維納｜歷史上的控制論

維納（Norbert Wiener）著，陳步譯
節錄自《人有人的用處：控制論和社會》第一章，諾伯特‧維納著，陳步譯，商務印書館，1978年。

自從第二次世界大戰結束以來，我一直在資訊理論的許多分支中進行研究。除了有關消息傳遞的電工理論外，資訊理論還有一個更加廣大的領域，它不僅包括了語言的研究，而且包括了消息作為機器的和社會的控制手段之研究，包括了電腦和其他諸如此類的自動機的發展，包括了心理學和神經系統的某些考慮以及一個新的帶有試行性質的科學方法論在內。這個範圍更加廣大的資訊理論乃是一種幾率性的理論，乃是 W．吉布斯所開創的思潮的固有部分，這我在序言中已經講過了。

直到最近，還沒有現成的字眼來表達這一複合觀念，為了要用一個單詞來概括這一整個領域，我覺得非去創造一個新詞不可。於是，有了「控制論」一詞，它是我從希臘字 Kubernetes 或「舵手」推究出來的，而英文「governer」（管理人）一字也就是這個希臘字的後部分引申。後來我偶然發現，這個字早被安培（Ampere）用到政治科學方面了，同時還被一位波蘭科學家從另一角度引用過，兩者使用的時間都在十九世紀初期。

我曾經寫過一本多少屬專門性的著作，題為《控制論：或關於在動物和機器中控制和通信的科學》（Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine），發表於1948年。為了回應大家的要求，使控制論的觀念能為一般人所接受。我在1950年發表了《人有人的用處》一書初版，從那時到現在，這門學科已經從申農（Claude Shannon）、韋佛（Warren Weaver）兩位博士與我共同提出，並憑著為數不多的幾個概念，將之發展成為一個確定的研究領域。所以，我趁本書再版的機會，想把它改寫得合乎最新的情況，同時刪掉原書結構中的若干缺點及前後不一致的地方。

在初版所給出關於控制論的定義中，我把通訊和控制歸為一類。我為什麼這樣做呢？當我和別人通訊時，我給他一個消息，而當他給我回訊時，他送回一個相關的消息，這個消息首先包含著他理解，而不是我理解的資訊。當我去控制別人的行動時，我得給他通個消息，儘管這個消息是命令式的，但其發送的技術與報導事實的技術並無不同。何況，如果要使我的控制有效，我就必須審理來自他那方的任何消息，這些消息表明命令之被理解與否和它有否被執行。

 

本書的主題在於：闡明我們只能通過對消息及社會通訊設備的研究來理解社會；闡明在這些消息與通訊設備的未來發展中，人與機器之間、機器與人之間以及機器與機器之間的消息，勢必在社會中佔據日益重要的地位。

當我給機器發出一道命令時，這情況跟我給人發出一道命令的情況本質上並無不同。換言之，就我的意識範圍而言，我所知道的只是發出的命令和送回的應答信號。對我個人來說，信號在其中介階段是通過一部機器或通過一個人，這樁事情是無關緊要的，而且，在任何情況下，它都不會使我跟信號的關係發生太大的變化。因此，工程上的控制理論，不論是人的、動物的或是機械的，都是資訊理論的組成部分。

在控制論中，不論是人、動物或機械都只是資訊理論的組成部分。因此，當我向機器發出命令時，這情況跟我向人發出命令並無本質的不同。

當然，在消息中與在控制問題中都有種種細節的差異，這不僅在生命體和機器之間如此，而且在它們各自更小的範圍裡也是如此。控制論的目的就在於發展語言與種種技術，使我們能夠真正地解決控制和通訊的一般問題，但它亦要在某些概念的指導之下尋找一套專用的思想和技術，來區分控制和通訊的種種特殊的表現形式。

我們用以控制周遭環境的命令，都是我們給予環境的資訊。這些命令與任何形式的資訊一樣，要在傳輸的過程中解體。它們一般都以不太清晰的形式傳達，當然不會比它們發送出來的時候更加清晰。在控制和通訊中，我們一定要跟組織性降低、含義受損的自然趨勢鬥爭，亦即要和吉布斯所講的增熵趨勢鬥爭。本書有很多地方談到個體內部和個體之間的通訊限度：人被束縛在他自己的感官所能知覺到的世界中，舉凡他所收到的資訊都得通過他的大腦和神經系統來進行調整，只在經過存儲、核對和選擇的特定過程之後，它才進入效應器，一般來說就是他的肌肉。這些效應器又作用於外界，同時通過運動感覺器官的末梢這類成受器，再反作用於中樞神經系統，而運動感覺器官所收到的資訊又跟他過去存留的資訊結合，兩者一起影響人未來的行動。

至於「資訊」這個名稱，其內容是我們對外界進行調節，並使我們的調節為外界所瞭解時，與外界交換來的東西。接收資訊和使用資訊的過程，就是我們對外界環境中的種種偶然性進行調節，並在該環境中有效地生活著的過程。現代生活的種種需要及其複雜性，對資訊過程提出了前所未有的高度要求，我們的出版社、博物館、科學實驗室、大學、圖書館和教科書都不得不去滿足該過程的種種需要，否則就會失去它們的存在目的。所謂有效地生活，就是擁有足夠的資訊來生活。由此可知，通訊和控制作為個人內在生活的本質，就跟它們之作為個人社會生活的本質一樣。

通訊問題之研究在科學史上所處的地位，既非巧合與微不足道的成果，但亦非甚麼空前的創舉。遠在牛頓之前，此類問題就在物理學中，特別是在費爾馬（Fermat）、惠更斯（Huggens）和萊布尼茲（Leibniz）的工作中流行；他們都對物理學感興趣，而他們興趣不集中在力學，而是光學，即關於視覺映像的傳遞問題。

費爾馬以最小化（minimization）原理推進了光學的研究，這個原理指出在光程中任意一段足夠短的區間上，光都以最少的時間通過。惠更斯提出了現在稱之為“惠更斯原理”的草創形式，這個原理說，光從一光源向外傳播時，便在此光源的周圍形成某種類似於一個小球面的東西，它由次級光源組成，而次級光源的光接下去的傳播方式跟初級光源的傳播方式完全相同。萊布尼茲則從另一觀點，將整個世界看成一種稱之為「單子」的實體之集合，單子的活動就是在上帝安排的預定和諧之基礎上相互知覺，而且，萊布尼茲明顯主要用光學術語來考慮這種相互作用。除了這種知覺外，單子沒有「窗戶」，因此依據萊布尼茲的見解，一切機械的相互作用實際上都只不過是光學上的相互作用的微妙推論而已。在萊布尼茲這方面的哲學中，處處都表現出他對於光學和消息的偏愛。這種偏愛在他兩個最根本的觀念中充分體現出來，這兩個觀念就是：Characteristica Universalis（普適科學語言）與 Calculus Ratiocinator（邏輯演算）。 Calculus Ratiocinator 在當時雖然並未完善，但卻是現代數理邏輯的直系祖先。

受著通訊思想支配的萊布尼茲在許多方面都是本書思想的知識前驅，因為他對機器計算和自動機也感到興趣。在本書中，我的種種見解都跟萊布尼茲相距甚遠，但是我所討論的問題卻道道地地是萊布尼茲的問題。萊布尼茲的電腦器只不過是他對計算語言（即推理演算）之興趣的一種表現，而推理演算，在他心目中又只不過是他的普遍語言（universal language）思想的推廣。由此可知，即使是他的電腦器，萊布尼茲所偏愛的也主要是語言和通訊。

到了上一世紀中葉，C．麥克斯韋及其先驅法拉第（Faraday）的工作再次引起了物理學家對於光學的注意；人們這時把光看作電的一種形式，而電又可以歸結為某種介質的機制，它是奇怪的、堅硬的但肉眼看不見的東西，名為乙太。在當時，人們假定乙太彌漫在大氣、星際空間與一切透明物質之中。麥克斯韋的光學工作就在於他以數學發展了以前法拉第令人信服，卻未以數學形式表示出來的思想。對於乙太的研究，向人提出了答案含糊的若干問題，例如，通過乙太的物質運動問題。邁克耳遜（Michelson）和莫萊（Morley）在九十年代的著名實驗就是為了解決這個問題而進行的，實驗給出了完全意想不到的答案：絕對無法證明通過乙太的物質運動。

對於這個實驗所提出的種種問題，第一次作出滿意解答的是洛倫茲（Lorentz）。洛倫茲指出：要是我們把那些使物質結合起來的力本身看成是電學性質的或光學性質的，那我們就應該從邁克耳遜與莫萊的實驗中預期到反面的結果。然而，在1905年，愛因斯坦把洛倫茲的這些思想改寫成如下的形式：絕對運動的不可觀測性與其說是物質的特殊結構所決定的，不如說是物理學上的一項公設。就我們的角度看來，在愛因斯坦的工作中，重點在於光和物質處於同等的地位，這和牛頓以前的著作所提出的觀點相同，而不是像牛頓那樣地把所有東西都隸屬於物質和力學。

愛因斯坦在闡釋自己的見解時，對觀測者作了多樣的使用：觀測者既可以是靜止的，也可以是運動著的。在愛因斯坦的相對論中，如果不同時引進消息的觀念，如果事實上不重新強調物理學的准萊布尼茲狀態（其傾向還是光學的），那就不可能把觀測者引進來。愛因斯坦的相對論和吉布斯的統計力學乃是截然不同的東西，愛因斯坦基本上還是使用絕對嚴格的動力學術語來探討問題，並沒有引進幾率觀念，這點跟牛頓是相同的。

與此相反，吉布斯的工作從第一步起就是幾率性的。然而，這兩個人的工作方向都代表了物理學觀點的更替，即在某種意義說來，用觀測時方才存在的世界來代替實際存在的世界，而物理學上古老的樸素實在論（naïve realism）則讓位給某種也許會使柏克萊（George Berkeley）大主教眉開眼笑的東西了。

在這個地方，討論一下本書序言中提到的與熵有關的若干概念，對我們說來是恰當的。如前所述，熵的觀念代表了吉布斯力學和牛頓力學之間的幾個極為重要的分歧。

在吉布斯的觀點中，我們有一個物理量，它不屬於我們這個外在世界，而屬於一組可能的外在世界，因而它出現於我們對這個外在世界所能提出的若干特定問題的答案中。物理學現在不去探討那個可以視為全面答覆一切有關問題的外在宇宙了，它變成了對於某些極為有限的問題作出答案的帳單。事實上，我們現在研究的東西，跟我們可以收進並發出的一切可能輸入和輸出的消息毫無關係；我們所關心的只是極為特殊的輸入和輸出的消息理論，包括這類消息只給我們有限信息量的測量方法在內。

消息自身就是模式和組織的一種形式。的確，我們可以把消息集合看作當中有熵的東西，就像我們對待外在世界狀態的集合一樣。正如熵是組織解體的量度，消息集合所具有的資訊則是該集合組織性的量度。事實上，一個消息所具有的資訊，本質上可以解釋作該消息的負熵，解釋作該消息的幾率的負對數。這也就是說，愈是可見的消息，提供的資訊就愈少。例如，陳腔濫調的意義就不如偉大的詩篇。

我已經提到萊布尼茲對於自動機的興趣，這個興趣曾經碰巧被他的同時代人巴斯卡（Blaise Pascal）分享過，巴斯卡對於我們現在稱之為台式加法機的發展有真正重要的貢獻。萊布尼茲把校準在同一時刻的時鐘所給出時間的一致性，看作單子預定和諧的模型。這是由於體現他那個時代的自動機技術，正是鐘錶匠的技術。我們不妨考察一下在音樂盒頂上跳著舞的小人兒的動作：它是按照模式而運動的，但這個模式是預先安排的，而小人兒的過去活動對未來活動的模式實際上無關，動作偏離原定模式的幾率等於零。的確，這裡也有消息的傳遞，但消息只從音樂盒的機械裝置傳給小人兒，到此就停住了。除了與音樂盒預定和諧的機構發生上述單向的通訊外，小人兒自身並沒有與外界通訊的痕跡，它們都是又瞎又聾而又啞的東西，半點也離不開約定了的模式，因此不可改變其活動。

讓我們將小人兒的行為和人的行為，或是任何確具中等智力的動物的行為（例如一隻小貓）的行作比較。我叫喚小貓，牠就抬頭看我。我發給牠一個消息，牠用牠的感官來接收，這從牠的行動中可以看出。小貓餓了，因而發出悲鳴，這時牠是消息的發送者。小貓在擺弄一個懸吊著的小線球時，當球擺向左邊，小貓就用左爪去抓它。這時在小貓自己的神經系統內，通過它的關節、肌肉和健等某些神經末梢，既發送又接收著性質非常複雜的消息；借助這些器官發出的神經消息，動物便能覺察到自己組織的實際位置及其張力。只有通過這些器官，人的手工技巧等才得以可能的。

我已經把音樂盒上小人兒預先安排好的行為作為一方，又與人和動物的因事而異的行為作為另一方，進行過一番比較。然而，我們一定不要把音樂盒設想作一切機器行為的典型。比較古老的機器，特別是比較古老時期種種製造自動機的嘗試，事實上都是在閉合式鐘錶的基礎上生成的。但是，現代自動機器諸如自控導彈、近炸信管、自動開門裝置、化工廠的控制儀器以及執行軍事或工業職能的其他現代自動機器裝備，都具有感覺器官，亦即具有接收外界消息的接收器。它們可以簡單得像光電管那樣，當光落在它們上面時就發生電變化，從而能夠在暗處識別出光；也可以複雜得像一台電視機那樣。它們可以從一根受到張力作用的導線所產生的電導率變化來測定張力，也可以借助溫差電偶（這種儀器由兩種不同的金屬片的相互接觸構成，當接觸點之一加熱時就有電流產生）來測量溫度。在科學儀器製造者的寶庫中，每種儀器都是一個可能的感覺器官，都可以通過專用電子儀器的介入從遠處把它的讀數記錄下來。由此可知，這類機器受到它與外界的關係所制約，從而也受到外界所發生的事件制約。我們現在有這種機器，而且是從某個時候起就已經有了。

借助消息而作用於外界的機器也很常見，自動光電開門裝置是每個經過紐約賓夕法尼亞車站的人都知道的東西，這類裝置同樣也用在許多別的建築物裡。當一束光線被截斷的消息送到儀器時，這個消息刺激門並使它打開，於是旅客得以通行了。

從這類以感官來刺激的機器，以至執行某項任務的機器，其間有許多步驟，或簡單得像電門的情況那樣，或在我們工程技術限度內，事實上是具有任意複雜程度的機器。一個複雜的動作乃是這樣一種動作：為了取得對於外界的一種影響（我們稱之為輸出），而在這種動作中引入了可以含有大量組合的資料（我們稱之為輸入）。這些組合既有當下放進的資料，又有從過去存儲的資料（我們稱之為記憶件）取出的紀錄。

這些組合都記錄在機器之中。迄今為止製成最複雜的、能把輸入資料變成輸出資料的機器，就是快速電子電腦。對於這種機器，我打算在後面比較詳細談論。這些機器的行為樣式由特種的輸入來決定，這種輸入往往是用穿孔卡片、穿孔紙帶或磁化導線來構成，它決定機器據以進行的某種不同於過去所進行的操作方式。在控制中，由於經使用穿孔帶或磁帶，所以放進這些機器中用以指示機器組合資訊的操作方式的資料，統稱為程式帶。

我說過人與動物都有運動感覺，它們就是據此來保持自己肌肉的位置和張力的紀錄。為了使任何機器能對變動不居的外在環境作出有效的動作，那就必須把它自己動作結果的資訊，作為使它繼續活動下去所需資訊的組成部分再提供給它。舉例說，當我們操縱著一部電梯時，只打開電梯欄的柵門是不夠的，因為我們所給的命令應該使電梯在我們開柵門的時候恰好到達門前。重點是開門的釋放機械要由電梯實際到達門前這一事實來決定，否則要是沒有什麼東西擋住電梯的話，乘客就會踏進空井裡去。這種以機器的實際演績（actual performance）而非以其預期演績（expected performance）為依據的控制就是回饋；機器作這種控制時需要使用種種感覺元件，這些感覺元件由起動元件來激發，它們執行著預報器或監視器的職務，亦即執行著對一項演績作出指示的職務。正是這些機構的職能使組織解體的力學趨勢變為控制，亦即它們使熵的正常方向發生了暫時的和局部的逆轉。

我剛才提到了電梯作為回饋的一例，還有其他許多例子，其回饋的重要性更為顯著。例如大砲瞄準手從他的觀測儀取得資訊，然後把它傳給大砲，於是大砲便向某個方向瞄準並使炮彈在一定時刻擊中靶子。但是大砲得要在一切氣候條件下都能使用，在某種氣候條件下，潤滑油暖化了，大砲就轉動得很靈快；在另外一些氣候條件下，潤滑油凝固或摻進沙了，那麼大砲回答我們的命令就會慢一些。當大砲對我們的命令應答不靈，滯後於命令時，要是我們給它一個補充推進以加強這些命令，則瞄準手的誤差就會減低。通常，為了取得盡可能準確的演績，我們便給大砲加上一個回饋控制元件，把大砲滯後於指定位置的程度紀錄下來，再利用這個差數給大砲以一個補充的推進。

的確，我們必須採取預防措施來使這個推進不至於過猛。如果過猛，大砲就會越過指定的位置，勢必還要通過一系列的振盪才能把它拉回來，這個振盪可能變得愈來愈大，這便導致嚴重不穩定。如果回饋系統自身是可控的，換言之，如果它自身的熵趨勢還可以用其他控制機構來遏制，並且保持在足夠嚴格的限度之內，那麼，上述情況就不會發生，而回饋的存在就增加了大砲演績的穩定性。換言之，大砲的演績很摩擦負載的關係就很少，或者也可以這樣說，大砲的演績不因潤滑油的黏結而產生滯延。

在人的活動中存在著與上述情況非常相似的東西。當我去取一根雪茄，我並不有意使用某些特定肌肉。在許多情況下，我的確不知道它們是哪些肌肉。我所做的只不過使某一回饋機制，亦即某一反射發生作用，其中我尚未取得雪茄的效果，變成對滯後的肌肉（不管是什麼肌肉）一個新的、加強的命令。按照這個辦法，一個前後完全同一的隨意命令，就可以使我們從各種各樣的初始位置出發來完成相同的任務，而與由肌肉疲勞所引起的伸縮能力降低無關。同樣，當我駕駛一輛汽車，我對車輛所作的一系列控制，不是單純取決於我對道路的印象以及我對之要做的駕駛工作。要是我發現車輛太偏向公路右邊，這個發現就會使我把它駛向左邊。這種控制取決於車輛的實際演績，不單是取決於公路的情況；正是這種控制法使我可以用大體相同的效率，來駕駛一輛輕便的奧斯丁驕車或者駕駛一輛重型卡車，用不著為了駕駛這兩者而去形成不同的駕駛習慣。我在本書專門討論機器的一章裡將更多地講到這個問題，我們將在該處討論到，研究演績有缺陷的、類似於人的機制中所發生缺陷的機器，可以對神經病理學作出貢獻。

我的論點是：生命個體的生理活動和某些較新型的通訊機器的操作，在它們通過回饋來控制熵的類似企圖上，兩者完全相當。它們都有感覺接收器作為它們迴圈操作中的一個環節：也就是說，兩者都以低級的特殊儀器來搜集外界的資訊，並以之用於操作。在這兩種情況下，外界消息都不是不折不扣地取得的，它要通過儀器內部的變換能力採取得，不論這個儀器是活的還是死的。然後，資訊才轉換為可用於以後各個階段演績的新形式。這種演績在動物和機器中都有效於外界。在動物和機器中，回報到中樞調節器的，並非只有它們對於外界打算做的活動，還有它們對於外界運演過的活動。行為的這種複雜性沒有被一般人了解，尤其沒有在我們對社會的日常分析中起到應起的作用；雖從這個觀點出發，正如個體的生理反應可以因之得到理解那樣，社會自身的有機反應也可以因之得到理解。我的意思並不是說，社會學家沒有認識到社會通訊的存在及其複雜性，但是，社會學家直到最近都有這樣的傾向，故意忽視社會通訊是社會這個建築物得以黏合在一起的混凝土。

我們在本章中提出一組複雜的、直到最近都還沒有充分聯繫起來的觀念。它們是：吉布斯引進的作為傳統牛頓約定之修正的物理學上的偶然性觀點；奧古斯汀根據這種偶然性而要求於秩序和我們行為的態度；一個人與人之間、機器與機器之間以及社會作為時間事件序列的通訊理論，序列自身雖然具有某種偶然性，但它總是力圖按照各種不同目的，來調節其各個組成部分以遏制秩序紊亂的自然傾向。現在看來，這些觀念基本上是統一的。

轉載自暴風驟雨

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