互聯(lián)網的大腦模型與原子的太陽系模型的研究對比

科學探索中，有兩種重要的促進力量，第一種是認同，會幫助研究者增強對探索方向的信心和勇氣，第二種是批判，會幫助研究者獲知探索路上的障礙和陷阱。

10年前，受社交網絡，水利部傳感器網絡，谷歌街景系統(tǒng)的啟發(fā)，我們在科學院組成研究團隊提出了互聯(lián)網的“大腦模型”，受到諸多專家和老師的鼓勵，但與此同時，互聯(lián)網的大腦模型也受到很多批評，甚至是激烈的批判，主要批判意見認為：將互聯(lián)網與大腦兩個巨系統(tǒng)進行對比是一種"取類比象"，先入為主的研究方式，在方法上不科學，在模型上也不應成立。

一直以來，我們認為這種批判是非常寶貴的意見，但如何回應，而不陷入邏輯自證依然困難，直到2018年4月，我們對自然科學史進行深入學習后，發(fā)現(xiàn)上個世紀物理學最重要的一個物理結構-原子的研究過程中，科學家正是通過巨系統(tǒng)的對比描述和解釋，不斷推動原子結構的最終確定，這包括原子的‘葡萄干蛋糕模型“、“土星模型”和”太陽系模型“等。

上個世紀"原子的太陽系模型"在科學上的突破，并不能代表互聯(lián)網的“大腦模型”因此就正確，這個科學史歷程只是說明，當一個科研目標系統(tǒng)因為特別的原因無法獲知其明確的整體結構時，在實際現(xiàn)象的啟發(fā)下，用另外一個已知的，大眾（包括科學家）更容易理解的系統(tǒng)模型進行對比和解釋，應該是科學研究的一種方法。

互聯(lián)網的”大腦模型“與原子的”太陽系模型“在研究上有很多共同點，也有更多不同，下面我們用一張表展示它們的相同和不同之處。

為了更好的說明互聯(lián)網的大腦模型與原子的太陽系模型，下面用四個部分的內容，對上述觀點和圖表進行詳細介紹：

一 、介紹哲學、社會學領域先驅們的相關研究和觀點

二 、原子的研究歷程，從葡萄干蛋糕、土星模型到太陽系模型

三 、互聯(lián)網的研究歷程，從網狀模型、海星模型到大腦模型

四 、互聯(lián)網的大腦模型與原子的太陽系模型的研究對比。

第一部分：哲學家對器官，大腦與工具，社會關系的研究

技術哲學創(chuàng)始人德國哲學家卡普1877年出版《技術哲學綱要》，提出了工具和器物是人體器官投影的核心概念與理論，卡普對許多器物和工具做了詳盡的解釋：“大量創(chuàng)造物突然涌現(xiàn)出來。彎曲的手指變成了一只鉤子，手的凹陷成為一只碗；人們從刀、矛、槳、鏟、耙、犁和鍬等，看到了臂、手和手指的各種各樣的姿勢”，卡普可謂把技術與人體器官關聯(lián)起來的第一人。

1960年代，傳媒領域的著名開拓者，馬歇爾·麥克盧漢在1964年出版的《理解媒介》一書中提到“在過去數(shù)千年的機械技術時代,人類實現(xiàn)了身體在空間中延伸;在一個多世紀的電子技術時代,人類已在全球范圍延伸了自己的中樞神經系統(tǒng)并進一步在全球范圍擴展”

1983年，英國哲學家彼得·羅素（P.Russell）撰寫了《地球腦的覺醒——進化的下一次飛躍》，他提出人類社會通過政治，文化，技術等各種聯(lián)系使地球成為一個類人腦的組織結構，也就是地球腦或全球腦。

應該說卡普、麥克盧漢、彼得·羅素等先驅已經意識到工具、技術甚至社會形體與人類器官的關系，但總體看這些思考還屬于社會學和哲學層面，對于1969年誕生的互聯(lián)網，要到21世紀爆發(fā)以后，其技術和應用的類腦特征才逐步顯現(xiàn)出來。

哲學和社會學先驅的研究可以成為啟發(fā)我們的參考，但還不能作為科學的方法論證明互聯(lián)網大腦模型的正確性和科學性。而這一重任將落到20世紀物理學領域一項重要發(fā)現(xiàn)上。

第二部分：原子的研究歷程，從葡萄干蛋糕、土星模型到太陽系模型

原子最早是哲學上解釋世界基本構成的抽象概念，世界本原或根本元素是“原子”和“虛空”?！霸印痹谙ＥD文中是“不可分”的意思。隨著人類認識的進步，原子逐漸從抽象的概念逐漸成為科學的理論。原子核以及電子構成原子。而原子又可以構成分子。原子是近現(xiàn)代物理學重要的基礎結構之一。它的結構發(fā)現(xiàn)也經歷了很多探索和波折。

1789年，法國科學家拉瓦錫定義原子一詞后，從此原子就用來表示化學變化中的最小的單位。很長時間內人們都認為原子就像一個小得不能再小的玻璃實心球，里面再也沒有什么內容了。

1897年，英國物理學家約瑟夫·湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子以及它的亞原子特性，粉碎了一直以來認為原子不可再分的設想。湯姆生認為電子是平均的分布在整個原子上的，電子鑲嵌在正電荷液體中，就象葡萄干點綴在一塊蛋糕里一樣，所以又被稱為“葡萄干蛋糕模型”。湯姆生的葡萄干蛋糕模型當時能夠解釋很多化學和物理現(xiàn)象，在提出后被當時的科學界廣為接受。

1903年12月5日日本物理學家長岡半太郎在東京數(shù)學物理學會上口頭發(fā)表，并于1904年分別在日、英、德的雜志上刊登論文。他批評了湯姆生的模型，認為正負電不能相互滲透，提出一種他稱之為“土星模型”的結構——即圍繞帶正電的核心有電子環(huán)轉動的原子模型。一個大質量的帶正電的球，外圍有一圈等間隔分布著的電子以同樣的角速度做圓周運動。

他們的模型在一定程度上都能解釋當時的一些實驗事實，但不能解釋以后出現(xiàn)的很多新的實驗結果，所以都沒有得到進一步的發(fā)展。數(shù)年后，湯姆遜的“葡萄干蛋糕模型”被自己的學生盧瑟福的”太陽系模型“推翻了。

1906年英國科學家盧瑟福團隊做了著名的α粒子散射實驗，即讓一束平行的α粒子穿過極薄的金箔，如果按照老師湯姆遜“葡萄干蛋糕原子模型，α粒子像巨型炮彈一樣很容易穿過原子空間，僅僅會受”葡萄干“-電子導致的很小的散射

但盧瑟福團隊又重復著這個已經做過多次的實驗，奇跡出現(xiàn)了!他們不僅觀察到了散射的α粒子，而且觀察到了被金箔反射回來的α粒子。在盧瑟福晚年的一次演講中曾描述過當時的情景，他說：“我記得兩三天后，蓋革非常激動地來到我這里，說：我們得到了一些反射回來的α粒子......’，這是我一生中最不可思議的事件。這就像你對著卷煙紙射出一顆15英寸的炮彈，卻被反射回來的炮彈擊中一樣地不可思議。經過思考之后，我認識到這種反向散射只能是單次碰撞的結果。經過計算我看到，如果不考慮原子質量絕大部分都集中在一個很小的核中，那是不可能得到這個數(shù)量級的。

盧瑟福所說的“經過思考以后”，不是思考一天、二天，而是思考了整整一、二年的時間。在做了大量的實驗和理論計算和深思熟慮后，他才大膽地提出了原子的”太陽系“模型，推翻了他的老師湯姆遜的實心帶電球原子模型。

盧瑟福提出的原子模型像一個太陽系，帶正電的原子核像太陽，帶負電的電子像繞著太陽轉的行星。在這“太陽系”，支配它們之間的作用力是電磁相互作用力。他解釋說，原子中帶正電的物質集中在一個很小的核心上，而且原子質量的絕大部分也集中在這個很小的核心上。當α粒子正對著原子核心射來時，就有可能被反彈回去。這就圓滿地解釋了α粒子的大角度散射。

盧瑟福的理論開拓了研究原子結構的新途徑，然而，在當時很長的一段時間內，盧瑟福的”太陽系“原子模型遭到物理學家們的冷遇。盧瑟福原子模型存在的致命弱點是正負電荷之間的電場力無法滿足穩(wěn)定性的要求，即無法解釋電子是如何穩(wěn)定地待在核外。1904年長崗半太郎提出的土星模型就是因為無法克服穩(wěn)定性的困難而未獲成功。因此，當盧瑟福又提出有核原子模型時，很多科學家都把它看作是一種猜想，或者是形形色色的模型中的一種而已。

盧瑟?！碧栂怠霸幽Ｐ鸵慌e把原子結構的研究引上了正確的軌道，于是他被譽為原子物理學之父。由于電子軌道也就是原子結構的穩(wěn)定性和經典電動力學的矛盾，才導致他的學生玻爾提出背離經典物理學的革命性的量子假設，成為量子力學的先驅。因為原子領域工作的貢獻，盧瑟福和玻爾此后分別獲得了諾貝爾化學獎和物理學獎。

一百年前，科學家用不同的巨系統(tǒng)模型解釋無法用肉眼直接觀察的原子架構。這其中包括”“葡萄干蛋糕模型”，“土星模型”和”太陽系模型“等。通過大量的實驗和理論分析，最終原子的”太陽系模型“被廣泛認同，并持續(xù)到21世紀（雖然量子力學的發(fā)展，原子架構有新的見解，但總體原子的”太陽系模型“依然是基礎和重要的模型），一百年后，人類社會和科學領域迎來另一個重要的系統(tǒng)-互聯(lián)網，它的模型究竟怎樣描述，似乎也將面臨研究原子時遇到的問題，但這次不是因為小，而是因為過于龐大和變化過于快速。

第三部分 互聯(lián)網的研究歷程，從網狀模型、海星模型到大腦模型

1969年，互聯(lián)網在美國誕生，此后50年的時間里，互聯(lián)網從地理范圍上已經覆蓋到全球并向太空蔓延，在使用領域上已經深入到人類生活，工作，科研，軍事的各個角落，成為影響人類社會最重要的技術架構。

無論是從起源還是計算機學科的定義看，網狀結構一直以來是互聯(lián)網最被接受的一種架構，一般認為”互聯(lián)網是指將世界范圍計算機網絡互相聯(lián)接在一起的網際網絡，在這基礎上發(fā)展出覆蓋全世界的全球性互聯(lián)網絡稱互聯(lián)網，即是互相連接一起的網絡結構。“

21世紀以來，隨著物聯(lián)網，云計算、工業(yè)4.0、大數(shù)據、人工智能、邊緣計算不斷涌現(xiàn)，互聯(lián)網已經遠遠超出了原先的定義和模型架構。那么用一種什么樣的新定義和新模型能夠反映互聯(lián)網的核心特征和未來趨勢。這個問題就是十年前我們提出互聯(lián)網大腦模型進行研究的目的和原因。

2005年到2007年，隨時互聯(lián)網爆炸性增長，特別是中國互聯(lián)網快速發(fā)展，讓我們有機會不斷發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網的類腦特征，這其中有四次重要的啟發(fā)，使得我們最終在2008年正式發(fā)表論文提出互聯(lián)網新的定義和模型--互聯(lián)網大腦模型。

1)互聯(lián)網不僅僅是連接計算機，更是聯(lián)結人的啟示，2005年，當我們在科學院大學開始研究網絡經濟時。試圖制作一個網站將科學院豐富的專家資源與社會企業(yè)的科研需求對接起來，發(fā)現(xiàn)通過互聯(lián)網將專家的知識、智慧、經驗通過解決問題變成商品進行交易，是一個新的互聯(lián)網商業(yè)模式，我們將這個新的領域命名為威客模式。威客模式提出專家可以通過互聯(lián)網用智慧幫助企業(yè)和他人解決問題，獲得財富，提醒我們互聯(lián)網不僅僅是計算機或機器的聯(lián)網，更是關于人類知識，智慧甚至是人類大腦的聯(lián)網。

2）互聯(lián)網類腦神經元網絡的發(fā)現(xiàn)和啟示，2006年，faceboook，QQ為代表的社交網絡開始興起，通過社交網絡的個人空間，人們可以相互溝通，相互關注，互加好友，同樣我們發(fā)現(xiàn)威客模式中，提問者和回答者之間也會形成知識和智慧交易的社交網絡。當我們在《威客地圖(witmap)--互聯(lián)網下一代搜索引擎》把這些社交網絡圖示繪制出來時，第一次發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網中類腦神經元網絡的特征。

3）互聯(lián)網類腦的軀體感覺神經系統(tǒng)現(xiàn)象啟示，2007年4月，我們參與中國水利部防汛抗旱指揮部相關項目的專家咨詢。這個項目提出在中國的水域按放濕度、風速、溫度等等傳感器，信號通過有線和無線線路傳遞到北京的服務器中，經過處理形成定時報告供國家決策部門預警使用。這個項目比2009年興起的智慧地球和物聯(lián)網熱潮早了2年，它引起我們注意到互聯(lián)網也存在類似軀體感覺神經系統(tǒng)的特征。

4）互聯(lián)網類腦的視覺神經系統(tǒng)現(xiàn)象啟示，2007年6月，我們對科學院大學學生的旅游視頻創(chuàng)業(yè)項目進行評估，這個項目提出在中國各個景區(qū)如黃山，大理，九寨溝等地方安放攝像頭，把景區(qū)的實時景象傳遞到旅行社大廳的大屏幕上，讓游客可以遠程感受景區(qū)的風景，并決定選擇哪一條旅游路線。雖然后來因為技術，經費的原因沒有成功，但應該說這個創(chuàng)意是比較超前的，在這一年，谷歌的街景系統(tǒng)也開始推出，在世界范圍安防攝像頭和視頻觀察汽車。讓互聯(lián)網用戶可以實時觀看世界各地的場景和景色，這一項目使我們進一步意識到互聯(lián)網同樣具備視覺神經系統(tǒng)的特征。

從2005年到2007年的兩年中，在受到多次互聯(lián)網領域類腦現(xiàn)象啟發(fā)后。在2007年7月，我們終于意識到，互聯(lián)網的完整架構和未來方向很可能與大腦的架構有關。

2007年7月末，在中國科學院大學經濟管理學院呂本富教授的主持下，我們在科學院大學的一次內部學術研討會中，向科學院師生闡述了互聯(lián)網大腦模型的初步構想。與會的師生進行了熱烈的討論。

2008年9月，我們在中國教育部成立的《中國科技論文在線》正式發(fā)表了《互聯(lián)網的進化趨勢與規(guī)律》（作者：劉鋒，彭賡）。在這篇論文中第一次繪制了互聯(lián)網大腦的模型架構圖，并提出了互聯(lián)網的新定義。在此后的10年之中，逐步形成了互聯(lián)網大腦的完整圖示和定義;

互聯(lián)網的大腦模型是這樣定義的：互聯(lián)網的大腦模型就是互聯(lián)網向與人類大腦高度相似的方向進化過程中，形成的類腦巨系統(tǒng)架構?；ヂ?lián)網大腦架構具備不斷成熟的類腦視覺、聽覺、軀體感覺、運動神經系統(tǒng)、記憶神經系統(tǒng)、中樞神經系統(tǒng)、自主神經系統(tǒng)?；ヂ?lián)網大腦通過類腦神經元網絡將互聯(lián)網各神經系統(tǒng)和世界各元素關聯(lián)起來，互聯(lián)網大腦在群體智慧和人工智能的驅動下通過云反射弧實現(xiàn)對世界的認知，判斷，決策、反饋和改造。

在此后的10年里，科學院虛擬經濟與數(shù)據科學研究中心劉鋒博士，石勇教授，彭賡教授，劉穎教授等人形成研究團隊，在包括IJITDM、《復雜系統(tǒng)與復雜網絡》、IEEE等SCI、EI、ISTP、中國核心期刊在內的學術期刊發(fā)表相關論文近20篇，由清華大學出版社出版的專著《互聯(lián)網進化論》一部。

到2018年5月，互聯(lián)網的大腦模型研究總體形成的進展有6個方向：1.互聯(lián)網大腦架構 2.類腦神經元網絡和云反射弧3.城市大腦模型4.擴展的馮諾依曼架構與AI智商評測 5，互聯(lián)網大腦模型對腦科學的啟發(fā) 6.生物進化方向探討 ，具體研究起源和論文發(fā)表請參考文章《人工智能下一個熱點探討，為什么要提出互聯(lián)網大腦模型》

互聯(lián)網的大腦模型到今天為止，也依然不是成熟的架構，而且必須指出，就像原子的太陽系模型不可能將原子的架構與太陽系架構一一對比研究一樣，也不可能將互聯(lián)網與大腦通過嚴格意義對應進行研究，而是需要謹慎選擇大腦哪些最重要，最明確，最基礎的功能和結構，作為一種靶向架構，觀察互聯(lián)網的發(fā)展是否能夠與之吻合。

21世紀以來，隨著物聯(lián)網，云計算，大數(shù)據，工業(yè)4.0.人工智能，特別是2018年包括阿里ET大腦，滴滴交通大腦，360安全大腦，騰訊超級大腦等類腦巨系統(tǒng)的爆發(fā)。互聯(lián)網的“大腦模型”體現(xiàn)了良好的預測性和包容性，可以很好的預測和解釋互聯(lián)網發(fā)展過程中出現(xiàn)的新技術和新模式。這對模型的進一步成熟奠定了良好的基礎。

第四部分 互聯(lián)網的“大腦模型”與原子的“太陽系模型”的研究對比

20世紀初，研究者用葡萄干蛋糕模型，土星模型，太陽系模型解釋原子的內部結構，并最終取得科學上的突破，并不能代表互聯(lián)網的大腦模型就因此正確和成熟，原子架構的研究只是說明，科研目標系統(tǒng)因為特別的原因無法獲知其明確的整體結構時，根據實際觀察到的現(xiàn)象，用另外一個已知的，大眾（包括科學家）更容易理解的系統(tǒng)模型進行對比和解釋，是科學研究的一種方法。

一個有趣的現(xiàn)象是，原子和互聯(lián)網分別是20世紀物理學時代和21世紀信息時代最重要的系統(tǒng)架構。下面我們用一張表來說明兩個模型相同和不同之處。