本书系统讲述智能现象的简要历史。
全书共分为10章。第1章介绍本书的写作背景、对智能的不同定义、围绕智能现象的问题、本书对智能现象的新假说；第2章介绍宇宙从无到有的过程、不安分的宇宙、改变以稳定宇宙；第3章介绍物理学中的智能现象、重力智能、重力和暗能量、最小作用量原则、量子隐形传态；第4章介绍化学的简要发展历程、耗散结构、熵增、最大熵产生；第5章介绍生物学中的智能现象、生命的定义、生命为什么存在、微生物中的智能、植物中的智能、动物中的智能；第6章介绍大脑中的新皮质结构、人类特殊的思维方式、关于大脑的理论、信息过载与信息茧房；第7章介绍1950年以前的智能机器、人工智能的诞生、符号主义、联结主义、行为主义、学派之争与统一、通用人工智能、智能的本质和智能科学；第8章回顾人类科技历史中涉及的几个重要因素，介绍促进宇宙稳定的技术发明、物质网联、能源网联、信息网联、获取智能、基于智能网联的自动驾驶、基于智能网联的集体强化学习、对智能的数学建模；第9章介绍元宇宙的背景、元宇宙的概念与特征、元宇宙涉及的主要技术、元宇宙的演进；第10章给出了本书的总结与未来展望。
本书是科普读物，也可以作为人工智能学习、研究、开发的参考用书。

于非，教授，博士生导师，加拿大工程院院士（Fellow of the Canadian Academy of Engineering），加拿大工程研究院院士（Fellow of the Engineering Institute of Canada），IEEE Fellow，IET Fellow，IEEE杰出报告人，IEEE车载技术学会理事（2016年至今）、副主席（2017-2019年），科睿唯安计算机科学领域全球“高倍引科学家”（2019-2021年）。发表学术论文700余篇，Google学术引用20000余次，H指数（H-index）90+。研究领域包括智能网联、区块链、自动驾驶及无线网络。

第1章 引言
参考文献
第2章 使宇宙更加稳定
2.1 宇宙从无到有：物质、能量和空间
2.2 不安分的宇宙
2.3 改变以稳定宇宙
参考文献
第3章 物理学中的智能
3.1 美丽的物理世界
3.2 重力智能
3.3 重力和暗能量
3.4 最小作用量原则
3.5 量子隐形传态
参考文献
第4章 化学中的智能
4.1 化学发展的简要历程
4.2 耗散结构：秩序源于混沌
4.3 熵增：时间之箭
4.4 最大熵产生
参考文献
第5章 生物学中的智能
5.1 生命是什么
5.2 生命为什么存在
5.2.1 化学进化学说
5.2.2 生命产生不可避免学说
5.2.3 自我复制
5.2.4 分形几何结构
5.3 微生物的智能
5.3.1 微生物
5.3.2 智能的黏菌
5.3.3 顽强的微生物
5.4 植物的智能
5.4.1 发达的感官系统
5.4.2 智能决策
5.5 动物的智能
5.5.1 使用工具
5.5.2 动物语言和社交
参考文献
第6章 人类的智能
6.1 大脑中的新皮质：一种有效的结构
6.2 人类特殊的思维方式
6.2.1 抽象等级与模式
6.2.2 人类的八卦能力
6.2.3 缓解信息不平衡以促成稳定
6.3 关于大脑的理论
6.3.1 贝叶斯大脑假说
6.3.2 高效编码原理
6.3.3 神经达尔文主义
6.3.4 自由能原理
6.4 信息过载与信息茧房
参考文献
第7章 机器的智能
7.1 1950年以前的智能机器
7.2 1940-1960：AI的诞生
7.2.1 AI相关技术的发展
7.2.2 人工智能概念的提出
7.3 符号主义
7.3.1 符号主义AI的成果
7.3.2 第一个人工智能冬天
7.4 联结主义
7.4.1 感知机
7.4.2 机器学习
7.4.3 梯度下降
7.4.4 反向传播
7.4.5 监督学习
7.4.6 无监督学习
7.4.7 深度学习
7.4.8 卷积神经网络
7.5 行为主义
7.5.1 行为智能
7.5.2 强化学习
7.6 学派之争与统一
7.7 通用人工智能
7.7.1 乐观的观点
7.7.2 悲观的观点
7.8 智能的本质和智能科学
参考文献
第8章 质量、能源、信息和智能
8.1 技术发明促进宇宙稳定
8.2 物质网联——交通网
8.3 能源网联——能源网
8.4 信息网联——因特网
8.5 获取智能
8.5.1 智能网联的挑战
8.5.2 智能网联
8.5.3 用区块链保护安全和隐私
8.6 基于智能网联的自动驾驶
8.6.1 自动驾驶
8.6.2 自动驾驶的挑战
8.6.3 智能网联使能自动驾驶
8.7 基于智能网联的集体强化学习
8.8 对智能的数学建模
参考文献
第9章 元宇宙与现实世界
9.1 元宇宙的背景
9.2 元宇宙的概念与特征
9.3 元宇宙涉及的主要技术
9.4 元宇宙的演进
参考文献
第10章 后记

智能是怎样产生的？
为什么智能一直在进化
，从非生物、植物、非人类
动物到人类？
我们能制造出比人类更
智能的机器吗？
人们早就想回答上述问
题，但迄今为止，这些问题
也没有令人满意的答案。近
年来，人工智能（Artificial
Intelligence，AI）的发展广
泛引起了人们对智能现象和
智能本质的关注。
荷兰哲学家巴鲁赫·德·斯
宾诺莎（Baruch de
Spinoza）曾说过“人类所能
企及的最高活动就是为明白
而学习，因为明白了就获得
了自由。”本书源于我为了
明白智能现象和智能本质而
做的研究和探索。
虽然近些年人工智能在
一些领域取得了令人振奋的
成果，但是目前大多数人工
智能的研究开发工作主要集
中在工程技术领域。对智能
本质理解的不全面制约了人
工智能的发展。“你无法在
造成问题的同一思维层次上
解决这个问题，”爱因斯坦
说，“你必须超越它并达到
一个新的层次，才能解决这
个问题。”
在研究智能现象和智能
本质的过程中，我们的目光
不能仅局限于人类的智能，
而应该超越人类的智能，考
虑宇宙中不同的事物，达到
一个新的层次，在新的层次
上研究和探索智能现象和智
能本质。
本书介绍了从宇宙诞生
开始各种各样的智能现象，
包括物理学中的智能、化学
中的智能、生物学中的智能
、人类的智能和机器的智能
，向世人揭开智能的神秘面
纱，探索智能这种自然现象
。如果把明白智能当作千里
之行，那么本书便是尝试迈
出的第一步。
通过观察从宇宙诞生开
始发生的各种各样的智能现
象，我们会发现，智能是一
种自然现象，类似于其他自
然现象（如岩石滚动和冰雪
融化）。这些现象的发生是
为了促进宇宙的稳定，智能
现象也不例外。
这个假说可以帮助我们
理解智能的本质和解释宇宙
中的所有事物，包括植物、
动物、人类和元宇宙，它们
都有一个共同点：在宇宙趋
向稳定的过程中起到推动作
用，而智能现象就在这个过
程中自然而然地发生。不同
的智能现象只是在为宇宙的
稳定做出贡献的维度上和效
率上的不同。
本书的观点可能会触犯
人类集体的“自尊”，并会撼
动人类在宇宙的中心地位。
然而，在人类过往的历史中
，地球被哥白尼革命逐出了
宇宙的中心，人类因达尔文
革命而脱离生物的顶峰。因
此，当我们了解到我们都引
以为豪的人类智能实际上类
似于岩石滚动和冰雪融化时
，我们不必感到特别震惊。
本书共分10章，内容涵
盖宇宙起源过程中的物质、
能量和空间，物理学中的重
力、最小作用量原则，化学
中的耗散结构、熵增、最大
熵产生，生物学中生命的定
义、生命的出现、植物中的
智能、动物中的智能，人类
大脑的新皮质结构、人类特
殊的思维方式、大脑的理论
，机器中的人工智能符号主
义、联结主义、行为主义、
通用人工智能，元宇宙与现
实世界等。
愿与诸位读者共勉。
感谢胡绍鸣对本书做出
的贡献，他把最小作用量原
则和化学中的耗散结构介绍
给我。感谢我的学生和光明
实验室的同事对本书中的插
图和文字进行编辑和修改，
使本书的内容更加清晰形象
、概念的解释更加具体明确
。感谢清华大学出版社盛东
亮和崔彤等编辑的大力支持
，他们认真细致的工作保证
了本书的质量。
由于作者水平有限，书
中难免有疏漏和不足之处，
恳请读者批评指正！
作者
2022年1月

人类对智能现象和智能本质的理性认知。
物理学、化学与生物学中的智能特性洞悉。
人类智能、机器智能与元宇宙的发展本质探讨。
本书介绍了从宇宙诞生开始各种各样的智能现象，包括物理学中的智能、化学中的智能、生物学中的智能、人类的智能和机器的智能，向世人揭开智能的神秘面纱，探索智能这种自然现象。

近年来，深度学习的突
破使得人工智能再度辉煌，
引起了人们广泛的兴趣。《
智能简史——从大爆炸到元
宇宙》的作者结合自己的研
究和理解，深入浅出地介绍
了自然界中的智能现象，包
括物理学、化学、生物学、
人类和机器的智能，帮助读
者厘清概念，梳理思路，开
拓视野，是一本很好的科普
读物。
——杨强院士 微众银行
首席智能官、加拿大皇家科
学院院士、加拿大工程院院
士
《智能简史——从大爆炸
到元宇宙》在更高的层次上
研究智能，并开创性地提出
智能是在推动宇宙趋向稳定
的过程中应运而生的一种自
然现象。该书涉及知识领域
广泛，深入浅出地介绍了自
然界中的多种智能现象和人
工智能的工程技术进展，有
利于读者真正理解智能现象
和智能本质。我强烈推荐大
家阅读，希望大家与我一样
喜欢它。
——潘毅院士 中国科学
院深圳理工大学计算机科学
与控制工程学院院长、讲席
教授 美国医学与生物工程
院院士、乌克兰国家工程院
外籍院士、英国皇家公共卫
生院院士
人类对智能现象和智能
本质的探索永无止境。迄今
为止，人工智能虽然取得了
一些成果，但是主要集中在
工程技术方面。对智能本质
认识的不全面制约了人工智
能的发展。《智能简史——
从大爆炸到元宇宙》通过对
自然界中智能现象的研究，
提出智能是一种自然现象，
并且可以用数学来定义——
这是对智能本质认知的一个
重大突破。本书对于初学者
和经验丰富的从业人员，都
有很好的参考价值。
——梁中明院士 加拿大
英属哥伦比亚大学终身荣誉
退休教授 加拿大三院（加
拿大皇家科学院、加拿大工
程院、加拿大工程研究院）
院士
《智能简史——从大爆炸
到元宇宙》介绍了自宇宙诞
生以来各种各样的智能现象
，并在更高层次上研究智能
，提出智能是一种促进宇宙
稳定的自然现象，向人们揭
开了智能本质的神秘面纱，
并给出了智能的数学定义。
本书可作为普通读者了解智
能现象的科普读物，也可以
作为人工智能研究与开发者
的参考用书。
——张彦院士 挪威奥斯
陆大学教授 欧洲科学院院
士、挪威皇家科学院院士、
挪威工程院院士

第1章 引言
人类所能企及的最高活动就是为明白而学习，因为明白了就获得了自由。
——斯宾诺莎
你无法在造成问题的同一思维层次上解决这个问题，你必须超越它并达到一个新的层次才能解决这个问题。
——爱因斯坦
在短暂的人类历史中，人类已经完成了无数令人惊叹的壮举，我们在月球上行走，掌握飞行技术，创造出元宇宙，等等。在不到7万年的时间里，人类已经从无足轻重的动物进化成一个即将“成神”的物种，拥有神般的创造能力。许多人用各种理论和假说试图解释为什么人类是地球上最智能的物种，比如我们拥有复杂的大脑、神经系统、八卦能力、语言等。
但是事实果真如此吗？新型冠状病毒在短短数月内肆虐全球，人们所认为不“智能”的新型冠状病毒，却夺走了超过600万“智能人类”的生命（截至2022年3月）。可大多数病毒的构造其实相当简单，无非是核酸（DNA或RNA）外面包裹着称为“衣壳”的蛋白亚单位。它们没有大脑，没有神经，没有血液，甚至没有完整的细胞结构！当然，我们可以研制有效的疫苗和药物来对抗病毒，但是人类在第一轮和病毒的较量中损兵折将、大败亏输，而且未来病毒卷土重来并产生变异的可能性很大。那么在这场战斗中，新型冠状病毒与人类相比，谁更智能？这就是一个值得商榷的话题了。
回首过往，人类历史上因病毒而遭遇的大型灾难并不罕见。13世纪的黑死病夺走了欧洲三分之一人口的生命，1918年的西班牙流感夺走了5000万人的生命，甚至在21世纪的今天，人类仍遭遇了2014年的埃博拉病毒大爆发，以及如今肆意横行的新型冠状病毒。多次的经验教训让我们深知，病毒的威力不容小觑。病毒这种最“低级”的生命体，在地球上却已经存在了40亿多年。相比之下，人类大约7万年的短暂历史不过是沧海一粟。
有的人认为，人类作为生物，至少比非生物更智能。然而，在人类的生活中，远距传物目前仅存在于科幻小说中，可事实上，在微小的亚原子粒子中，远距传送是可实现的，量子隐形传态允许相距很远的两方在没有通信通道的情况下交换信息，从这个例子可以看出，微小的粒子也许比人类更智能！
有人可能会争辩说，病毒和量子粒子的能力不应该被称为智能。确实在大多数人的心目中，人类一直被当作智能研究的主要对象，例如人类认知科学和生理学。但近期研究表明，非人类的动植物，甚至非生物，都表现出智能的行为。
什么是智能？在我们的日常生活中它似乎是一个具有具体定义的词，但其实一个抽象的、可量化的智能概念是很难定义的。“智能”一词源自拉丁语名词intelligeria或intellectus,后者又源自动词intelligere，意思是“理解”或“感知”。大量的关于智能的研究文献就智能的定义各执一词，较有争议。什么是智能，以及它是否可以量化，目前还没有一个公认的答案。
早在人类出现之时，对智能现象和智能本质的追求就已经存在。近年来，以深度学习为代表的第三次人工智能浪潮席卷全球。一方面，有些人很高兴看到可以创造出具有人类智能的机器，帮助我们解决诸如自动驾驶、气候变化及蛋白质结构等问题。例如，任职于谷歌的瑞·科泽维尔（Ray Kurtzweil)对将至的未来做了一个展望，提出了“奇点（the Singularity）”一词。在奇点中，人工智能通过其自我改进和自主学习的能力，将在2040年达到甚至超过人类智能水平。此外，有些人对人工智能的进步感到恐惧，例如特斯拉和SpaceX公司的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）表示，人工智能可能是“我们最大的生存威胁”，并且认为“我们正在以人工智能召唤恶魔”。一些著名的思想家对此进行了反驳，称近期任何关于超人类人工智能的报道都被夸大其词。麻省理工学院（MIT）人工智能实验室前任主任罗德尼·布鲁克斯（Rodney Brooks）表示，“我们严重高估了机器在当下和几十年后的能力。”心理学家和人工智能研究员加里·马库斯（Gary Marcus）则表示，“大部分人类级别的人工智能发展已进入瓶颈期。”
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