Patterning Driven by Spontaneous Activity"，Science 279.5359（1998年3月27日）：2108-12。

73.图灵机有7个命令：1）读取磁带，2）向左移动磁带，3）向右移动磁带，4）在磁带上写0，5）在磁带上写1，6）跳转到另外的命令，7）停止。

74.书中最令人印象深刻的分析是，Wolfram认为只有两种状态5种可能颜色的图灵机是一种通用的图灵机。而40年来我们认为通用图灵机远比上述的复杂。另一个让人印象深刻的是Wolfram证明了110规则可以通过合适的软件用于通用计算。当然，如果没有合适的软件，那么通用计算是无法执行任务的。

75.“非”门将两个输入变为一个输出。只有当输入A和B都是非时，输入才为真。

76.请见The Age of Intelligent Machines的"A nor B：The Basis of Intelligence？"（Cambridge,Mass.：MIT Press，1990），网址为http：//www.KurzweilAl.net/meme/frame.html？m=12。

77.United Nations Economic and Social Commission for Asia and the Pacific，"Regional Road Map Towards an Information Society in Asia and the Pacific，"ST/ESCAP/2283，http：//www.unescap.org/publications/detail.asp？id=771；Economic and Social Commission for Western Asia，"Regional Profile of the Information Society in Western Asia，"October 8，2003，http：//www.escwa.org.lb/information/publications/ictd/docs/ictd-03-11-e.pdf；John Enger，"Asia in the Global Information Economy：The Rise of Region-States,The Role of Tele Communications，"International Conference on Satellite and Cable Television in Chinese and Asian Regions,communication Arts Research Institute,Fu Ien Catholic University,June 4-6，1996.

78.参见"The 3 by 5 Initiative"，Fact Sheet 274，2003年12月，网址为http：//www.who.int/mediacentre/factsheets/2003/fs274/en/print.html。

79.1998年的风险投资（101亿美元）中，76%用于技术投资。（PricewaterhouseCoopers news release，"Venture Capital Investments Rise 24 Percent and Set Record at $ 14.7 Billion,PricewaterhouseCoopers Finds，"February 16，1999），1999年风险投资（320亿美元）的90%用于技术公司（PricewaterhouseCoopers news release，"Venture Funding Explosion Continues：Annual and Quarterly Investment Records Smashed,According to PricewaterhouseCoopers Money Tree National Survey，"February 14，2000）。在高科技衰退的那段时间，风险投资有所下降，但是在2003年的第二季度，仅软件公司便获得了近10亿美元的投资。1974年美国制造行业的42家公司总共获得2640万美元的风险投资（相当于1992年8100万美元）。参见Samuel Kortum和Josh Lerner的"Assessing the Contribution of Venture Capital to Innovation" RAND Journal of Economics 31.4（2000年冬季）：674-92，网址为http：//econ.bu.edu/kortum/rje＿Winter00＿Kortum.pdf。如Paul Gompers和Josh Lerner所述，“风险投资从20世纪70年代开始迅速增加”Gompers和Lerner的The Venture Capital Cycle，（Cambridge,Mass.：MIT Press，1999）。请见Paul Gompers的"Venture Capital"，Handbook of Corporate Finance：Empirical Corporate Finance，网址为http：//mba.tuck.dartmouth.edu/pages/faculty/espen.eckbo/PDFs/Handbookpdf/CH11-VentureCapital.pdf。

80.关于“新经济”技术源于对“旧经济”工业改造的说明请见Jonathan Rauch的"The New Old Economy：Oil,computers,and the Reinvention of the Earth"，Atlantic Monthly，2001年1月3日。

81.U.S.Department of Commerce,Bureau of Economic Analysis（http：//www.bea.doc.gov），请见以下网站，Table 1.1.6：http：//www.bea.doc.gov/bealdn/nipaweb/SelectTable.asp？Selected=N。

82.U.S.Department of Commerce,Bureau of Economic Analysis,http：//www.bea.doc.gov.

1920-1999 data from：Population Estimates Program,Population Division,U.S.Census Bureau，"Historical National Population Estimates：July 1，1900 to July I，1999，"http：//www.census.gov/popest/archivesl1990s/popdockest.txt；2000-2004 data from http：//www.census.gov/popest/states/tables/NST-EST2004-01.pdf.

83."The Global Economy：From Recovery to Expansion，"Results from Global Economic Prospects 2005：Trade,Regionalism and Prosperity（World Bank，2004），http：//globaloutlook.worldbank.org/globaloutlook/outside/globalgrowth.aspx；"World Bank：2004 Economic Growth Lifts Millions from Poverty，"Voice of America News,http：//www.voanews.com/english/2004-11-17-voa41.cfrn.

84.Mark Bils and Peter Klenow，"The Acceleration in Variety Growth，"American Economic Review 91.2（May 2001）：274-80，http：//www.klenow.com/Acceleration.pdf.

85.请见注释84、86和87。

86.U.S.Department of Labor,Bureau of Labor Statistics，2004年6月3日的新闻报道。可以从以下连接获得该报道：http：//www.bls.gov/bls/productivity.htm。

87.Bureau of Labor Statistics,Major Sector Multifactor Productivity Index,Manufacturing Sector：Output per Hour All Persons（1996=100），http：//data.bls.gov/PDQ/outside.jsp？survey=mp（Requires JavaScript：select"Manufacturing，""Output Per Hour All Persons，"and starting year 1949），or http：//data.bls.gov/cgibin/srgate（use series "MPU300001，""AllYears，"and Format 2）.

88.George M.Scalise,Semiconductor Industry Association,in"Luncheon Address：The Industry Perspective on Semiconductors，"2004 Productivity and Cyclicality in Semiconductors：Trends,Implications,and Questions-Report of a Symposium（2004）（National Academies Press，2004），p.40，http：//www.nap.edu/openbook/0309092744/html/index.html.

89.数据来自Kurzweil Applied Intelligence，现在是ScanSoft（formerly Kurzweil Computer Products）的子公司。

90.eMarketer，"E-Business in 2003：How the Internet Is Transforming Companies,Industries,and the Economya Review in Numbers，"February 2003；"US B2C E-Commerce to Top $90 Billion in 2003，"April 30，2003，http：//www.emarketer.com/Article.aspx？1002207；and "Worldwide B2B E-Commerce to Surpass $1 Trillion By Years End，"March 19，2003，http：//www.emarketer.com/Article.aspx？1002125.

91.IT经济分享能力的增倍时间为23年。U.S.Department of Commerce,Economics and Statistics Administration，"The Emerging Digital Economy"，表2，网址为http：//www.technology.gov/digeconomy/emerging.htm。

92.美国教育支出增倍时间23年。National Center for Education Statistics,Digest of Education Statistics，2002，网址为http：//nces.ed.gov/pubs2003/digest02/tables/dt030.asp。

93.The United Nations预测2000年全球资本市场总额为37万亿美元。United Nations，"Global Finance Profile"，《Report of the High-Level Panel of Financing for Development》，2001年6月，网址为http：//www.un.org/reports/financing/profile.htm。

如果我们能够感知未来的增长速率将以每年2%的速率增加（与当前的预期相比），考虑到每年的折扣率（与当前对比）为6%，考虑到当前价值的增加源于仅仅20年来以复利和折扣来计算未来的增长，那么其价值将变为原来的3倍。随后的内容指出，这种分析并没有考虑折扣率的增加，该折扣率源于对未来增长的一种感知。

第3章　达到人脑的计算能力

1.Gordon E.Moore，"Cramming More Components onto Integrated Circuits，"Electronics 38.8（April 19，1965）：114-17，ftp：//download.intel.com/research/silicon/moorespaper.pdf.

2.摩尔在1965年发表文章预测组件的数量每年会翻一番，在1975年，它将这一数字修订为每两年翻一番。然而，由于组件越小的运行速度越快（因为电子运行距离变小），性价比每两年不止是翻两番，所以整体的价格与功效比（每个晶体管周期的花费）每13个月下降一半。

3.Paolo Gargini quoted in Ann Steffora Mutschler，"Moores Law Here to Stay，"Electronics Weekly.com,July 14，2004，http：//www.electronicsweekly.co.uk/articles/article.asp？liArticle ID=36829.See also Tom Krazit，"Intel Prepares for Next 20 Years of Chip Making，"Computer-world,October 25，2004，http：//www.computer world.com/hardwaretopics/hardware/story/0，10801，96917，00.html.

4.Michael Kanellos，"High-rise' Chips Sneak on Market，"CNET News.com,July 13，2004，http：//zdnet.com.com/2100-1103-5267738.html.

5.Benjamin Fulford，"Chipmakers Are Running Out of Room：The Answer Might Lie in 3-D，"Forbes.com,July 22，2002，http：//www.forbes.com/forbes/2002/0722/173＿print.html.

6.NTT新闻稿，"Three-Dimensional Nanofabrication Using Electron Beam Lithography"，2004年2月2日，网址为http：//www.ntt.co.jp/news/news04e/0402/040202.html。

7.László Forró和Christian Schonenberger，"Carbon Nanotubes,Materials for the Future"，Europhysics News 32.3（200l），http：//www.europhysicsnews.com/full/09/article3/article3.html。还可见http：//www.research.ibm.com/nanoscience/nanotubes，该网页将展示纳米管的全貌。

8.Michael Bernstein，美国化学会通信稿，"High-Speed Nanotube Transistors Could Lead to Better Cell Phones,Faster Computers"，2004年4月27日，网址为http：//www.eurekalert.org/pub＿releases/2004-04/acs-nt042704.php。

9.我估计一个基于纳米管、支持电路和连接需要大约10纳米的立方体（晶体管将是其一小部分）或10³立方纳米，这是个保守估计，因为单壁纳米管的直径仅仅是1纳米，1英尺=2.54cm=2.54×10⁷ns，这样，1立方英尺=2.543×10²¹=1.6×10²²立方纳米。所以，1英尺的立方体可以提供1.6×10¹⁹个晶体管。由于每一个计算机需要大约10⁷个晶体管（它们比可以在人类神经元连接间进行计算的装置更加复杂），我们可以支持10¹²（1万亿）次的平行计算。基于纳米晶体管的计算机每秒进行10¹²次计算（基于Burke的估计），这使得我们可以估计出一英寸见方的纳米电路的速度为10²⁴，也可见Bernstein的"High-Speed Nanotube Transistors"。

经估计，人类大脑的功能模拟（可见第3章后面的讨论）需要10¹⁶cps，这给了我们1亿（10⁸）的人脑当量。如果我们使用更加保守的估计，只取模拟神经形态（模拟每一个在神经组成部分的非线性连接，可见第3章后面的讨论）所需的10¹⁹cps的估计，一个一英尺见方的纳米管电力将仅仅可以提供10万人脑当量。

10.“仅仅在四年前，我们才第一次测量了电子通过一个纳米管的传输，而现在，我们根据单分子设备探索什么该做以及什么不该做。下一步我们就将思考如何将这些元素整合在一起以形成一个复杂的电路。”Henk W.Ch.Postma他们中的一个作者Cees Dekker，"Carbon Nanotube Single-Electron Transistors at Room Temperature"，Science 293.5527（2001年7月6日）：76-129，可见美国科学促进协会新闻稿"Nanotransistor Switches with Just One Electron May Be Ideal for Molecular Computers,Science Study Shows"，网址为http：//www.eurekalert.org/pub＿releases/2001-07/aaftnsw062901.php。

11.IBM研究员解决了纳米晶体管制造的问题。当加热炭黑来制造导管时，大量不能用的金属管也随着适合做晶体管的半导体管一起生产出来。之后对这两种纳米管的电路使用电气脉冲来破坏不适合的纳米管——这种方法比通过原子力显微镜挑选适合的纳米管更有效，Mark K.Anderson，"Mega Steps Toward the Nanochip，"Wired News，2001年4月27日，网址为http：//www.wired.com/news/technology/0，1282，43324，00.html，也可参阅Philip G.Collins、Michael S.Arnold和Phaedon Avouris，"Engineering Carbon Nanotubes and Nanotube Circuits Using Electrical Breakdown，"Science 292.5517（2001年4月27日）：706-9。

12.一个在原子级别上像滚制的细铁丝网围栏一样的纳米管，比人类的头发要细成千上万倍，然而它却非常牢固。该消息来自美国加州大学伯克利分校的新闻发布会，Researchers Create First Ever Integrated Silicon Circuit with Nanotube Transistors，“2004年1月5日，网址为http：//www.berkeley.edu/news/media/releases/2004/01/05＿nano.shtml，参阅Yu-Chih Tseng等，”Monolithic Integration of Carbon Nanotube Devices with Silicon MOS Technology，Nano Letters 4.1（2004）：123-27，网址为http：//pubs.acs.org/cgibin/sample.cgi/nalefd/2004/4/i01/pdf/nl0349707.pdf。

13.R.Colin Johnson，"IBM Nanotubes May Enable Molecular-Scale Chips，"EETimes,April 26，2001，http：//eetimes.com/article/showArticle.jhtml？articleId=10807704.

14.Avi Aviram和Mark A.Ratner，"Molecular Rectifiers，"Chemical Physics Letters（November 15，1974）：277-83，根据Charles M.Lieber，"The Incredible Shrinking Circuit，"Scientific American（2001年9月），网址为http：//www.sciam.com和http：//www-mcg.uni-r.de/down-loads/lieber.pdf。Aviram和Ratner描述的单分子整流器可以在任一方向优先流行。

15.Will Knight，"Single Atom Memory Device Stores Data，"NewScientist.com,September 10，2002，http：//www.newscientist.com/news/news.jsp？id=ns99992775，referring to R.Bennewitz et al.，"Atomic Scale Memory at a Silicon Surface，"Nanotechnology 13（July 4，2002）：499-502.

16.他们的晶体管由磷化铟和砷化镓制造而成，可见伊利诺斯大学的新闻稿："Illinois Researchers Create Worlds Fastest Transistor-Again"，网址为http：//www.eurekalert.org/pub＿relea-ses/2003-11/uoia-irc110703.php。

17.Michael R.Diehl以及其他人，"Self-Assembled Deterministic Carbon Nanotube Wiring Networks"，Angewandte Chemie International Edition 41.2（2002）：353-56；C.P.Collier以及其他人，"Electronically Configurable Molecular-Based Logic Gates，"Science 285.5426（1999年7月）：391-94。可见：http：//www.its.caltech.edu/～heathgrp/papers/Paperfiles/2002/diehlangchemint.pdf和http：//www.cs.duke.edu/～thl/papers/Heath.Switch.pdf。

18.这些由Purdue小组设计的“花环纳米管”包括碳、氮、氢和氧元素，这个环是自组装的，因为它们内部是疏水性的，而其外部是吸水性的，因此，为了在水中保护它们的内部结构，根据这个小组的领导研究员Hicham Fenniri的说法，“这些环堆叠成纳米管。花环纳米管的物理和化学属性现在可以通过一个新颖的好方法来修改”。R.Colin Johnson，"Purdue Researchers Build Made-to-Order Nanotubes，"EETimes，2002年10月24日，网址为http：//www.eetimes.com/article/showArticle.jhtml？articleId=18307660；H.Fenniri等，"Entropically Driven Self-Assembly of Multichannel Rosette Nanotubes，"Proceedings of the National Academy of Sciences 99，supp1.2（2002年4月30日）：6487-92；Purdue news release，"Adaptable Nanotubes Make Way for Custom-Built Structures,Wires"，网址为http：//news.uns.purdue.edu/UNS/html4ever/020311.Fenniri.scaffold.html。荷兰的科学家做了类似的工作：Gaia Vince，"Nano-Transistor Self-Assembles Using Biology"，NewScientist.com，2003年11月20日，网址为http：//www.newscientist.com/news/news.jsp？id=ns^99994406。

19.Liz Kalaugher，"Lithography Makes a Connection for Nanowire Devices"，2004年6月9日，网址为http：//www.nanotechweb.org/articles/news/3/6/6/1，参阅Song Jin等，"Scalable Inter Connection and Integration of Nanowire Devices Without Registration，"Nano Letters 4.5（2004）：915-19。

20.Chao Li et al.，"Multilevel Memory Based on Molecular Devices，"Applied Physics Letters 84.11（March 15，2004）：1949-51.Also see http：//www.technologyreview.com/articles/rnb＿051304.asp？p=1.Also see http：//nanolab.usc.edu/PDF%5CAPL84-1949.pdf.

21.Gary Stix，"Nano Patterning，"Scientific American（February 9，2004），http：//www.sciam.com/print＿version.cfm？articleID=000170D6-C99F-l01E-861F83414B7F0000；Michael Kanellos，"IBM Gets Chip Circuits to Draw Themselves，"CNET News.com,http：//zd-net.com.com/2100-1103-5114066.html.Also see http：//www.nanopolis.net/news＿ind.php？type＿id=3.

22.IBM在做可以根据需要自动重新配置的芯片，例如通过增加存储量或加速器。IBM的系统和技术组的首席技术专家Bernard Meyerson说：“未来，你拥有的芯片可能不是你所买到的那个。”来自于IBM新闻稿："IBM Plans Industrys First Openly Customizable Microprocessor"，网址为http：//www.ibm.com/investor/press/mar-2004/31-03-04-1.phtml。

23.BBC News，"Nanowire' Breakthrough Hailed"，2003年4月1日，网址为http：//news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/2906621.stm。发行的文章由Thomas Scheibel等撰写，"Conducting Nanowires Built by Controlled Self-Assembly of Amyloid Fibers and Selective Metal Deposition，"Proceedings of the National Academy of Sciences 100.8（2003年4月15日）：4527-32，2003年4月2日在线发布，网址为http：//www.pnas.org/cgi/content/full/100/8/4527。

24.杜克大学新闻稿，"Duke Scientists 'Program' DNA Molecules to Self Assemble into Patterned Nanostructures，"网址为http：//www.eurekalert.org/pub＿releases/2003-09/duds092403.php，参阅Hao Yan等撰写的"DNA-Templated Self-Assembly of Protein Arrays and Highly Conductive Nanowires"，Science 301.5641（September 26，2003）：1882-84。也可见http：//www.phy.duke.edu/～gleb/Pdf＿FILES/DNA＿science.pdf。

25.出处同上。

26.这里有一个例子，它可以解决所谓的旅行商问题的过程。我们努力去为一个假想的旅行商寻找一个最优路径，这个旅行商要在很多城市之间进行访问，而且每个城市只能访问一次。所以不能直接地发现最适合的路径。为了解决这一问题，南加利福尼亚大学的数学家Leonard Adleman进行了以下步骤：

1）用一段小的DNA序列对每个城市进行编码。

2）使用PCR将每一个序列（每一个对应一个城市）复制万亿倍。

3）下一步，将这些DNA集合（每一个对应一个城市）都放进试管里。这一步利用DNA之间的密切关系来使各个序列连接在一起。稍长些的序列将自动排列。每一个序列代表一条可能的城市路径。这些小的序列代表每一个城市随机的连接在一起，所以不能在数学上确定哪一条连接代表正确的答案（城市序列）。然而，这些序列的数量是如此之大以致几乎可以确定至少有一个序列——也可能是几百万的——将排列成正确的答案。

再下一步是利用特别设计的酶来剔除数万亿的不正确序列，只保留能代表正确答案的序列：4。使用成为“引物”的分子来破坏那些不是从初始城市开始的DNA序列，还有那些不以结束城市结束的DNA序列，然后就是使用PCR将重复的序列予以剔除。

4）使用酶反应来剔除那些旅行路径比城市总数还多的DNA序列。

5）使用酶反应来破坏那些不包含城市1的序列，然后依此类推，将不包含城市i（i=2，3，4……）的序列予以剔除。

6）现在，每一个剩余的序列都已经可以表示一个正确的答案，（使用PCR）复制这些剩余的序列，这样可以知道有数十亿的序列。

7）使用电泳法技术，读出这些正确的DNA序列（以组为单位）。这些读出的序列像一堆不同的线，它们代表正确的城市序列。

可见L.M.Adleman，"Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems"，Science 266（1994）：1021-24。

27.Charles Choi，"DNAcomputer Sets Guinness Record，"http：//www.upi.com/view.cfm？StoryID=20030224-045551-7398r。也可见Y。Benenson等，"DNA Molecule Provides a Computing Machine with Both Data and Fuel"，Proceedings of the National Academy of Sciences 100.5（2003年3月4日）：2191-96，可见http：//www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi？tool=pubmed＆pubmedid=12601148；Y.Benenson等，"An Autonomous Molecular Computer for Logical Control of Gene Expression"，Nature 429.6990（2004年5月27日）：423-29（2004年4月28日在线发布），可见http：//www.wisdom.weizmann.ac.il/～udi/ShapiroNature2004.pdf。

28.斯坦福大学新闻稿，"Spintronics' Could Enable a New Generation of Electronic Devices,Physicists Say"，网址为http：//www.eurekalert.org/pub＿releases/2003-08/suce080803.php，参阅Shuichi Murakami、Naoto Nagaosa和Shou-Cheng Zhang，"Dissipationless Quantum Spin Current at Room Temperature，"Science 301.5638（2003年9月5日）：1348-51。

29.Celeste Biever，"Silicon-Based Magnets Boost Spintronics，"NewScientist.com,March 22，2004，http：//www.newscientist.com/news/news.jsp？id=ns99994801，referring to Steve Pearton，"Silicon-Based Spintronics，"Nature Materials 3.4（April 2004）：203-4.

30.Will Knight，"Digital Image Stored in Single Molecule，"NewScientist.com,December 1，2002，http：//www.newscientist.com/news/news.jsp？id=ns99993129，referring to Anatoly K.

Khitrin,Vladimir L.Ermakov,and B.M.Fung，"Nuclear Magnetic Resonance Molecular Photography，"Journal of Chemical Physics 117.15（October 15，2002）：6903-5.

31.路透社，"Processing at the Speed of Light，"Wired News,http：//www.wired.com/news/technology/0，1282，61009，00.html。

32.到目前为止，根据RSA安全协议，因式分解的最大数值有521位。

33.Stephan Gulde等，"Implementation of the Deutsch-Iozsa Algorithm on an Ion-Trap Quantum Computer，"Nature 421（2003年1月2日）：48-50，可见http：//heartc704.uibk.ac.at/Papers/Nature03-Gulde.pdf。

34.既然我们现在计算的性价比每年翻一番，增加1000倍需要增加10倍或需要10年。但我们正（缓慢地）减少它自身的倍增时间，所以实际的数字是8年。

35.每个随后的千倍增长都是以一个很高的速率进行的，可见上一条注释。

36.Hans Moravec，"Rise of the Robots，"Scientific American（December 1999）：124-35，http：//www.sciam.com和http：//www.frc.ri.cmu.edu/～hpm/project.archive/robot.papers/1999/SciAm.scan.html.Moravec是卡内基·梅隆大学机器人研究所的一名教授。它的移动式遥控装置实验室在研发怎么使用摄像机、声波和其他传感器来使机器人拥有3D空间认知。在20世纪90年代，他描述了一连串的机器人时代，“这些时代本质上在非常规的方法是属于我们下一代的。最后，我想他们只属于它们自己而且它们做的事情我们也很难去想象和理解——你知道，仅仅是小孩才这么做。”（Nova对Hans Moravec的在线采访，1997年10月，http：//www.pbs.org/wgbh/nova/robots/Moravec.html）。他写的Mind Children：The Future of Robot and Human Intelligence and Robot：Mere Machine to Transcendent Mind探索了现代和将来机器人时代的能力。

信息披露：这位作者是一名投资商，是Moravec机器人公司的董事会成员。

37.虽然Moravec使用的每秒执行的指令和每秒执行的计算都有细微不同的内容，但是它们的目的足够相似。Moravec开发了不受生物模型支配的机器人视觉的数学技术。但是，这些相似点（在Moravec的算法和生物活动之间）在事后会被记下。从功能上来说，Moravec的计算指令重新改造那些在神经区域完成的部分，所以基于Moravec算法的计算估计适合于决定什么是达到功能等价变换需要的。

38.Lloyd Watts，"Event-Driven Simulation of Networks of Spiking Neurons，"seventh Neural Information Processing Systems Foundation Conference，1993；LloydWatts，"The Mode-Coupling Liouville-Green Approximation for a Two-Dimensional Cochlear Model，"Journal of the Acoustical Society of America 108.5（November 2000）：2266-71。Watts是Audience公司的创始人，这家公司致力于模拟听觉系统区域的功能来实现声音处理的应用，包括创造一种方法将声音进行预处理，以便自动进行语音识别。更多信息可以参见：http：//www.lloydwatts.com/neuroscience.shtml。

信息披露：该作者是Audience公司的顾问。

39.美国专利申请，20030095667，美国专利局，2003年5月22日。

40.目前，美敦力公司的迷你闭环人工胰腺已经在人体临床试验中取得了令人鼓舞的成果。该公司宣布，该装置将在未来5年内上市。援引自美敦力公司新闻稿，"Medtronic Supports Juvenile Diabetes Research Foundation's Recognition of Artificial Pancreas as a Potential' Curefor Diabetes，"2004年3月23日，网址为http：//www.medtronic.com/newsroom/news＿2004323a.html。这种装置需要一个葡萄糖测定仪、一个胰岛素泵，还需要一个来监测胰岛素水平的反馈机制（国际医院联盟），"Progress in Artificial Pancreas Development for Treating Diabetes"，“针对糖尿病治疗的人工胰腺的研究进展”，网址为http：//www.hospitalmanagement.net/informer/technology/tech10）。Roche（罗氏）公司也于2007年加入到了人工胰腺生产的竞争行列中。可见http：//www.roche.com/pages/downloads/science/pdf/rtdcmannh02-6.pdf。

41.人们已经创造了许多基于单个神经元和内部连接的模型和模拟仿真。Tomaso Poggio写道：对神经元的一种看法是：它更像是一个具有上千逻辑门等价物的芯片，而不是单个阈元件。Tomaso Poggio是Ray Kurzweil的私人助手，2005年1月。

也可见T.Poggio和C.Koch的"Synapses That Compute Motion，"Scientific American 256（1987）：46-52。

C.Koch and T.Poggio，"Biophysics of Computational Systems：Neurons,Synapses,and Membranes，"in Synaptic Function,G.M.Edelman,W.E.Gall,and W.M.Cowan,eds.（New York：John Wiley and Sons，1987），pp.637-97.

宾夕法尼亚大学的神经工程研究实验室创建了另一个精细的神经元级的模型仿真装置的集合，这是基于在神经元水平上的大脑功能逆向工程的。实验室负责人Leif Finkel博士说：“现在我们正在建造一个细胞级的视觉皮质模型，这是一个非常精细的计算机模拟仿真，至少能反映出真正神经元基本操作的精度。（我的同事Kwabena Boahen）有一个芯片可以精确地模拟视网膜，还可以产生穗状输入，与真正的视网膜非常接近。”可见http：//nanodot.org/article.pl？sid=0l/12/18/1552221。

结合这些和其他神经元级的模型和模拟仿真显示，每个神经元的事务（单程事务，包括信号传输和单个树突的重置）需要大约103的计算能力，这是理论上的一个上限，大多数的模拟仿真用到的都比这些少。

42.蓝色基因计划（Blue Gene/L），是蓝色基因计算机的第二代，是在2001年年底公布的。新的超级计算机会比现在的计算机快15倍，而每一个只有现在计算机大小的1/20，它正在由美国国家核安全局的Livermore国家实验室以及IBM共同开发。在2002年，IBM宣告，已经选择开源的Linux来作为新的超级计算机的操作系统。到2003年7月，超级计算机的处理器芯片颇具创新色彩，它是芯片上的完整系统，目前已经投入生产。“蓝色基因计划是片上系统概念的典型，90%以上的这种芯片是按照我们的技术库的标准开发的。”这是根据该项目（Timothy Morgan，"IBMs Blue Gene/L Shows Off Minimalist Server Design，"The Four Hundred,http：//www.midrangeserver.com/tfh/tfh120103-story05.html）的一个管理者Paul Coteus的说法。截止到2004年，蓝色基因原型系统第一次进入超级计算机前十的名单中，IBM新闻稿，"IBM Surges Past HP to Lead in Global Super Computing，"网址为http：//www.research.ibm.com/bluegene。

43.这种网络协议称为点对点、多对多和“多次反射”，其中，网络间的点可以与其他点或其他子集进行连接，而且从网状节点到每个目的节点之间会有很多路径，这些网络的适应性强，而且是自组织的。“网状网络没有中心协调设备，相反的是，每个节点是为无线电通信装置提供的，并担当其他节点的中继点。”Sebastian Rupley，"Wireless：Mesh Networks，"PC Magazine，2003年7月1日，http：//www.pcmag.com/article2/0，1759，1139094，00.asp；Robert Poor，"Wireless Mesh Networks"，Sensors Online，2003年2月，http：//www.sensorsmag.com/articles/0203/38/main.shtml；Tomas Krag和Sebastian Buettrich，"Wireless Mesh Networking，"OReilly Wireless DevCenter，2004年1月22日，http：//www.oreillynet.com/pub/a/wirelessl2004/01/22/wirelessmesh.html。

44.Carver Mead创办了超过25个公司，并掌握其中50%以上的股份，他是神经形态工程学系统领域的先驱，也是大脑和神经系统电路模拟的先锋。可见Carver A.Mead，"Neuromorphic Electronic Systems，"IEEE Proceedings 78.10（October 1990）：1629-36."Neuromorphic Electronic Systems，"IEEE Proceedings 78.10（October 1990）：1629-36。他的工作引领了计算机触摸板和数字助听器耳蜗状芯片的发展，他1999年创办的公司Foveon开发了模仿电影属性的图像模拟传感器。

45.Edward Fredkin，"A Physicists Model of Computation，"Proceedings of the Twenty-sixth Recontre de Moriond,Texts of Fundamental Symmetries（1991）：283-97，http：//digitalphilosophy.org/physicists＿model.htm.

46.Gene Frantz，"Digital Signal Processing Trends，"IEEE Micro 20.6（November/December 2000）：52-59，http：//csdl.computer.org/comp/mags/mi/2000/06/m6052abs.htm.

47.2004年，Intel宣告在到达由越来越快的单处理器的散热所导致的“热墙”（或“力墙”）之后，将通过“右转弯”向双核（在一个芯片中有多于一个的处理器）架构变换。网址为http：//www.intel.com/employee/retiree/circuit/righthandturn.htm。

48.R.Landauer，"Irreversibility and Heat Generation in the Computing Process，"IBM Journal of Research Development 5（1961）：183-91，http：//www.research.ibm.com/journal/rd/053/ibmrd0503C.pdf.

49.Charles H.Bennett，"Logical Reversibility of Computation，"IBM Journal of Research Development 17（1973）：525-32，http：//www.research.ibm.com/journal/rd/176/ibmrd1706G.pdf；CHARLES H.Bennett，"The Thermodynamics of Computationa Review，"International Journal of Theoretical Physics 21（1982）：905-40；CHARLES H.Bennett，"Demons,Engines,and the Second Law，"Scientific American 257（November 1987）：108-16.

50.Edward Fredkin and Tommaso Toffoli，"Conservative Logic，"International Journal of Theoretical Physics 21（1982）：219-53，http：//digitalphilosophy.org/download＿documents/ConservativeLogic.pdf.

Edward Fredkin，"A Physicists Model of Computation，"Proceedings of the Twenty-sixth Recontre de Moriond,Tests of Fundamental Symmetries（1991）：283-97，http：//www.digitalphilosophy.org/physicists＿model.htm.

51.Knight，"Digital Image Stored in Single Molecule，"referring to Khitrin et al.，"Nuclear Magnetic Resonance Molecular Photography"；可见注释30。

52.十亿（10¹⁰）人，每个人为10¹⁹cps，所以所有人总共为10²⁹cps；10⁴²cps比这个大10¹³倍。

53.Fredkin，"Physicists Model of Computation"；可见注释45和50。

54.两个这样的门是Interaction（交互）门，是两个输入、四个输出的通用可逆逻辑门而Feynman（费曼）门是两个输入、三个输出的通用可逆逻辑门。

两张图片都出自以上出处。

55.出处同上。

56.C.1.Seitz et al.，"Hot-Clock nMOS，"Proceedings of the 1985 Chapel Hill Conference on VLSI（Rockville,Md.：Computer Science Press，1985），pp.1-17，http：//caltechcstr.library.caltech.edu/archive/00000365；Ralph C.Merkle，"Reversible Electronic Logic Using Switches，"Nanotechnology 4（1993）：21-40；S.G.Younis and T.F.Knight，"Practical Implementation of Charge Recovering Asymptotic Zero Power CMOS，"Proceedings of the 1993 Symposium on Integrated Systems（Cambridge,Mass.：MIT Press，1993），pp.234-50.

57.Hiawatha Bray，"Your Next Battery，"Boston Globe,November 24，2003，http：//www.boston.com/business/technology/articles/2003/11/24/your＿next＿battery.

58.1962年，Hans J.Bremermann进行了计算极限的早期工作：Hans J.Bremermann，"Optimization Through Evolution and Recombination，"in M.C.Yovits,C.T.Jacobi,c.D.Goldstein等，Self-Organizing Systems（Washington,nc.Spartan Books，1962），第93页到106页.1984年，Robert A.Freitas Jr.以Bremermann的工作为基础编写了"Xenopsychology，"Analog 104（April 1984）：41-53，http：//www.rfreitas.com/Astro/Xenopsychology.htm#SentienceQuotient。

59.π×最大能量（10¹⁷kg×meter2×second2）/（6.6×10^-34）焦耳/秒≈5×10⁵⁰操作/秒。

60.5×10⁵⁰cps相当于5×10²¹（50万亿亿）人类的文明（每人需要10²⁹cps）。

61.100亿（10¹⁰）人类，每个人为10¹⁶cps，人类文明总共为10²⁶cps，因此5×10⁵⁰cps相当于5×10²⁴（5亿亿亿）的人类文明。

62.这个估计是保守估计，在过去1万年间，已经有100亿人类，但是显然并未如此。人类的实际数量已经在逐步地增长，在2000年达到61亿。一年有3×10⁷秒，1万年就有3×10¹¹秒。所以，使用10²⁶cps作为人类文明的估计值，人类的思想在过年1万年间仅仅等价于3×10³⁷的计算量。最终的笔记本电脑每秒执行5×10⁵⁰的计算量，所以模拟100亿人1万年间的思想将会需要10^-13秒，即万分之一纳秒。

63.Anders Sandberg，"The Physics of the Information Processing Superobjects：Daily Life Among the Jupiter Brains，"Journal of Evolution＆Technology 5（December 22，1999），http：//www.transhumanist.com/volume5/Brains2.pdf.

64.可见注释62；10⁴²cps是10⁵⁰cps的10⁸分之一，所以1万分之一纳秒相当于现在10毫秒。

65.可见http：//edrexler.com/p/04/04/0330drexPubs.html，这上面有Drexler的出版物和专利列表。

66.在10¹²美元和每千美元10²⁶cps的速率下，我们将在21世纪40年代中期达到10³⁵cps。如果按每个人的计算能力为10²⁶cps算，这将需要10⁹个人（100亿）。

67.1984年，Robert A.Freitas提出了基于计算能力系统的“感商”（SQ）对数刻度。度量的范围从-70到50，人类大脑结果是13，CrayⅠ号超级计算机是⁹。Freitas的感商是基于单位质量的计算量的。一个算法简单的非常快的计算机将有一个很高的SQ。我在本章描述的计算测量是基于Freitas的SQ概念，而且尝试顾及计算的有效性，所以，如果一个简单的计算机等价于实际上正在运行的计算机，那么我们将以这个等价的（简单）计算机的计算效率为基准。在我的测量标准里，计算需要具备“有效性”。Robert A.Freitas Jr.，"Xenopsychology，"Analog 104（1984年4月）：41-53，网址为http：//www.rfreitas.comfAstro/Xeno psychology.htm#SentienceQuotient。

68.作为一个有趣的花边，在小石头上雕刻，这事实上就是计算存储的最早形式。大约在公元前3000年发展起来的楔形文字是一种最早形式的书面语，使用图形标记在石头上存储信息。农业记录像在石头上存储图形标记一样存储在文件盘上，并以行列形式进行组织。这些标记的石头实际上是第一份电子表格，这样一份象形石头记录是历史记录计算机的有价值的人工制品。

69.1000（10³）bit是石头中一个原子储存信息理论能力（大约10²⁷bit）的10²⁴分之一。⁷⁰.1cps（100cps）是石头中一个原子储存信息理论上计算能力（大约10⁴²cps）的10⁴²分之一。

71.Edgar Buckingham，"Jet Propulsion for Airplanes，"NACA report no.159，in Ninth Annual Report of NACA-1923（Washington,D.C.：NACA，1924），pp.75-90.See http：//naca.larc.nasa.gov/reports/1924/naca-report-159/.

72.Belle Dume，"Microscopy Moves to the Picoscale，”PhysicsWeb,June 10，2004，http：//physicsweb.org/artide/news/8/6/6，referring to Stefan Hembacher,Franz J.Giessibl,and Iochen-Mannhart，"Force Microscopy with Light-Atom Probes，"Science 305.5682（July 16，2004）：380-83.这种新的“高次谐波”原子力显微镜是由奥格斯堡大学的物理学家发明的，他们使用单碳原子作为探头，而且至少比传统的扫描式隧道显微镜的分辨率高3倍。工作原理：作为探头的钨针尖以纳米级的振幅进行震荡，顶部的原子核和碳原子之间的相互作用在潜在的正弦波动曲线上产生了更高的谐波分量。科学家测算了这些信号以获取超顶部原子超高分辨率的图像，从而展示关键特征只有77皮米（千分之一纳米）。

73.Henry Fountain，"New Detector May Test Heisenbergs Uncertainty Principle，"New York Times,July 22，2003.

74.Mitch Jacoby，"Electron Moves in Attoseconds，"Chemical and Engineering News 82.25（June 21，2004）：5，referring to Peter Abbamonte et al.，"Imaging Density Disturbances in Water with a 41.3-Attosecond Time Resolution，"Physical Review Letters 92.23（June 11，2004）：237-401.

75.S.K.Lamoreaux and 1.R.Torgerson，"Neutron Moderation in the Oklo Natural Reactor and the Time Variation of Alpha，"Physical Review D 69（2004）：121701-6，http：//scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet？prog=normal＆id=PRVDAQ000069000012121701000001＆idtype=cvips＆gifs=yes；Eugenie S.Reich，"Speed of Light May Have Changed Recently，"New Scientist,June 30，2004，http：//www.newscientist.com！news/news.jsp？id=ns99996092.

76.Charles Choi，"Computer Program to Send Data Back in Time，"UPI,October 1，2002，http：//www.upi.com/view.efm？StoryID=20021001-125805-3380r；Todd Brun，"Computers with Closed Timelike Curves Can Solve Hard Problems，"Foundation of Physics Letters 16（2003）：245-53.Electronic edition,September 11，2002，http：//arxiv.org/PS＿cache/grqc/pdf/0209/0209061.pdf.

第4章　达到人类智能的软件：如何实现大脑的逆向工程

1.Lloyd Watts，"Visualizing Complexity in the Brain，"in D.Fogel and C.Robinson,eds.，Computational Intelligence：The Experts Speak（Piscataway,N.J.：IEEE Press/Wiley，2003），http：//www.lloydwatts.com/wcci.pdf.

2.J.G.Taylor,B.Horwitz,and K.J.Friston，"The Global Brain：Imaging and Modeling，"Neural Networks 13，special issue（2000）：827.

3.Neil A.Busis，"Neurosciences on the Internet，"http：//www.neuroguide.com；"Neurosci-entists Have Better Tools on the Brain，"Bio IT Bulletin,http：//www.bioit.world.com/news/041503＿report2345.html；"Brain Projects to Reap Dividends for Neurotech Firms，"Neurotech Reports,http：//www.neurotechreports.com/pages/brainprojects.html.

4.Robert A.Freitas Jr.，Nanomedicine,vol.1，Basic Capabilities,section 4.8.6，"Noninvasive Neuroelectric Monitoring"（GEORGEtown,Tex.：Landes Bioscience，1999），pp.115-16，http：//www.nanomedicine.com/NMI/4.8.6.htm.

5.第3章分析了这一案例：可见“人脑计算能力”。

6.Kurzweil应用智能公司进行了语音识别的研究和发展，该公司是我在1982年成立的，现在是ScanSoft（前Kurzweil计算机产品公司）的子公司。

7.Lloyd Watts，美国专利申请，美国专利局，20030095667，2003年3月22日，"Computation of Multisensor Time Delays"摘要：“文章描述了如何确定第一个感应器接收到的第一信号和第二个感受器接收到的第二信号之间的时间延迟，经分析，第一信号源自多个频率不同的第一信号通道，而第二信号源自多个频率不同的第二信号通道。第一特征是在第一信号通道里第一时间被检测到的，而第二特征是在第二信号通道里第一时间被检测到的。第一特征对应第二特征，第一时间则对应第二时间，以此来确定时间延迟。”也可见Nabil H.Farhat，美国专科申请20040073415，美国专利局，2004年4月15日，"Dynamical Brain Model for Use in Data Processing Applications。"

8.我估计压缩的基因组可能有3000万到1亿字节（可见第2章的注释57）；这比微软文字处理软件的目标代码还要少，比源代码则更少。可见Word 2003系统要求，2003年10月20日，http：//www.microsoft.com/office/word/prodinfo/sysreq.mspx。

9.Wikipedia,http：//en.wikipedia.org/wiki/Epigenetics.

10.可见第2章注释57对基因信息量的分析，我估计大约有3000万到1亿字节，因此少于10⁹bit，可见第3章“人类存储能力”这一节对人脑信息的分析，估计应该是10¹⁸bit。

11.Marie Gustafsson and Christian Balkenius，"Using Semantic Web Techniques for Validation of Cognitive Models against Neuroscientific Data，"AILS04 Workshop,SAIS/SSLS Workshop（Swedish Artificial Intelligence Society；Swedish Society for Learning Systems），April 15-16，2004，Lund,Sweden,www.lucs.lu.se/People/Christian.Balkenius/PDF/Gustafsson.Balkenius.2004.pdf.

12.可见第3章的讨论。在一个很有用的文献中，它用神经元模拟神经元，Tomaso Poggio和Christof Koch描述神经元与拥有数以千计逻辑门的芯片一样小。可见T.Poggio和C.Koch，"Synapses That Compute Motion，"Scientific American 256（1987）：46-52。也可见C.Koch和T.Poggio，"Biophysics of Computational Systems：Neurons,Synapses,and Membranes，"in Synaptic Function,G.M.Edelman、W.E.Gall和W.M.Cowan等（New York：John Wiley and Sons，1987）。

13.关于Mead，可见http：//www.technology.gov/Medal/2002/bios/Carver＿A.＿Mead.pdf。Carver Mead,Analog VLSI and Neural Systems（Reading,Mass.：Addison-Wesley，1986）。

14.可见第5章的注释172对自组织神经网络的算法描述，以及第5章注释175对于基因算法自组织的描述。

15.可见Gary Dudley等，"Autonomic Self-Healing Systems in a Cross-Product IT Environment，"Proceedings of the IEEE International Conference on Autonomic Computing,New York City,May 17-19，2004，http：//csdl.computer.org/comp/proceedings/icac/2004/2114/00121140312.pdf；"About IBM Autonomic Computing，"http：//www-3.ibm.com/autonomic/about.shtml；以及Ric Telford，"The Autonomic Computing Architecture，"2004年4月14日http：//www.dcs.st-an-drews.ac.uk/undergrad/current/dates/disclec/2003-2/RicTelfordDistinguished2.pdf.

16.Christine A.Skarda and Walter J.Freeman，"Chaos and the New Science of the Brain，"Concepts in Neuroscience 1.2（1990）：275-85.

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18.神经网络是神经的简化模型，它可以自组织并解决问题。可见第5章注释175对神经网络算法的描述。基因算法是进化的模型，利用有性生殖控制突变率，可见第5章注释175对基因算法的详细描述。马尔可夫模型是数学技术的产物，并且在很多方面和神经网络相似。

19.Aristotle,The Works of Aristotle,trans.W.D.Ross（Oxford：Clarendon Press，1908-1952（see,in particular,Physics）；see also http：//www.encyclopedia.com/html/section/aristotl＿philosophy.asp.

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24.可见第5章注释172对神经网络算法的描述。

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51.LeDoux对处理危险刺激的大脑区域进行了研究，这一区域的核心部分是扁桃体，它是位于大脑底部的一个杏仁状的神经区域。扁桃体存储危险刺激的记忆，并控制对恐惧的回应。

麻省理工学院的大脑研究人员Tomaso Poggio指出：“突触可塑性是学习的硬件基础，但值得强调的是，学习比记忆要重要得多。”可见T.Poggio和E.Bizzi，Generalization in Vision and Motor Control，“Nature 431（2004）：768-74.也可见E.Benson，”The Synaptic SelfAPA Online，2002年11月，http：//www.apa.org/monitor/nov02/synaptic.html。

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67.他们绘制了形成临时和永久连接（用于回应各种刺激）的大脑细胞的精致图像，以此阐明了神经间的结构性变化（很多科学家一直坚信在存储记忆时这些变化肯定会发生）。"Pictures Reveal How Nerve Cells Form Connections to Store Short-and Long-Term Memories in Brain，"University of California,San Diego,November 29，2001，http：//ucsdnews.ucsd.edu/news-rel/science/mcceli.htm；M.A.Colicos et al.，"Remodeling of Synaptic Action Induced by Photocon-ductive Stimulation，"Cell 107.5（November 30，2001）：605-16.Video link：http：//www.qflux.net/NeuroStim01.rm,Neural Silicon Interface-Quantum Flux.

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75.基础功能是非线性功能，它可以线性地连接起来（通过增加多种计重标准）来接近任何非线性功能。Pouget and Snyder，"Computational Approaches to Sensorimotor Transformations，"Nature Neuroscience 3.11 Supplement（November 2000）：1192-98.

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84.该仿真包括10000颗粒细胞、900高尔基细胞、500苔状纤维细胞、20蒲金耶氏细胞，以及6个核细胞。

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89.出处同上。

90.See http：//www.lloydwatts.com/neuroscience.shtml.NanoComputer Dream Team，"The Law of Accelerating Returns,Part II，"http：//nano Computer.org/index.cfm？content=90＆Menu=19.

91.可见http：//info.med.yale.edu/bbs/faculty/she＿go.html.

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96.Diagram by Lloyd Watts,http：//www.lloydwatts.com/neuroscience.shtml,adapted from E.Young，"Cochlear Nucleus"in G.Shepherd,ed.，The Synaptic Organization of the Brain，4th ed.（New York：Oxford University Press，2003[first published 1998]），pp.121-58；D.Oertel in D.Oertel,R.Fay,and A.Popper,eds.，Integrative Functions in the Mammalian Auditory Pathway（New York：Springer-Verlag，2002），pp.1-5；John Casseday,T.Fremouw,and E.Covey，"Inferior Colliculus"in ibid.；J.LeDoux,The Emotional Brain（New York：Simon＆Schuster，1997）；J.Rauschecker and B.Tian，"Mechanisms and Streams for Processing of‘What' and 'Where' in Auditory Cortex，"Proceedings of the National Academy of Sciences 97.22：11800-11806.

大脑区域建模：

Cochlea：听觉感觉器官。镫骨的3万纤维转变运动体现声音的频谱时间。

MC：多极细胞。测量光谱能量。

GBC：球状多毛小球。转播信号，从听觉神经到侧面上橄榄体的复合体（包括LSO和MSO）。两耳比照水平上的信号调速和振幅编码。

SBC：球形多毛细胞，提供到达时间的暂时强化，以此作为两耳间时间差计算的预处理。（两耳间不同的到达时间，用来说明声音是从哪传来的。）

OC：章鱼细胞。检测瞬变现象。

DCN：蜗背侧核。检测光谱边缘以及噪音水平校正。

VNTB：斜方体腹核。耳蜗内调制外部毛细胞功能的反馈信号。

VNLL,PON：外侧丘系腹核；周边橄榄核：从0C上处理瞬变。

MSO：中间上橄榄体。计算两耳间时间差。

LSO：侧面上橄榄体。也牵扯到计算两耳间时间差。

ICC：下丘细胞的中心原子核。多种声音的表现形式的主要集成位置。

ICx：下丘细胞的外侧原子核。进一步提炼声音定位。

SC：上丘。听觉/视觉合并的地方。

MGB：内侧膝状体。丘脑的听觉部分。

LS：大脑边缘系统。由与情感、记忆、领域等其他有关的一些架构组成。

AC：听觉皮质。

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101.K.Tanaka，"Inferoternporal Cortex and Object Vision，"Annual Review of Neuroscience 19（1996）：109-39；Anuj Mohan，"Object Detection in Images by Components，"Center for Biological and Computational Learning,MIT,AI Memo 1664（1999），http：//citeseer.ist.psu.edu/cache/papers/cs/12185/ftp：zSzzSzpublications.ai.mit.eduzSzai-publicationszSz1500-1999zSzAIM-1664.pdf/mohan99object.pdf；Anuj Mohan,Constantine Papageorgiou,and Tomaso Poggio，"Example-Based Object Detection in Images bycomponents，"IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 23.4（April 2001），http：//cbcl.mit.edu/projects/cbd/publications/ps/mohanieee.pdf；B.Heisele,T.Poggio,and M.Pontil，"Face Detection in Still Gray Images，"Artificial Intelligence Laboratory,MIT,Technical Report AI Memo 1687（2000）.Also see Bernd Heisele,Thomas Serre,and Stanley Bilesch，"Component-Based Approach to Face Detection，"Artificial Intelligence Laboratory and the Center for Biological and Computational Learning,MIT（2001），http：//www.ai.mit.edulresearch/abstracts/abstracts2001/vision-applied-to-people/03heisele2.pdf.

102.D.Van Essen and J.Gallant，"Neural Mechanisms of Form and Motion Processing in the Primate Visual System，"Neuron 13.1（July 1994）：1-10.

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105.基于Moravec的研究，Hans Moravec和Scott Friedman创办了一家叫做Seegrid的机器人公司。可见www.Seegrid.com。

106.M.A.Mahowald and C.Mead，"The Silicon Retina，"Scientific American 264.5（May 1991）：76-82.

107.特别的，一个低通滤波器应用于感受器（例如光感受器）。将这些乘以邻近感受器的信号。如果在两个方向上都这么做，并且每一步操作都减去0，我们将可以获得一反映运动方向的输出结果。

108.On Berger,see http：//www.usc.edu/dept/engineering/CNE/faculty/Berger.html.

109."The Worlds First Brain Prosthesis，"New Scientist 177.2386（March 15，2003）：4，http：//www.newscientist.com/news/news.jsp？id=ns99993488.

110.Charles Choi，"Brain-Mimicking Circuits to Run Navy Robot，"UPI,June 7，2004，http：//www.upi.com/view.cfm？StoryID=20040606-103352-6086r.

111.Giacomo Rizzolatti et al.，"Functional Organization of Inferior Area 6 in the Macaque Monkey.II.Area F5 and the Control of Distal Movements，"Experimental Brain Research 71.3（1998）：491-507.

112.M.A.Arbib，"The Mirror System,Imitation,and the Evolution of Language，"in Kerstin Dautenhahn and Chrystopher L.Nehaniv,eds.，Imitation in Animals and Artifacts（Cambridge,Mass.：MIT Press，2002）.

113.Marc D.Hauser,Noam Chomsky,and W.Tecumseh Fitch，"The Faculty of language：What Is It,Who Has It,and How Did It Evolve？"Science 298（November 2002）：156979，www.wjh.harvard.edu/～mnkylab/publications/languagespeech/Hauser,Chomsky,Fitch.pdf.

114.Daniel C.Dennett,Freedom Evolves（New York：Viking，2003）.

115.See Sandra Blakeslee，"Humanity？Maybe Its All in the Wiring，"New York Times,December 11，2003，http：//www.nytimes.com/2003112/09/science/09BRAI.html？ex=1386306000＆en=294f5e91dd262a1a＆ei=5007＆partner=USERLAND.

116.Antonio R.Damasio,DescartesError：Emotion,Reason and the Human Brain（New York：Putnam，1994）.

117.M.P.Maher et al.，"Microstructures for Studies of Cultured Neural Networks，"Medical and Biological Engineering and Computing 37.1（January 1999）：110-18；John Wright et al.，"Towards a Functional MEMS Neurowell by Physiological Experimentation，"Technical Digest,ASME，1996 International Mechanical Engineering Congress and Exposition,Atlanta,November 1996，DSC（Dynamic Systems and Control Division），vol.59，pp.333-38.

118.W.French Anderson，"Genetics and Human Malleability，"Hastings Center Report 23.20（January/February 1990）：1.

119.Ray Kurzweil，"A Wager on the Turing Test：Why I Think I Will Win，"KurzweilAI.net,April 9，2002，http：//www.KurzweilAI.net/meme/frame.html？main=/articles/art0374.html.

120.Robert A.Freitas Jr.提出了一个未来的基于纳米技术的大脑上传系统，而这一系统的效果可能是即时产生的。根据Freitas的说法（源自他的私人交流，2005年1月），“一个在http：//www.nanomedicine.com/NMI/7.3.1.htm上提出的生动活泼的纤维网络，可以提供10¹⁸bit/s的数据流通速度，容积足够实时监控大脑状态。”这一纤维网络拥有30cm³的体积并可以产生4W～6W的热量，这两者都足够小，可以在一个拥有1400cm3体积和25W热量承受能力的大脑里安全安装。信号至多会传送几米的距离，而其速度则近乎于光速，所以从大脑内部产生信号开始到传递至外部计算机系统也仅仅用了约0.00001ms，这一时间明显要小于神经排放周期的最小时间（约5ms）平均间隔。约2μm的神经监视化学感应器可以捕获到产生自约5ms的窗口内的化学事件，既然这是一个粗略的扩散时间，也就是说，神经递质穿过2μm（http：//www.nanomedicine.com/NMII/Tables/3.4.jpg）。这样的话，大脑状态监视可以很可能是即时产生的，至少在人类神经回应的时间规模上，让人感觉到“没有落下任何重要的东西”。

121.M.C.Diamond et al.，"On the Brain of a Scientist：Albert Einstein，"Experimental Neurology 88（1985）：198-204.

第5章　GNR：三种重叠进行的革命

1.SAMUEL BUTLER，（1835—1902），"Darwin Among the Machines，"Christ Church Press，1863年6月13日（1912年由Festing Jones在The Notebooks of Samuel Butler发表再版）。

2.Peter Weibel，"Virtual Worlds：The Emperors New Bodies，"in Ars Electronica：Facing the Future,ed.Timothy Druckery（Cambridge,Mass.：MIT Press，1999），pp.207-23；下载地址是：http：//www.aec.atlen/archiv＿files/19902/EI990b＿009.pdf。

3.James Watson and Francis Crick，"Molecular Structure of Nucleic Acids：A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid，"Nature 171.4356（April 23，1953）：737-38，http：//www.nature.comlnature/dna50/watsoncrick.pdf.

4.Robert Waterston quoted in"Scientists Reveal Complete Sequence of Human Genome，"CBC News,April 14，2003，http：//www.cbc.ca/story/science/national/2003/04/14/genome030414.html.

5.参见第2章。

6.Crick和Watson原始的报告，今天读起来仍引人注目，在James A.Peters等的Classic Papers in Genetics（Englewood Cliffs,N.J.：Prentice-Hal，1959）中可以找到。双螺旋结构令人兴奋地诠释了成功和失败，在J.D.Waston的文章中可以找到，The Double Helix：A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA（New York：Atheneum，1968）.Nature.com有Crick论文的合集，可以在线阅读http：//www.nature.com/nature/focus/crick/index.html。

7.Morislav Radman and Richard Wagner，"The High Fidelity of DNA Duplication，"Scientific American 259.2（August 1988）：40-46.

8.DNA和RNA的结构和行为分别在Gary Felsenfeld的"DNA"和James Darnell的"RNA"中有所描述，这些文章发表在Scientific American 253.4（October 1985），58-67页和68-78页。

9.Mark A.Iobling and Chris Tyler-Smith，The Human Y Chromosome：An Evolutionary Marker Comes of Age，"Nature Reviews Genetics 4（August 2003）：598-612；Helen Skaletsky et al.，"The Male-Specific Region of the Human Y Chromosome Is a Mosaic of Discrete Sequence Classes，Nature 423（June 19，2003）：825-37.

10.畸形的蛋白质可能是毒性最大的。研究表明，畸形的蛋白质可能位于体-内疾病发展过程的中心位置。如此之多的疾病诸如阿尔茨海默病、帕金森氏病、人类疯牛病、囊胞性纤维症、白内障和糖尿病，都被认为是由于肌体的能力不足以完全消除畸形蛋白质所致。

蛋白质分子执行细胞大部分的工作。蛋白质分子按照DNA蓝图在细胞内生成。它们起始时是长链的氨基酸分子，然后必须再折叠成精确的三维立体结构，以便实现例如酶、传输蛋白质等的功能。重金属毒素干扰这些酶类的正常功能，使蛋白质畸形的问题更加恶化。基因突变也使个体倾向于形成畸形蛋白质。

当原细纤维开始粘合在一起时，它们形成细丝、小纤维，最终成为较大的球状体结构，即所谓的淀粉状斑块。直到最近，这些不能溶解的斑块的堆积物被看做是这些疾病的病理间接因素，但是现在已经知道，原细纤维才是罪魁祸首。原细纤维转变成不能溶解的斑块的速度与疾病的恶化无关。这就解释了为何一些个体在其脑髓中能发现大量的斑块堆积物，但却没有阿尔茨海默病的证据，而其他个体有少量可见的斑块却仍有疾病临床表现。有些人很快地形成淀粉体斑块，这样能防止其受到原细纤维更进一步的损害。这些人也拥有少量可见的淀粉体斑块。参见Per Hammarström、Frank Schneider和Jeffrey W.Kelly，"Trans-Suppression of Misfolding in an Amyloid Disease，"Science 293.5539（September 28，2001）：2459-62。

11.新生物学引人入胜的内容可以参见Horace F.Judson的The Eighth Day of Creation：The Makers of the Revolution in Biology（Woodbury,N.Y.：CSHL Press，1996）。

12.Ray Kurzweil and Terry Grossman,M.D.，Fantastic Voyage：Live Long Enough to Live Forever（New York：Rodale，2004）.See http：//www.Fantastic-Voyage.net and http：//www.RayandTerry.com.

13.Ray Kurzweil,The 10%Solution for a Healthy Life：How to Elimiaate Virtually All Risk of Heart Disease and Cancer（New York：Crown Books，1993）.

14.Kurzweil和Grossman,Fantastic Voyage。全书中明确地表达了Kurzweil和Grossman的长寿计划。

15.“生物学年龄”的测试，所谓的H-scan测试包括听觉反应时间、可听见的最高音、触觉敏感度、视觉反应时间、肌肉运动时间、肺活量（强迫吐气时）、带有判断的视觉反应时间、带有判断的肌肉运动时间、记忆（序列长度）、二选一按键时间以及视觉调节。作者在Frontier Medical Institude（Grossman的健康长寿诊所）做了这个测试。关于H-scan测试请登录http：//www.FMIClinic.com.the H-scantest，参见Diagnostic和Lab Testing,Longevity Institute,Dallas,http：//www.lidhealth.com/diagnostic.html。

16.Kurzweil和Grossman,Fantastic Voyage，第10章：“kurzweil的个人计划”。

17.同上。

18.Aubrey D.N.J.de Grey，"The Foreseeability of Real Anti-Aging Medicine：Focusing the Debate，"Experimental Gerontology 38.9（September 2003）：927-34；Aubrey D.N.J.de Grey，"An Engineers Approach to the Development of Real Anti-Aging Medicine，"Science of Aging,Knowledge,Environment 1（2003）：Aubrey D.N.J.de Grey et al.，"Is Human Aging Still Mysterious Enough to Be Left Only to Scientists？"BioEssays 24.7（July 2002）：667-76.

19.Aubrey D.N.J.de Grey,ed.，Strategies for Engineered Negligible Senescence：Why Genuine Control of Aging May Be Foreseeable,Annals of the New YorkAcademy of Sciences,vol.1019（New York：New York Academy of Sciences,June 2004）.

20.除了提供不同类型细胞的功能之外，另外两个细胞控制基因表达的原因是环境诱导和发展过程。即使简单的生物如细菌，也可以打开和关闭蛋白质的合成，这取决于环境诱导。例如大肠埃希菌（E.coli），当其所在环境中有其他少量的消耗氮元素方式的时候，它可以关闭控制空气中氮气水平的蛋白质的合成。最近一项研究发现，1800个草莓基因中的200个基因会随着不同的发展阶段而变化。E.Marshall，"An Array of Uses：Expression Patterns in Straw-berries,Ebola,TB,and Mouse Cells，"Science 286.5439（1999）：⁴⁴⁵。

21.连同蛋白质编码区域一起，基因包括控制序列，称作启动子和增强子，它们控制基因在何时何地表达。编码蛋白质的启动子基因恰好代表性地位于DNA“上游”。增强子激活启动子的使用，因而控制基因表达的比率。许多基因需要由增强子激活才能表达。增强子称作“基因的空间（细胞类型）、时间特异性表达的主要决定因素”；任意给定基因都拥有几个不同的连接它的增强子地址。（S.F.Gilbert,Developmental Biology，6th ed.[Sunderland,Mass.：Sinauer Associates，2000]；可在线浏览www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi？call=bv.View..ShowSection＆rid=.0BpKYEBSPfx18nm8QOxH）。

通过绑定到增强子或启动子区域，转录因子启动或者抑-制基因的表达。关于转录因子的新知识已经改变了我们对基因表达的理解。Per Gilbert在《The Genetic Core of Development：Differential Gene Expression》中写道：“不再视基因本身为控制蛋白质合成的独立实体。当然，基因作用于蛋白质并受其反作用。Natalie Anger（1992）已经写道：‘一系列发现表明，DNA更类似于某一类型的政治家，被一圈蛋白质操作者和顾问所围绕，它们不时地非常有活力地按摩、扭转DNA，在身\_体的宏伟蓝图可以做有意义的事之前，彻底改造DNA。’”

22.Bob Holmes，"Gene Therapy May Switch Off Huntingtons，"2003年3月13日，网址为http：//www.newscientist.com/news/news.jsp？id=ns99993493。“作为反转遗传分析的强大工具，RNA迅速应用到许多与人类疾病有关基因的功能的研究上，尤其是肿瘤形成和传染病的研究”。J.C.Cheng、T.B.Moore和K.M.Sakamoto，"RNA Interference and Human Disease，"Molecular Genetics and Metabolism 80.1-2（October 2003）：121-28。RNA干扰是一种“高度的序列特异性机制，”1.Zhang,D.K.Fogg和D.M.Waisman，"RNA Interference-Mediated Silencing of the S100A10 Gene Attenuates Plasmin Generation and Invasiveness of Colo 222 Colorecta Cancer Cells，"Journal of Biological Chemistry 279.3（January 16，2004）：2053-62。

23.每个芯片都包含合成的聚核苷酸，可以将其用来复制特异性基因序列。为确定哪些基因已经表达，作为样品，研究者从测试样例中将信使RNA隔离出来，将其转化为互补DNA（cDNA），用荧光染料标记，然后在薄片上运行样例。每个标记过的cDNA通过一段匹配序列紧跟一个寡核苷酸，显示出薄片上已知序列的区域。自动扫描仪决定哪个寡核苷酸已经绑定，因而得出哪个基因得以表达……"E.Marshall，"Do-It-Yourself Gene Watching，Science 286.5439（October 15，1999）：444-47.

24.同上。

25.J.Rosamond and A.Allsop，"Harnessing the Power of the Genome in the Search for New Antibiotics，"Science 287.5460（March 17，2000）：1973-76.

26.T.R.Golub et al.，Molecular Classification of Cancer：Class Discovery and Class Prediction by Gene Expression Monitoring，Science 286.5439（October 15，1999）：531-37.

27.同上。正如A.Berns，"Cancer：Gene Expression in Diagnosis，"Nature 403（February 3，2000）：491-92中报告所说。在另一项研究中，在老化的肌肉中，1%的基因表达有所减少。这些基因产生蛋白质，它们与能源生产和细胞构建有关，因此，减少老化带来的弱化很有意义。基因伴随着增强的表达产生压力蛋白质，用来修复DNA或者蛋白质的损伤。J.Marx，"Chipping Away at the Causes of Aging，"Science 287.5462（March 31，2000）：2390.

另一个例子，肝转移是结肠、直肠癌的普遍原因。这些转移对不同的依赖于基因档案的治疗有所反应。表达仿形是一种杰出的确定合适的治疗模式的方法。J.C.Sung et al.Genetic Heterogeneity of Colorectal Cancer Liver Metastases，Journal of Surgical Research 114.2（October 2003）：251.

最后一个例子，研究者们已经很艰难地分析了淋巴肉芽肿病的里-施细胞，因为在患病组织中它极端罕见。表达仿形提供了关于细胞遗产的线索。J.Cossman et al.，"Reed-Sternberg Cell Genome Expression Supports a B-Cell Lineage，"Blood 94.2（July 15，1999）：411-16.

28.T.Ueland et al.，"Growth Hormone Substitution Increases Gene Expression of Members of the IGF Family in Cortical Bone from Women with Adult Onset Growth Hormone Deficiency-Relation-ship with Bone Turn-Over，"Bone 33.4（October 2003）：638-45.

29.R.Lovett，"Toxi Cologists Brace for Genomics Revolution，"Science 289.5479（July 28，2000）：536-37.

30.体细胞转基因在一段时间内会影响体-内细胞的子集。理论上也可能改变卵细胞和精子（生殖细胞）的遗传信息，从而将那些改变传递到下一代。这种治疗引来许多伦理上的关注，并且尚未尝试。"Gene Therapy，"Wikipedia,http：//en.wikipedia.org/wiki/Gene＿therapy.

31.基因编码在人类体-内执行重要功能的蛋白质。不规则或者突变的基因编码的蛋白质不能执行这些功能，从而导致遗传缺陷和疾病。基因治疗的目标是代替有缺陷的基因，以便生产正常的蛋白质。可以通过多种方式来实现，但是最典型的方法是，使用一种称为载体的运输分子向病人的目标细胞里插入治疗基因。“当前，最通用的载体是一种病毒，它遗传上已经被改变成可以携带正常人类DNA。病毒已经逐步成为一种采用致病方法来封装和传递基因到人类细胞的方式。科学家们尝试利用这种能力，并操纵病毒的染色体来消除引起疾病的基因，并插入治疗基因”（人类基因组计划，"Gene Therapy，"http：//www.ornl.gov/TechResources/Human＿Genome/medicine/genetherapy.html）。参看人类基因组计划，以便获得更多关于基因疗法的知识。基因疗法研究的重要领域，目前有6个同行审阅的基因疗法的学术期刊和4个专业协会专注于此话题。

32.K.R.Smith，"Gene Transfer in Higher Animals：Theoretical Considerations and KeyCon-cepts，"Journal of Biotechnology 99.1（October 9，2002）：1-22.

33.Anil Ananthaswamy，"Under Cover Genes Slip into the Brain，"March 20，2003，http：//www.newscientist.com/news/news.jsp？id=ns99993520.

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40.阶段2最近报告说"markedly increased HDL cholesterol levels and also decreased LDL cholesterol levels，"M.E.Brousseau等，"Effects of an Inhibitor of Cholesteryl Ester Transfer Protein on HDL Cholesterol，"New England Journal of Medicine 350.15（April 8，2004）：1505-15，http：//content.nejm.org/cgi/content/abstract/350/15/1505.全球阶段3尝试于2003年年末开始。关于托彻普的信息可在辉瑞公司网址查阅：http：//www.pfizer.com/are/investors＿reports/annual＿2003/review/p2003ar14＿15.htm。

41.O.J.Finn，"Cancer Vaccines：Between the Idea and the Reality，"Nature Reviews：Immunology 3.8（August 2003）：630-41；R.C.Kennedy and M.H.Shearer，"A Role for Antibodies in Tumor Immunity，"International Reviews of Immunology 22.2（March-April 2003）：141-72.

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48.I.B.Roninson，"Tumor Cell Senescence in Cancer Treatment，"Cancer Research 63.11（June 1，2003）：2705-15；B.R.Davies et al.，"Immortalization of Human Ovarian Surface Epithelium with Telomerase and Temperature-Sensitive SV40 Large T Antigen，"Experimental Cell Research 288.2（August 15，2003）：390-402.

49.参见R.C.Woodruff和J.N.Thompson Jr.，"The Role of Somatic and Germline Mutations in Aging and a Mutation Interaction Model of Aging，"Journal of Anti-Aging Medicine 6.1（Spring 2003）：29-39.也参见18页和19页。

50.Aubrey D.N.J.de Grey，"The Reductive Hotspot Hypothesis of Mammalian Aging：Membrane Metabolism Magnifies Mutant Mitochondrial Mischief，"European Journal of Biochemistry 269.8（April 2002）：2003-9；P.F.Chinnery et al.，"Accumulation of Mitochondrial DNA Mutations in Ageing,Cancer,and Mitochondrial Disease：Is There acommon Mechanism？"Lancet 360.9342（October 26，2002）：1323-25；A.D.de Grey，"Mitochondrial Gene Therapy：An Arena for the Biomedical Use of Inteins，"Trends in Biotechnology 18.9（September 2000）：394-99.

51.“疫苗的概念个别违反神经退行性疾病，例如阿尔茨海默病明显地背离传统认为的机制和治疗，然而，阿尔茨海默病和多发性硬化症的治疗疫苗已经在动物身上和临床-上经过验证。但是，这种方法在提供益处的同时可能会引发炎症。”（H.L.Weiner and D.J.Selkoe，"Inflammation and Therapeutic Vaccination in CNS Diseases，"Nature 420.6917[December 19-26，2002]：879-84）.这些研究者表示，滴鼻剂形式的疫苗可以减缓大脑的阿尔茨海默病的恶化。H.L.Weiner et al.，"Nasal Administration of Amyloid-beta Peptide Decreases Cerebral Amyloid Burden in a Mouse Model of Alzheimers Disease，"Annals of Neurology 48.4（October 2000）：567-79.

52.S.Vasan,P.Foiles,and H.Founds，"Therapeutic Potential of Breakers of Advanced Glycation End Product-Protein Crosslinks，"Archives of Biochemistry and Biophysics 419.1（November 1，2003）：89-96；D.A.Kass，"Getting Better Without AGE：New Insights into the Diabetic Heart，"Circulation Research 92.7（April 18，2003）：704-6.

53.S.Graham，"Methuselah Worm Remains Energetic for Life，"October 27，2003，www.sciam.com/article.cfm？chanID=sa003＆articleID=000C601F-8711-1F99-86FB83414B7F0156.

54.Ron Weiss在普林斯顿大学的主页（http：//www.princeton.edu/～rweiss）列出了他的出版物，例如Genetic Circuit Building Blocks for Cellular Computation,communications,and Signal Processing，Natural Computing,an International Journal 2.1（January 2003）：47-84.

55.S.L.Garfinkel，"Biological Computing，"Technology Review（May-June 2000），http：//static.highbeam.com/t/technologyreview/may012000/biological Computing.

56.同上。也可参看MIT媒体实验室网址目前研究的条目。http：//www.media.mit.edu/research/index.html.

57.一个合理的解释是：“哺乳类动物中，雌性胚胎有两条X染色体而雄性有一条X染色体。在雌性的早期发展中，其中一条X染色体和其上的大多数基因正常情况下沉默着或者失活的。那样，雌性和雄性的基因表达总数是一样的。但是在克隆动物身上，来自捐赠的细胞核中的X染色体已经是灭活的。必须重新设定程序，然后再次失活，这样可能会引入错误。”

CBC新闻在线，"Genetic Defects May Explain Cloning Failures，"May 27，2002，http：//www.cbc.ca/stories/2002/05/27/cloning＿errors020527.That story reports on F.Xue et al.，"Aberrant Patterns of X Chromosome Inactivation in Bovine Clones，"Nature Genetics 31.2（June 2002）：216-20.

58.Rick Weiss，"Clone Defects Point to Need for 2 Genetic Parents，"Washington Post,May 10，1999，http：//www.gene.ch/genet/1999/Jun/msg00004.html.

59.A.Baguisi et al.，"Production of Goats by Somatic Cell Nuclear Transfer，"Nature Biotechnology 5（May 1999）：456-61.更多关于Genzyme Transgenics Corporation（前称健赞公司）、路易斯安那州立大学以及塔夫斯大学医药学院之间的合作，参看1999年4月27日新闻稿，"Genzyme Transgenics Corporation Announces First Successful Cloning of Transgenic Goat，"http：//www.transgenics.com/pressreleases/pr042799.html.

60.Luba Vangelova，"True or False？Extinction Is Forever，"Smithsonian,June 2003，http：//www.smithsonianmag.com/smithsonian/issues03/jun03/phenomena.html.

61.J.B.Gurdon and A.Colman，"The Future of Cloning，"Nature 402.6763（December 16，1999）：743-46；Gregory Stock and John Campbell,eds.，Engineering the Human Germline：An Exploration of the Science and Ethics of Altering the Genes We Pass to Our Children（New York：Oxford University Press，2000）.

62.正如斯科普里斯研究机构所指出的，“去分化或者反转血缘限制的细胞成多功能的起源细胞这样的能力，可能会克服临床应用上许多使用胚胎干细胞和成熟的干细胞的障碍（无效的分化，拒绝外源细胞，有效的隔离和表达等）”。通过有效的特殊细胞分化消失的过程，健康的、丰富的、容易理解的成熟细胞可用于生成功能不同的细胞，以此来修复受损的组织和器官，这都是可能的。（http：//www.scripps.edu/chem/ding/sciences.htm）

已分化的细胞类型直接转换到另一类型——该过程称为分化转化，产生同基因（病人自身的）来代替病的或者损坏的细胞或组织。成熟的干细胞展示出比预期更广大的分化潜能，并且除了在驻留方面还有助于肌体组织。最近在分化转化方面的进展包括核移植、控制细胞培养条件、异位的基因表达感应、细胞萃取物中分子的提取。这些方法打开了一扇大门，直通设计同基因替代细胞的林荫大道。为了避免不可预知的组织转移，细胞核重编需要控制和继承后成性的修改。需要相当大的精力才能解开分子进程，注释557，潜在的细胞核重编和评估重编细胞内方面改变的稳定性。

Quoted from P.Collas and Anne-Marl Hakelien，"Teaching Cells New Tricks，"Trends in Biotechnology 21.8（August 2003）：354-61；P.Collas，"Nuclear Reprogramming in Cell-Free Extracts，"Philosophical Transactions of the Royal Society of London,B 358.1436（August 29，2003）：1389-95.

63.研究者们已经在实验室里将人类肝脏细胞转化为胰腺细胞：Jonathan Slack等，"Experimental Conversion of Liver to Pancreas，"Current Biology 13.2（January 2003）：105-15。研究者们使用细胞提取物来重编细胞，从而使其在行为上类似其他细胞；例如，皮肤细胞重编成能够展示T细胞特征的细胞。Anne-Mari Hakelien et al.，"Reprogramming Fibroblasts to Express T-Cell Functions Using Cell Extracts，"Nature Biotechnology 20.5（May 2002）：460-66；Anne-Mari Hakelien and P.Collas，"Novel Approaches to Transdifferentiation，"Cloning Stem Cells 4.4（2002）：379-87.See also David Tosh and Jonathan M.W.Slack，"How Cells Change Their Phenotype，"Nature Reviews Molecular Cell Biology 3.3（March 2002）：187-94.

64.参见上面注释21关于转录因子的描述。

65.R.P.Lanza et al.，"Extension of Cell Life-Span and Telomere Length in Animals Cloned from Senescent Somatic Cells，"Science 288.5466（April 28，2000）：66-9.See also J.C.Ameisen，"On the Origin,Evolution,and Nature of Programmed Cell Death：A Timeline of Four Billion Years，"Cell Death and Differentiation 9.4（April 2002）：367-93；Mary-Ellen Shay，"Transplantation Without a Donor，"Dream：The Magazine of Possibilities（Childrens Hospital,Boston），Fall 2001.

66.在2000年的Immune Tolerance Network（http：//www.immunetolerance.org），美国国家卫生研究所（NIH）和幼型糖尿病基金会计划宣布一项多通道的临床试验来评价胰岛移植的效果。

按照临床试验的研究摘要（James Shapiro，"Campath-Ifi and One-Year Temporary Sirolimus Maintenance Monotherapy in Clinical Islet Transplantation，"http：//www.immunetolerance.org/public/clinical/islet/trials/shapiro2.html），“这种疗法不是对所有Ⅰ型糖尿病病人适合，即使在胰岛供给方面没有限制，因为癌症长期潜在的危险，威胁生命的传染病和药物副作用与抗排斥治疗有关。如果耐受性可以达到预先最小的风险，那么胰岛移植将可以安全应用于糖尿病的治疗过程中，最终，在孩子们的诊断过程中。”

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