“什么是生命？”1943年，物理學家薛定諤在都柏林三一學院的一系列演講中提出了這個問題。這位著名的量子力學先驅委以了科學家一項新的使命：開始用物理學中的工具和直覺來解釋生物的活動。
○ 薛定諤在三一學院的演講公告。
75年后，生物物理學的革命仍在進行中。薛定諤的行動呼吁以及激勵了他的同行們對生命的基本構成進行各個尺度的觀察，從微小的DNA分子到成群的魚兒還有蟻丘的構造。我在哈佛大學的研究小組專注于對利他主義、或者說為什么生物能為了共同利益而犧牲自己這一現象進行研究。但我們不是從心理學或道德哲學的角度出發(fā)，而是從熱力學的角度來處理這個問題。我們能否通過將人類當作原子和分子，或者將社會和種群當作固體、液體或氣體來解釋利他主義？
我們將利他主義建模為A與B兩人之間的簡單互動。二者都必須在“合作”與“叛逃”兩種選擇中二選一。如果A與B合作，那A需要向一家中央銀行支付一筆小額費用，比如說1美元，然后中央銀行會立即向B支付5美元。選擇“叛逃”就相當于選擇不作為。因此，如果雙方都選了“叛逃”，那么他們的個人收支不變；如果雙方都選擇“合作”，那么他們每人都將獲得4美元的收益；如果一方選擇“合作”而另一方選擇“叛逃”，那么選擇“合作”的人將損失1美元，而選擇“叛逃”的人則收獲5美元。
這些運作規(guī)則十分簡單，我們可以很容易想象到它在一些大尺度下的效應。例如，當每個人都選擇合作時，就能得到最佳的經濟繁榮景象。整個社區(qū)的繁榮對個人來說也是有好處的。但是，全球合作并不那么容易實現，這也正是事情開始變得有趣的地方。
我們來設想這樣一個場景，有一大群人根據這種合作-叛逃的模式在進行互動，但他們相互之間無法見面或進行交談。在沒有任何實際物理互動的情況下，一方無法識別另一側的對方是合作者還是叛逃者。每個人都會選擇自己要合作還是叛逃，并且以此選擇與他人進行許多互動。接下來，每隔一段時間，這些人就能對他們各自的利潤進行比較。如果恰好與一個合作者比較的是叛逃者，那么結果總能讓合作者失望，因為一個叛逃者可以從每個合作者那里獲得5美元，但合作者只能從每個合作者那獲得4美元、并且當遇到叛逃者時還會損失1美元。這樣，心懷不滿的合作者就會轉變成叛逃者，導致合作者的經濟負擔增加，還能進一步導致合作者背負債務，直到最后所有人都選擇叛逃。
但這不可能正確的。盡管有向自私發(fā)展的趨勢，但在我們的周圍仍然可以看到合作與自我犧牲的例子，哪怕在個體之間彼此“不可見”的情況下也是如此。在大型斷電和干旱等特殊時期里，民眾可以為了保持電力和水的流通而作出犧牲，甚至有時人們愿意冒著生命危險去幫助陌生人。
但事實證明，這一思想實驗中存在兩個致命缺陷。首先，在不同人周圍，我們的行為方式會是不一樣的——我們更可能與朋友和家人合作，而不是陌生人。因此我們制定的微觀互動規(guī)則可能是錯誤的。其次，我們對哪些個體會進行互動的預測太過于簡單。即使我們真的遵循著非常簡單的規(guī)則，但“每個人都會以相同的可能性與他人接觸”這一假設仍是不切實際的，尤其是在數量更大的群體中。
事實上，社交網絡的微小細節(jié)——誰與誰相交、涉及到多少人，對那些在該社交網絡中的盛衰產生難以置信的重要影響。在我們實驗室的負責人Martin Nowak與Roger Highfield合著的《超級合作者》（2011）一書中，他們說道我們能將人口結構看做是某種實物的相。試想一下水分子之間的相互碰撞：冰的群體結構（分子不動，能“看到”的只是附近的幾個其他分子）所產生的相互作用將不同于水（分子通常能“看到”臨近分子都相同，但也會四處移動去接觸其他鄰里）或水蒸氣（沒有固定的鄰居，分子會自由地運動）。
將一個固體的溫度升高能使其變成液體、再是氣體。同樣，我們可以設想一種能決定人與人之間的互動速率以及熟悉程度的“社會溫度”。在這個思想實驗中，我們經常會遇到的是我們幾乎不認識的人，就像是熱氣中的分子與另一個分子發(fā)生碰撞、或者為了搭上地鐵而使勁地穿過人群一樣。那么在這種情況下，我們很難促成合作。
在另一個極端——“固體”中又會發(fā)生什么？一個堅固的群體數量是不會發(fā)生變化的，就如同磚頭或巖石中的分子一樣。你能看到的總是相同的人，你了解他們的聲譽與品行。對我們大多數人來說，這種堅固的結晶相代表了我們社交生活的中堅部分。我們會與朋友和家人保持長久的聯系，頻繁地與他們進行互動，但與朋友的朋友或隔好幾代的遠親就不會保持如此頻繁親密的互動了。
而事實是，這些薄弱的關聯卻能將你與叛逃者隔離開來。比如說，地鐵站臺上有一名叛逃者，你可能很容易就受到它欺騙——但如果你表親的對象的鄰居恰好是個叛逃者，那么你受他的影響的可能性就很低。所以如果我們像氣體一樣，從每個人之間的聯系開始建立合作，那么合作就會失敗——因為每個人都容易受到少數幾個壞蛋的影響。但是，如果我們開始切斷這些社交鏈，我們就可能與有著良好絕緣的合作者建立連接，只會通過朋友的朋友的朋友才能感受到叛逃者的影響。
作為現代社會中小型設備里的主要金屬零部件，固態(tài)半導體從另一個角度揭示了利他主義的物理學。在半導體中，金屬微觀結構的變化會影響到需要施加多少電壓才能將它“激活”，從而通過的電流量就能從0跳到一個特定數值。同樣，在近期發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，我的同事預測了需要多大的經濟獎勵（電力）才能讓利他主義被“啟動”，并能在一個團體（半導體）內傳播。例如，在有些社交網絡中只需1.05美元作為獎勵，就能充當很好的利他主義“導體”了；而還有一些則需100美元或更多作為獎勵，并且仍可能難以將利他主義激活。
那么“液體”人群又是什么情況？在一篇更早的論文中，我們研究了合作在俱樂部、工作場所、咖啡店和文藝運動等柔性的社交“材料”中的表現。這些情況下的個人可屬于一個或多個團體，并且可以根據自己的喜好更改他們的成員資格。如果改變是件很容易的事，那么液體幾乎可以毫不費力地維持合作。如果一旦出現一個叛逃者，那么所有合作者只需選擇離開，然后在其他地方重新啟動一個組織即可。但是，當遷移出現障礙時，經驗法則就會開始顯現：如果遷移的代價高昂，那么就要在離開之前盡可能長時間應對叛逃者；否則的話，就只能盡可能多的攜合作者一起擺脫困境。
當然，真正的社會結構是一個復雜的有著更多的相的人口組合。我們有著很多偶爾形成又偶爾被打破的密切關系；我們可以比較自由地加入和離開一些組織；在火車上、飛機場，我們像氣體一樣與充滿數以百計的陌生人進行微相互作用。然而，作為物理學家，通過對每一個相進行研究，我們碰觸到了利他主義的一個要訣——一些或許能促進合作的特定結構的規(guī)則。到目前為止我們觀察到的是，強大的局部關聯能加強利他主義。一定的流動性與靈活性能對叛逃進行遏制，但流動性與靈活性不能大到形成像氣體一樣會遏制合作的體系。要了解生物系統(tǒng)的物理學，科學家仍有很長的路要走，但我想，我們目前已經收獲的進展或許能讓薛定諤感到欣慰吧。
撰文：Ski Krieger（哈佛大學進化動力學項目組博士后研究員）
翻譯：二宗主
原文標題為“To get a grip on altruism, see humans as molecules”，首發(fā)于2018年5月29日的Aeon。原文鏈接：https://aeon.co/ideas/to-get-a-grip-on-altruism-see-humans-as-molecules。中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。
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