有人说，人类有别于其他动物的地方是拥有两种能力：语言和数学。有了语言与数学或逻辑推理能力，我们不但有了交流的工具，也有了理解这个世界的能力。当然，世界是可以理解的这个事实本身是一个奇迹，我们并没有真正理解为什么会这样，这是科学的终极问题之一。
既然有了这两种能力，认知和创造（我指的是知识上的创造与艺术上的创造）就成为人类一种本能，完全或极大限度地发挥这种本能能够给我们带来愉悦甚至幸福。弗洛伊德在一篇著名论文中分析了达芬奇不可思议的创造力，他认为达芬奇通过创造满足了自己，而达芬奇终身未娶，创造的满足代替了其他方面的满足。
网络杂志《Edge》向西方知识界提出的2011年年度问题是，什么科学概念将改变我们的认知工具（What Scientific Concept Would Improve Everybody’s Cognitive Toolkit）？很多科学家、人文学者以及媒体精英的回答都很有意思，我特别关注了物理学家的回答，觉得弗朗克·维尔切克（Franck Wilczek）和马塞洛·戈里瑟（Marcelo Gleiser）的回答最有意思。
维尔切克认为，这个将改变我们认知工具的科学概念是潜伏层（hidden layers），准确地说是神经元的潜伏层。他说，人类的很多工具通常有接受层与输出层。最早的人工神经网络就是由这两层组成的，由于过于简单，一些稍微复杂的功能都很难实现。比如仅有两层的感知器就不能在白色的背景上数出黑色圆圈的个数。经过数十年努力，直到上世纪80年代，人们才认识到只要在接受层与输出层之间加上一层或两层，就能大大增强神经网络的功能。今天，这种多层网络用于高能加速器（例如大型强子对撞机）粒子碰撞事件的图像萃取，比人的能力要高效得多。
戴维·休伯尔（David Hubel）和托斯坦·维泽尔（Torstein Wiesel）发现，视觉皮质中潜伏层的功能是收集视觉对象的各种特征，最后综合成整体图像，他们因此在1981年获得了诺贝尔生理学或医学奖。人类视觉是通过接受数目巨大的光子，投射到平面上再通过潜伏层才形成三维图像的。人造机器人的视觉就很难达到人类视觉的高度。维尔切克认为，潜伏层将所谓的呈展现象（emergence）具体体现出来了。
戈里瑟认为“我们是独特的”认识，将在我们未来的认知中起到举足轻重的作用。其实，认识到我们是独特的以及为什么我们是独特的，本身就是一项人类认识自己的重要任务。很多人并没有认识到“我们是独特的”。
人类非常独特，因为地球本身就很独特，地球提供的各种环境和条件也很独特。这种看法有点违背所谓的哥白尼原理。该原理认为，地球和太阳系不是世界中心，当然这个原理原来只涉及太阳系在宇宙中的空间地位，后来人们将它推而广之，例如很多人认为宇宙中存在很多各种各样的智慧生命，就像《星球大战》中出现的那些。
戈里瑟的观点是，像人类这样的智慧生物在整个宇宙中都是罕见的。他首先论证，在生命与智慧生命之间存在巨大的鸿沟。他对智慧生命的定义是拥有发现科学和技术的能力，而不是像海豚那样的生命。所以地球上只有人类符合智慧生命的定义。仅生命而言，例如单细胞生物，也许不是地球上的特有现象，也许很多有着类似地球环境的太阳系外行星上也有。地球在形成数亿年后这样的生命就出现了，所以简单生命出现并不难。而且，生命在很多极端条件下也能存活。
但是单细胞生命的出现并不意味着多细胞生命接着就会出现。生命在适当的环境下变化，只要存活即可，不一定演化出多细胞生命直至智慧生命。进化论只是说适者生存，而不是更加聪明者生存。在进化过程中，只要一个环节出错，我们人类就不会出现。人类出现的一些条件都很特别：长期存在的具有保护作用的富氧大气层；地球稍微倾斜的地轴，被地球唯一的体积较大的月亮所稳定；臭氧层和地磁场共同保护生物免于被宇宙射线轰击；地表板块构造调节二氧化碳，使得全球气温长期稳定；我们的太阳相对较小、相对稳定，不会偶尔释放大量的等离子体……具备所有这些条件是很难的。另外，即使在宇宙某个角落存在其他智慧生命，由于非常遥远，我们实际上是孤独的。
戈里瑟的观点与人择原理有点相似。人择原理的第一条应用是地球为什么这么独特？因为如果地球不这么独特就不会出现人类，我们就不会在这里问这个问题。推而广之，如果我们宇宙不这么独特，我们就不存在从而不会追问关于我们宇宙的一些深刻的科学问题。人类的出现非常偶然，恰恰是这种偶然性让人类变得更加珍贵，而不是毫无意义。
认知能力无疑是人类独有的。这种能力使得人类可以认识世界，一种非常奇妙的“自我认识”能力，也就是说，宇宙的规律使得人类出现——也许是偶然出现的，而人类出现又使得宇宙规律本身呈现出来。仅仅这一点，我觉得认知就是一种幸福。
当然，认知也带来人类独有的悲哀感受。人活着就有生老病死，还有很多很多其他痛苦，有些痛苦也许是人类独有的。也许，科学发展将渐渐为人类解脱一些痛苦。我过去说过，未来科学最大的目的之一，就是为人类带来更多的幸福感。
（作者：李淼，中国科学院理论物理研究所研究员）
