「我们能否通过将人类当作原子和分子，或者将社会和种群当作固体、液体或气体来解释利他主义？」

“什么是生命？”1943年，物理学家薛定谔在都柏林三一学院的一系列演讲中提出了这个问题。这位著名的量子力学先驱委以科学家一项新的使命：开始用物理学中的工具和直觉来解释生物的活动。

75年后，生物物理学的革命仍在进行中。薛定谔的行动呼吁并激励了他的同行，对生命的基本构成进行各个尺度的观察：从微小的DNA分子到成群的鱼儿，还有蚁丘的构造。我在哈佛大学的研究小组专注于对利他主义——或者说是对“为什么生物能为了共同利益牺牲自己”这一现象进行研究。但我们不是从心理学或道德哲学的角度出发，而是从热力学的角度来处理这个问题。我们能否通过将人类当作原子和分子，或者将社会和种群当作固体、液体或气体来解释利他主义？

合作还是背叛？

我们将利他主义建模为A与B两人之间的简单互动。二者都必须在“合作”与“背叛”两种选择中选取一种。如果A与B合作，那A需要向一家中央银行支付一笔小额费用，比如说1美元，然后中央银行会立即向B支付5美元。选择“背叛”就相当于选择不作为。因此，如果双方都选了“背叛”，那么他们的个人收支不变；如果双方都选择“合作”，那么他们每人都将获得4美元的收益；如果一方选择“合作”而另一方选择“背叛”，那么选择“合作”的人将损失1美元，而选择“背叛”的人则收获5美元。

合作还是背叛？这是个问题（图源：wordpress.com）

这些运作规则十分简单，我们可以很容易想象它在一些大尺度下的效应。例如，当每个人都选择合作时，就能得到最佳的经济繁荣景象。整个社区的繁荣对个人来说也有好处。但是，全球合作并不那么容易实现，这也正是事情开始变得有趣的地方。

我们设想这样一个场景，有一大群人根据这种“合作—背叛”的模式进行互动，但他们相互之间无法见面或进行交谈。在没有任何实际物理互动的情况下，任何一方都无法识别对方是合作者还是背叛者。每个人都会选择自己是合作还是背叛，并且以同一种选择与他人进行多次互动。接下来，每隔一段时间，这些人就能将自己的利润与其他人进行比较。如果与一个合作者比较的恰好是个背叛者，那么结果总会让合作者失望。因为一个背叛者可以从每个合作者那里获得5美元，而合作者只能从每个合作者那获得4美元，并且当遇到背叛者时还会损失1美元。这样，心怀不满的合作者就会转变成背叛者，导致合作者的经济负担增加，甚至进一步导致合作者背负债务，直到最后所有人都选择背叛。

但这不可能成为现实。尽管社会有向自私发展的趋势，但我们仍然可以在周围看到合作与自我牺牲的例子，哪怕在个体之间彼此“不可见”的情况下也是如此。在大面积断电和干旱等特殊时期里，民众可以为了保持电力和水的流通而作出牺牲，甚至有时人们愿意冒着生命危险去帮助陌生人。

事实证明，这一思想实验中存在两个致命缺陷。首先，在不同人周围，我们的行为方式会不一样——我们更可能与朋友和家人合作，而不是陌生人。因此我们制定的微观互动规则可能是错误的。其次，我们对哪些个体会进行互动的预测太过于简单。即使我们真的遵循非常简单的规则，但“每个人都会以相同的可能性与他人接触”这一假设仍是不切实际的，尤其在规模更大的群体中。

当我们变成分子

事实上，社交网络的微小细节——谁与谁交互、涉及到多少人，对该社交网络中个体行为的盛衰有着难以置信的影响。在我们实验室的负责人Martin Nowak与Roger Highfield合著的《超级合作者》（2011）一书中，他们说道，我们能将人口结构看做是某种实物的相。试想一下水分子之间的相互碰撞：冰的群体结构（分子不动，能“看到”的只是附近的几个其他分子）所产生的相互作用将不同于水（分子通常能“看到”临近分子都相同，但也会四处移动去接触其他邻里）或水蒸气（没有固定的邻居，分子会自由地运动）。 

分子运动（图源：kozmikanafor.com）

将固体的温度升高能使其变成液体，然后是气体。同样，我们可以设想一种能决定人与人之间互动速率以及熟悉程度的“社会温度”。在这个思想实验中，我们经常会遇到的是几乎不认识的人，就像是热气中的分子与另一个分子发生碰撞，或者为了搭上地铁而使劲穿过人群一样。在这种情况下，我们很难促成合作。

那么在另一个极端——“固体”中又会发生什么？在一个坚固的群体中，个体数量是不会发生变化的，就如同砖头或岩石中的分子一样。你能看到的总是相同的人，你了解他们的声誉与品行。对我们大多数人来说，这种坚固的结晶相代表了我们社交生活的中坚部分。我们会与朋友和家人保持长久的联系，频繁地与他们进行互动，但与朋友的朋友或隔好几代的远亲就不会保持如此频繁而又亲密的互动了。

事实上，这些薄弱的关联能将你与背叛者隔离开来。比如说，地铁站台上有一名背叛者，你可能很容易就受到他的欺骗——但如果你表亲的对象的邻居恰好是个背叛者，那么你受他影响的可能性就很低。所以，如果我们像气体一样，与每个人进行合作，那么合作就会失败——因为每个人都容易受到少数几个坏蛋的影响。但是，如果切断这些社交链，我们就可能只与有着良好绝缘的合作者建立联系，只有通过“朋友的朋友的朋友”才可能受到背叛者的影响。

作为现代社会中小型设备里的主要零部件，固态半导体从另一个角度揭示了利他主义的物理学。在半导体中，金属微观结构的变化会影响到需要施加多少电压才能将它“激活”，从而使得通过的电流量从0跳到一个特定数值。类似地，发表在《自然》杂志上的一篇论文中，我的同事预测了需要多大的经济奖励（电力）才能让利他主义被“启动”，并能在一个团体（半导体）内传播。例如，有些社交网络只需1.05美元作为奖励，就能充当很好的利他主义“导体”了；还有一些则需100美元或更多作为奖励，而且可能仍然难以将利他主义激活。

那么“液体”人群又是什么情况？在一篇更早的论文中，我们研究了合作在俱乐部、工作场所、咖啡店和文艺运动等柔性社交“材料”中的表现。这些情况下的个人可属于一个或多个团体，并且可以根据自己的喜好更改他们的成员资格。如果改变是件很容易的事，那么液体可以几乎毫不费力地维持合作。如果一旦出现一个背叛者，那么所有合作者只需选择离开，然后在其他地方重新启动一个组织即可。但是，当迁移出现障碍时，经验法则就会开始显现：如果迁移的代价高昂，那么就在离开之前尽可能长时间地应对背叛者；否则的话，就只能尽可能多的携合作者一起摆脱困境。

当然，真正的社会结构是一个复杂而且有着更多相的人口组合。我们有着很多偶尔形成又偶尔被打破的密切关系；我们可以比较自由地加入和离开一些组织；在火车上、飞机场，我们像气体一样与数以百计的陌生人进行微相互作用。然而，作为物理学家，通过对每一个相进行研究，我们碰触到了利他主义的要诀—— 或许能在特定结构中促进合作的一些规则。到目前为止我们观察到的是，强大的局部关联能加强利他主义。一定的流动性与灵活性能对背叛进行遏制，但流动性与灵活性不能大到像气体一样，那样会遏制合作的体系。要了解生物系统的物理学，科学家仍有很长的路要走，但我想，我们目前已经收获的进展或许能让薛定谔感到欣慰吧。 

撰文：Ski Krieger（哈佛大学进化动力学项目组博士后研究员）

翻译：二宗主

文章来源：

https://aeon.co/ideas/to-get-a-grip-on-altruism-see-humans-as-molecules

文章头图及封面图片来源：scienceblog.com

本文经授权转载自“原理”公众号（ID：scienceblog.com）

启蒙·探索·创造

如果你拥有一颗好奇心

如果你渴求知识

如果你相信世界是可以理解的

欢迎关注我们

投稿、授权等请联系

saixiansheng@zhishifenzi.com