1.2 艾伦·图灵的天才与现代计算机的本质

随着现代计算机实现的应用越来越惊人，在人们、甚至许多“专业人士”的心中，“计算机到底是什么”反倒成为一个问题。其实，计算机的本质从其诞生伊始至今从未改变，也相当简单。

人类创造的任何工具，都只能在人类的驱使下按照人的意愿去完成特定的事情，计算机也不例外。否则就不能称之为人的工具，而成为哲学意义上具有主体自觉性的独立存在。

就现代计算机而言，人类驱使计算机所做的底层的对人类具有直接现实意义的事情，便是有限字长的二进制数字的算数与逻辑运算以及对它们的存储。算数运算最基本的是加法，减、乘和除法都可以用加法来实现。但在讨论中把它们都作为基本计算并不会失去一般性。二进制逻辑运算就是与、或、非和异或。这些运算简称为“基本计算”。换句话说，人类通过自己智能的设计，使得计算机具有了对有限字长二进制数字的基本计算能力及相应的存储能力。这是计算机底层内置和预置的、对人类具有基础性现实意义的、大众化的、可理解的能力。

在此基础上，人类可以通过更复杂的硬件功能，特别是软件程序将更多上层的功能预置在计算机内，进一步驱使计算机做更为复杂的事情，使得计算机表现出更复杂的、对人类有直接可理解意义的功能，比如字符处理、函数计算、图像识别、分析决策以及其他更为复杂的信息处理功能等。但是，在计算机内部，在它的底层，计算机所具有的、人类在一般意义上可理解的能力，其实仅仅是有限字长二进制数字的基本计算能力以及存储能力。

作为人类辅助与延伸智能的工具，有限字长二进制数字的基本计算和存储能力，是计算机介入人类智能活动的第一层，同时也是计算机更进一步介入人类智能活动的基础。因此可以方便地将其作为起点与基础，来分析计算机能够对人类智能活动介入的深度和范围。这就是现代计算机生而具有的智能DNA，它是人们理解计算机能做什么与不能做什么的核心与关键。而为了实现计算等功能，在计算机内部发生的更为底层的操作过程和物理过程，对人们来说并不重要。这些活动与人类的智能活动没有直接的联系。而将分析建立在计算机更上层的功能之上，则有可能失去计算机的本质内涵。

这也是艾伦·图灵（1912—1954，数学家、逻辑学家和密码学家，英国剑桥大学任职）在1936年设计图灵机（一个实现计算的逻辑模型）的初衷。图灵机不关心如何用具体的技术手段实现计算能力，只是在纯逻辑层面描述如何实现最基本的计算过程。尽管图灵原始描述的过程比前面说的基本计算更为基本，但本质是一样的。在现实中，为了实现这个过程而需要发生的物质变化过程，不在图灵机考虑范围之内。图灵机的意义就在于用这些基本的功能来分析哪些问题是可以通过图灵机解决的。而现代计算机可以解释为抽象的图灵机的一种具体实现形式。

艾伦·图灵的天才表现在于，迄今为止，人类机械物理性（非生命性）工具介入人类智能活动的第一步，也是最基本的一步，始终是有限字长二进制数字的基本计算，并没有找到其他不同的或更为基本的起点，因此也就没有超越图灵当年建立的模型。这或许是图灵的远见，或许只是巧合。不过，有重大意义的巧合其实也是一种天才的表现。所以，图灵机至今依然被认为是现代计算机的“科学原理”，而迄今为止，人们都将艾伦·图灵作为人类现代辅助与延伸智能类工具的鼻祖。

现代计算机的这种基本计算能力——智能DNA，是人类智力“物化”（或称为“外化”）的结果，或者说是人类智力设计的结果。人类今天外化了更多的智力过程（比如各种不同的软件），但是都是建立在计算机的基本计算能力这个基础上的。

人类之所以可以物化数字的基本计算过程，是因为数字的基本计算是人类精神智力活动中有着严格无歧义、确定性、逻辑化操作的过程。这个属性与宏观物质世界中的机械物理类运动规律的基本特性高度一致。所以，对数字的基本计算成为人类可以用机械物理类运动来实现的一种基本的智能化活动，而且是迄今为止人类最为基础的智力活动中唯一可以有效地被物化的。

数字的基本计算所具有的严格的无歧义、确定性、逻辑化操作特性，在一般意义上构成了计算机可以解决的问题的基本特征。这是判断哪些问题可以用计算机来解决的一个重要依据。

物质世界的运动规律并不都符合基本数字计算的上述特征。微观的量子活动，就具有不确定性和多义性。许多人猜测，人类的智能基础可能是带有统计特征、具有不确定性的量子过程。量子过程是否会构成另外一类的人类智力活动被物化的基础目前尚未可知。如果量子计算与人类智能活动的结合点依然是基本的数字计算的话，那量子计算带来的无非是计算性能的强化，并没有本质的改变；如果借助量子效应，量子计算能够找到基本数字计算之外的与人的基本智能活动新的结合点，并且这个结合点能够支撑基本数字计算无法实现的其他类型的人类智能活动的话，那量子计算将引发人类创造的辅助与延伸智能类工具的革命性变化。假如未来造出这样的计算机，那它的理论基础将不再是以图灵机为代表的现在的这些计算机科学理论了。

如果上述讨论过于学术化的话，那么用更通俗的语言来描述计算机的本质：计算机就是一种可编程的做逻辑数字计算的机器。在理论上，任何问题，只要能够把它变成一个有限的可计算问题，计算机就可以解决。反之，计算机将无能为力。