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张首晟观点论文总结:区块链世界到底是如何形成的?混沌研习社

张首晟:这几句话可以总结人类所有知识 - 混沌大学

昨日消息,著名物理学家张首晟去世,享年55岁,深感痛惜。

这里分享一篇张首晟教授在混沌研习社的演讲,以示怀念。

以下为演讲全文:

今天是周末,大家还愿意花一整天来这个课堂,我非常激动,为了这个课程,我准备了一两个月。

这次回国,很多地方邀请我演讲,但是非常不幸的是,发生了一个意外,我的腿受伤了,伤情严重,还住院做了手术,所以很多活动我都取消了,但是今天的课程,我没有取消,这是作为老师的神圣责任。

我想以一个问题开始:假设世界末日到了,诺亚方舟上只能够携带一对动物和一个信封,信封背面,你可以总结所有人类知识,那你们会写下什么?

我分享下我会写下什么,这堂课将围绕这些答案:

  • 自然界三大基本常数;
  • 万物都是由原子构成;
  • 欧几里得几何公理;
  • 自然选择、适者生存;
  • 人人生来平等;
  • 让自由之风吹拂;
  • 笔胜于剑;
  • 隐形之手;
  • 大道至简;

自然界基本常数

作为一个物理学家,我觉得人类文明最高的建树还是科学真理。科学真理最重要的是两点,一是能量,二是信息。

对能量最深刻的认识来爱因斯坦,就是E=mc2,如果总结人类最知名的公式,这是首选。大家说物质本身也很重要,但是通过E=mc2,就发现物质和能量是一回事。

对信息的认识,是人类对大自然最重要的认识。怎么描写和衡量信息,也有一个非常奇妙信息熵的公式:S=-p log p

这个公式不像E=mc2那么知名,但爱因斯坦说过一句话:等到人类的知识往前推进,牛顿力学可能不对,量子力学可能不对,相对论可能也不对,但信息熵的公式是永恒的。

我们这个时代,可能觉得科学万能,但第三个公式告诉我们,科学不是万能的。

科学的伟大,在于能够告诉科学的界限在哪儿。

这就是量子力学的海森堡测不准原理,科学有一个永远不能跨过的界限,你不可能把一个粒子的位置,和它的重量,或者它的速度,同时精准地测量出来。

哲学上讲,客观世界完全独立于主观世界的存在,但是这是个伪命题,并不是真正存在的。

真正能观察到的,是客观和主观之间的结合,由于观察者和被观察的世界相互作用,我们不可能无穷精准地把客观世界了解清楚。

这是第三个公式的伟大,因为它不只是讲了一个科学的原理,更说明了一个哲学的原理,告诉我们客观的世界和主观的世界,不能完全割裂。

万物都是由原子构成

人类的文明不只局限于科学,还有哲学,政治,法律。如果用一句话来描写整个世界里,最值得告诉下一代的话,就是“万物都是由原子构成”。

譬如中医讲“气”,好象是非常神奇的东西,这个气,本身也是由原子组成的。因为世界上不可能有别的物质产生。

不只是地球,整个宇宙的原子,和我们这里的原子完全是一模一样的。

我们怎么会知道?因为每个原子会发出一些特殊的光来。譬如说我们知道太阳上有氦原子,氦原子发出光的那个性质,所谓的光谱和地球上能够观察到的光谱一模一样。整个宇宙世界里,万物都是由原子构成的。

这个道理大家是要慢慢想。但是这个概念是个非常伟大的概念,虽然真正对原子的理解,是20世纪初由于量子力学的奠基。

但是大家知道了不起的一点,两千年以前,原子的概念就被希腊的人提出来了。所以,这是一种思想方法,就是要把世界上万物的复杂性归纳到原子的简单性。

我们知道元素周期表特别简单,那么千变万化的世界,归纳到最后就是这100多种元素,这就是思想方法的伟大。

好像是非常抽象的科学概念,和我们今天办企业有什么关系?做任何的企业要能赚钱,就是用简单的办法来解决一个复杂的问题。

欧几里德的几何定理

以上是物理的概念,也是化学的概念,如果用数学来描写,最精华的思想是什么?希腊文明的伟大,除了那些公式之外,是把数学思想已经基本奠定了,这就是欧几里得的公理系统。

这么错综复杂的理论体系,它一定要建设在五条不言而喻的公理上面:比如两点可以划一条直线;所有直角都全等。

这个事情我们觉得真是太不言而喻了,根本不需要证明。欧几里得把它作为基本的公理,就是第一性原理。再复杂的知识体系,你一定要归纳成最少的几条不言而喻的公理。

欧几里得的妙处就是出发于那些显而易见的公理,来整理他整个知识的体系,把它变成一个丰茂的大树,这些大树的根就是一些公理。

在这种情况下,物理的思想和几何的思想也是统一的思想,把万物归到一个最最简单的原理上。

自然选择,适者生存

生物是一个非常复杂的系统,好像不容易总结出非常简单而普世的规律,其实,如果整个生物用一句话来描写的话,就是“自然选择,适者生存”。

所以,生物之所以能够进化,是因为周围的环境一直在改变,能够适应环境的生物就能生存,不适应的就会被淘汰,这是进化的最原始动力。

我们每次讲公司的生和死,其实已经潜意识把公司看成是生物,公司也是同样适者生存,竞争是非常残酷的,但是越是极地环境下生存的公司,就越优秀。

人人生来平等

讲起人文的思想,如果用一句话来总结的话,就是“人人生来平等”。这是美国《独立宣言》上的第一句话,基本上模仿了欧几里得的公理系统。

它说我要建一个国家,国家是一个非常复杂的体系,但也要建在一个基本的原理上。这个基本的原理,一定要是每个公民觉得是不言而喻的一个真理,不需要过多的解释。

美国的宪法200年不变,为什么?它是把科学的基本理念用在治国。既然欧几里得复杂的定理系统能够建立在几条显而易见的公理上,我们建国为什么不可以?使得每个公民根本不需要任何知识,一讲他就知道?

这样国家才能真正地牢固,这是人人生来平等,这是一个基本的原理。

自由的空气在飘扬

说到办一流的大学,大家都会想到哈佛大学和斯坦福大学这些百年学府。斯坦福大学牛在哪儿?它的校训是“自由的空气在飘扬”。

这是一个百年学府成功的前沿思想,就是学术环境一定要有自由,一不要受政治的影响,二不要受功利心的影响。

笔胜于剑

如果我要总结整个人类文明几千年的历史,用一句话来描写,我会说“笔胜于剑”,笔远远比剑来得更重要。

历史上,亚历山大征服了世界。他有两位老师,一位是他的父亲腓力二世,教他怎么用武力征服已知的世界。另一位老师叫亚里士多德,同样教他改变世界,不是用武力,而是知识,真正把人类的知识彻底整合,彻底征服。

所以亚历山大有两个改变世界的志向,一是征服人类已知的世界,他打到阿富汗时痛苦一场,认为下面没有可以征服的地方;二是亚历山大图书馆,他的目标是收集人类所有的书籍。

他征服过来的帝国,在他过世一年之内就全部崩溃,但他真正给人类文明留下的是亚历山大图书馆,由于信息极端密集,也吸引了很多学者汇聚,影响了人类历史。

这个道理很简单,但大家在用的时候,往往不知道它的深意,希望大家能通过这些故事深入思考。

隐形的手

如果讲起经济学,也要有一句话,我想就是亚当斯密所讲的,“市场是一个隐形的手”。

这句话的道理,我想大家已经讲得很多,但是做起来,往往会不太明白,尤其是政府在做事情的时候,往往就有一个无形的手就会变成一个有形的手。

但是这个道理非常的深刻,你在用有形的手干预市场的话,很短时间内可能会有些效果,但肯定不能打造百年老店,不可能形成千年思想。

大道至简

刚才这些都是西方人留下的思想,我们中国千年的文明,留下的思想哪一句应该写到信封背面呢?“大道至简”。

很多人说起谁牛,就说是专家,其实专家并不牛,把大道用简单的话讲出来,让人人都听懂,这才是真正牛的。

千年思想的确最最精华的都是大道至简,你看宇宙美妙在哪儿?E=MC2这样一个公式,能够描写小到原子,大到宇宙。真理的共通点就是“大道至简”。

讲个故事,4的根号等于几?很简单,2和-2,英国理论物理学家、量子力学的奠基者之一狄拉克初中时,就觉得这个回答非常非常奇妙,为什么开根号的时候总是有一个正根,有一个负根?

他突然想到把这个原理推广了一下,就说宇宙上面所有的基本粒子,都有个反粒子,有个电子就有个反电子,有个质子就有个反质子,有个中子就有个反中子,这是个非常非常神奇的发现。

所以,科学大师,你看他为什么能够做出这些伟大的科学发现?就是他始终没有忘记“大道至简”,后来狄拉克得到了诺贝尔奖。


区块链世界到底是如何形成的?

In Math We Trust。

作者:张首晟,斯坦福大学终身教授,丹华资本创始人

就像人类的历史一样,网络的历史也可以用「分久必合,合久必分」来概括。

我 1983 年去美国留学的时候,有一个巨人叫 AT&T,好像是永远不会倒的,而我当时最大的梦想,并不是毕业之后到大学里面做教授,而是去贝尔实验室工作,因为这里曾产生 30 位诺奖得主。

AT&T 花这么多钱养出这么多诺奖级的科研人员,就是为了垄断,它垄断了所有的网络资源。

慢慢地,就出现了一个新的协议,就是网络协议。它完全是一个去中心化的协议,使点和点之间完全可以随意的交流。我可以走这条路,也可以走另外一条路,条条道路通罗马,最后都能达到结果,不再需要中心的垄断。

一夜之间,我以为永远不倒的公司,消失了。

曾经也是在竞争之后出现了 AT&T,但当一个新的网络技术出现的时候,就是合久必分的时候。

如果人人可以交流,人人都可以创造出交流的内容,这个内容广泛地撒在外围的互联网上,那么我要去找一个信息,就会变得非常非常不方便。

所以在这个情况下,分久必合,出现了一些新的中心化垄断平台,在美国就叫 Google 和 Facebook。

人类历史上所有伟大的公司,做的事情必然不是自己创造全新的东西,而是把已有的东西做一个重新的排列组合。

比如说石油公司、化学公司,它们做什么事情呢?原油是原子组成的,直接可以从地下挖出来,它们做的唯一的事情,把这些原子重新排列一下,变成别的化学品,比如说已经被提炼过的油。

Google 和 Facebook 这些平台做的是什么呢?

就是把每个人的信息重新排列组合一下,比如说 Google ,最开始做的事情,就是做了一个排列,使我们找信息非常容易。这些中心化平台做的事情,就是把我们撒布在网络上的内容,中心化地重组一下。

这是分久必合的时代,因为新的网络协议,AT&T 倒了,出现了思科,又出现了网络资源分散的情况,又出现了巨大的平台。

今天出现的区块链技术,也会导致新的时代。

这个时代的革命强度可能是互联网革命的十倍、百倍。互联网时代只是信息交换的时代,而区块链时代有了价值的交换,我们可以产生数据的市场,每个人拥有自己的数据,然后在交换的过程中产生新的价值。

这个伟大的时代,我用一句话来描写,就是「 In Math We Trust 」。

我们都理解货币的价值在于共识。那么人类所有的知识当中,哪一个大家最容易达到共识?显然不是经济学,不是法律学,不是政治学,不是化学,不是生物,甚至也不是物理,最容易达到共识的是数学。

用数学作为信任的机制,是最自然的做法。真正的区块链时代,就是使得我们相互间的信任建筑在数学的基础上。

如果我自己做出一个正方体的话,肯定是不完美的。但是如果作为一个数学的形态,正方体则是全对称的,每一个顶角都完全一样,每一条边都完全一样,每一个面也完全是一样的。

数学的形态是最最精准的,在精准的意义下,也是最易达到共识的。

如果你看整个宇宙最深刻的奥妙之处,那么物理学中关于整个宇宙的最核心的公式和标准模型,也是用非常非常精妙的数学来描写的,其中绝大部分的数学也是杨振宁先生所开创的。

既然大自然最根本的规律是用数学来描写,我们是不是能够使得人类社会的规则和信任也建立在数学的区块上呢?

公钥和私钥的组合,就是建立在数论上面,而且是建立在一个更高层的数论上面,叫椭圆曲线。

大家可能知道,数学里面曾经最大的一个猜想:费马大定律,最近被证明了,这个证明就是建立在椭圆曲线上。

这个听起来非常非常抽象的数学,但是今天我们每次网上购物的时候,就用到了奇妙的数学。

另外就是哈希函数。它有一个单向性,任何的东西进去,出来都是一串随机数。这跟黑洞很像,黑洞任意输进去,出来的都是随机数。

还有一个是零知识证明 zero-knowledge proof。比如说我解了一个难题,但并不想把我的答案直接告诉你,却要使你相信,我的确把这个难题解了。

这也是非常奇妙的数学问题,但这是有解的。我可以给你一个比特的信息,我解了这个难题,但是不告诉你任何别的信息。这对整个数据的市场会是非常非常有用的,我可以一个比特一个比特把信息给出去,而不是一下把信息全部给出去。

两个百万富翁,可能有一个人是千亿万富翁,有一个人是百万富翁,他们不想把自己的财产公布出来,但是却要知道到底谁更有钱。

这用清华大学教授姚期智的办法就能算出来,只给出一个比特的信息,就可以知道谁更有钱。

数据自己拥有的话,我永远学不到大数据的智慧。

可是我想了解统计数据,其他人却想保护个人隐私,所以有一个非常简单的办法:

在个人隐私数据上故意加一些噪声,这些噪声使得你辨别不出来这个数据到底是不是你自己的个人数据。在收集到这些数据之后,在大数据的环境下,这些噪声就会相互抵消,我得出来的统计数据还是完全精准的,这个办法就叫差别隐私 differential privacy。

最后一个概念叫形式验证 formal verification。

上世纪最伟大的数学发现是证明了数学的不完备性。如果我要给在座的同学推荐一本书的话,有一本我认为是千古奇书,它讲了数学不完备定理、艺术家的画和作曲家,三者之间的共同性。这本书是《哥德尔、埃舍尔、巴赫》G.E.B。

这些奇妙的数学,都可以用在区块链上,可以用来做 Formal verification。

因为今天我们来到的是开源的时代,我们今天在区块链上的智能合约,完全是开源写出来的。但是开源写出来之后,一般人读不懂,甚至专家也不一定看得懂。

那么有没有一种数学的程序,能够告诉你智能合约到底是不是吻合你的白皮书上想做的?这是一个非常奇妙的思想,用的是数学中的逻辑学。

计算机科学有两个重大的趋势,一个是 AI,一个是区块链,这两者之间有一个必然共存的关系。

我们有聪明的大脑,有聪明的算法,但是数据被垄断在中心的平台上,这样的话,AI 就不容易学习。你想出了一个算法,也不知道数据在哪儿。

但有了区块链,有了数据市场,就回到了我刚才所讲的时代,我们能够把所有的数据个人拥有。

这样的话,我把部分的个人数据,在保护自己个人隐私的情况下贡献出来,在区块链的时代,就能够得到一定的回报,大家也就有了动力保护自己的隐私。有了隐私就有了价值,而一旦有了价值,我再把这个数据贡献出来让 AI 学习的话,必然会带来 AI 的突飞猛进的变化。

除了给 AI 突飞猛进的变化,也能让社会突飞猛进。

区块链对社会的贡献有什么?至少我看到它可以带来社会更大的公正。

我们今天的社会之所以有不公正的地方,主要是因为我们对少数派的歧视,在当年的纳粹帝国里面,就是对犹太人的歧视。

而如果我们来到了区块链时代数据市场,这个情况就会完全不一样。比如说我有一个 AI 的算法,已经是 90% 的精准了,我要让它变得更加精准,99% 精准,就需要机器学习。那我需要做什么事情呢?

首先我要学到的这些数据,就不能像以前学到的那些数据一样,如果以前是 99% 数据的话,他们已经代表了大多数,但是要更精准,要 99% 变成 99.9% 的话,需要学习的就是那些跟以前完全不一样的数据。越跟以前不一样,越跟大众不一样,数据就越有价值。

所以如果在一个完全是数据的自有市场中,大家会对那些少数派的数据付出更多的代币,这样就会带来社会的公正,使丑小鸭变成白天鹅。因为丑小鸭并不是丑,它只是跟别人不一样,但是在这个世界里面,越跟别人不一样,它得到的就会越多。

另外一个伟大的理想,就是把所有个人的数据都归个人拥有。

个人最需要拥有的数据就是基因数据和医疗数据。数据是个人拥有的,肯定是至高无上的标准,个人拥有数据之后,就担心算不出什么东西来,只是整天保护隐私,不能通过大数据和人工智能来学习基因数据背后的关切到底是什么。

比如说我们最想知道的,就是某些病到底是对应于什么基因的突变而形成的,但是一旦我们把所有个人的基因信息和医疗信息都让个人拥有,我们就产生了一个非常有效的数据市场。

区块链上的虚拟货币如何发展呢?这可以和现在社会里的货币结构一一对应。

现在的货币结构有 M0、M1、M2、M3 等等,在最底层上面可以不断建立衍生品。

我认为像比特币这样的区块链,因为对应于黄金,对应于一个最最普适的价值,也就是 M0 的货币,相当于说,在这个系统下,世界上任何两个互不相识的人都可以形成交易。如果你我已经相识了十年,并不是两个互不相识的人,那么我们可以用 M1 进行交易。

我觉得闪电网络就符合这类性质,我们两个人进行交易,互相之间有一定的信任,但还是需要信任机制来加强。我们签约后,把一些货币抵押在比特币、区块链上,之后的每一笔交易,定期到区块链上去公示一次就可以了。

整个虚拟货币的发展,必然会像现在世界货币的发展一样,在 M0,或者是比特币,或者是更加绿色的比特币上面,可以建立闪电网络,也会有预测市场。

我们现在的金融产品里,有一个是期货。期货就是对未来的预测,但现在期货都要通过法院才能够真正为我们做担保,而我们使用了区块链以后,可以让全世界的网民为我们作证。

所有这些网络的系统,彼此之间互相帮助,来使它变得更加有效,但是现在的计费系统还不是很有效,我给你提供了一些带宽,却没有得到足够的回报。

有了区块链之后,可以做到非常公正并且比较精确的记录,这样的话,整个网络的运转就会越来越有效。

从 4G 走到 5G,再走到 6G,必然会有网络的运转在里面。

我最喜欢牛顿的《自然哲学的数学原理》,我个人拥有这本书 1723 年出版的第一版。用数学的原理理解了所有的自然科学,这就是牛顿的伟大。

区块链中,底层是数学,中层是法律,上层是经济行为。

社会科学一直找不到根本的数学原理,可能的确是不容易找到,因为很多经济行为建筑在人的不理性上。

到了区块链的时代,最根本的经济行为,就是信任的机制,建立在数学之上。

我们可以想像到整个经济秩序都会被改变,整个生产关系都会被改变,但是它的核心是要有一个基石,就是数学原理。

一旦有了数学,我们必然可以总结出来一个永恒不变的规律,使得我们的经济系统更加有效,使得我们的社会科学和自然科学能够达到大统一的境界。


本文源自张首晟先生的讲演。


欢迎张首晟教授

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