美感，色觉和知识进化
——鲁晨光三十年科学和哲学研究回顾
这是2010年的文章，最近进展见主页：http://www.survivor99.com/，其中有：
2023英文：回顾学习函数和语义信息测度的进化——进而理解深度学习
2021英文：需求美学能解释鸟类审美趣味
2021英文: 用译码模型解释色觉(中/英)
摘要：关于美感进化， 本文用控制论和进化论的观点解释美感，反过来用需求美学观点解释进化论难题——华丽鸟类性选择；关于色觉进化，本文通过新发现的色觉机制模型， 图解色觉机制进化；关于知识进化，本文用推广的信息公式解释波普尔的科学理论进步的评价准则。关于哲学基本问题，本文结论：唯心主义， 实证主义， 现象学是错的，唯物主义反映论应该被改造为信息反映论， 它兼容符号论和相对论；历史唯物主义的某些观点可以推广到生物学领域。
关键词：美感，性选择，色觉， 信息论，波普尔理论，哲学基本问题
1序言
三种进化中的任何一种，都是一个宏大主题。但是为了珍惜这次交流机会[1]，我还是想把自己在这三个方面的研究都介绍一下，也算是我近30年科学和哲学研究的一个总结。
2美感和性选择——解决达尔文留下的难题
我在中学的时候看到一本介绍进化论的科普书，世界观大变。后来下放林场， 经常一个人在山上看山护林，于是用达尔文理论解释各种生物现象，自问自答：花儿为什么芳香美丽？为的是吸引昆虫传粉； 果实为什么艳丽多彩？为的是让鸟兽吞食， 把种子散布到远处。但是，昆虫和鸟兽为什么有那样的快感功能？我以为达尔文解是这样解释的：香甜美等快感功能是自然选择的结果，因为这些功能促使动物追求食物更有动力。
上大学以后， 中国兴起美学热，我看过李泽厚， 朱光潜等人的很多文章。 我觉得关于什么是美感， 朱光潜讲得清楚， 关于美感起因，李泽厚的历史观点比较好。但是我还是不满意，于是找来达尔文的《物种起源》， 原来达尔文也感到困惑，他说， 我们可以解释动植物表现香甜美是为了传粉，散布种子，或者是吸引异性，但是为什么动物感官会觉得这样一些东西香甜美， 而不觉得那样一些东西香甜美呢？达尔文说，我们得承认，动物神经构造必定有某种原因， 使得外物有些形式本具有香甜美属性[2]。 这样一来， 达尔文就在适者生存原理之外增加了一条原理：按美选择原理。华莱士是自然选择原理同时发现者， 他强烈反对达尔文的这种做法。
孔雀， 鸳鸯， 锦鸡的羽毛为什么那样艳丽， 这一直是个难题。有本书叫《蚂蚁和孔雀》[3]， 详细介绍了性选择争论历史。 最后它肯定费希尔的军备竞赛说——比方说， 孔雀长尾巴开始是因为对生存有利， 后来相互竞争， 导致畸形发展。然而， 我不满足于这种解释。
大概是1984年， 我在大连自然博物馆看到关于孔雀有这样说明：孔雀最为嗜好浆果。不久我明白， 孔雀原来模拟的是像葡萄和蓝莓那样的浆果果树。后来我看到孔雀求偶抖动的样子——就像是一棵长满浆果风吹抖动的小树， 于是更加确信： 首先是需求关系选择了孔雀的快感功能，包括审美趣味，因为欣赏浆果的孔雀生存能力更强； 后来雌性的审美趣味选择了雄性羽毛，因为有这种羽毛的雄性能赢得更多雌性亲睐， 从而有更多后代。
我用控制论的观点解释美感：美感是促使人在空间接近合乎需求对象或环境的正反馈信号。其意义是人追求更有动力。美感促使人接近对象， 丑感促使人回避对象， 美感的结果就是它的原因。再后来我提出需求进化一般规律——途径变目的。
图1 人类需求进化一般规律——途径变目的
需求之树的树根是生存，为了生存目的， 吃喝穿住追求异性是途径， 后来途径变为目的。接近对象本是吃喝穿住追求异性的途径， 美感使接近对象成为目的。可以说审美是需求之树的绿叶。我认为需求关系决定美感， 美感反过来促进需求关系。所以我把我的美学观叫做需求美学， 它和功利美学的区别是：肯定缺少或不满足是美感的原因。 比如，《天仙配》故事美，用功利美学解释是：因为织女善；用需求美学解释是：因为农民很需要，而织女又太少。马克思曾提出艺术发展和经济发展不平衡问题，对此，用缺少或不满足解释就非常简单[4]。
关于鸟雀华丽羽毛，2002年，互联网搜索给我带来转机，我找到很多比孔雀更能说明问题的图片。比如：好几种鸭类头上有螺蛳形状。 这正反映鸭类寻求螺蛳的历史。
图3 三种鸭类脑袋上的螺蛳形状，雄鸳鸯尾羽模拟伸出肉身的蚌，都反映了它们的食物需求
图4 花脸鸭和红胸黑雁头上岛的形状反映了它们对环境的审美趣味
鸟类对环境美的欣赏趣味来自对理想生存环境的需求， 这也能找到例子（参看图4 ）。
2003年，我出版了专著《美感奥妙和需求进化》[5]。我的性选择文章也引起了一些西方学者的兴趣[6]。
3色觉机制模型和色觉进化
因为美感涉及色觉，我在大学研究美感的时候也同时研究色觉。那时候我就发现两个人天生色觉颠倒，比如红绿两种色觉颠倒，但是长大后会和其他人一样说花红草绿， 谁都没法察觉（后面详谈）。1983年，我开始研究色觉机制数学问题。历史上最著名的色觉理论是杨-赫尔姆霍次的三色素说， 它肯定人眼中有三种色敏感细胞， 分别对红绿蓝三种色光敏感， 三者受不同比例光刺激，人就得到不同色觉。还有一种理论是亥林的互补色说。流行的色觉机制模型叫阶段模型（zone model）试图统一两者, 它是不对称的， 采用加减运算。大概是1983年，我发现了一个对称的色觉机制模型，我叫它叫译码模型， 因为它就像数字电路中3-8译码器， 只不过输入输出是连续变化的量。
|
图5 译码模型中互补处理图解。 首先求中间值M，然后用B,G,R减去M就得到三对互补色信号 |
图6 色觉进化图解。随着色敏感细胞敏感曲线分裂成二种三种， 人眼逐渐看出更多彩色 |
译码模型不仅能很好解释互补处理，还能直观解释色觉进化和色盲（参看图5和图6）。
我关于色觉的文章很快就在《潜科学》和《心理学动态》[7]上发表了。后来我投稿光学学报，经过再三修改，加了很多实证内容， 最后于1989年发表了[8]。最近我发行， 西方学者不久也提出了我早发现的对称模型[9]。我的色觉模型支持但也改进了赫尔姆霍次的感觉符号论和普罗泰戈拉的相对论，和香农信息论有相通之处。因为它肯定一种色觉和一种色光完全不相似，但是色觉中的差异反映不同色光的差异， 因而含有外界信息。
4推广Shannon信息论， 解释Popper的知识进化理论
说起知识进化， 我们自然想起波普尔的知识进化论。他认为知识或科学理论进化就在于不断排除错误，保留经得起检验的，而且信息丰富的理论[10]。他提出信息准则，但是没有提出适当的信息公式。因为我的色觉模型中有三对互补色， 而不是流行理论中说的两对：红绿和蓝黄。很多人不能接受。为了证明三对互补色传递信息更好，我希望从香农信息论得到支持。可是遗憾的是， 香农信息公式不能度量感觉信息。我从1988年开始研究度量感觉信息的公式，不久就利用模糊数学概念得到我想要的公式，后来我发现这个公式也能度量语义信息。我于1991年做北师大汪培庄和罗成忠教授的访问学者，在此期间完成了我的第一部专著《广义信息论》[11]。
下面说说我是如何推广经典信息公式的。经典信息公式是
yj 提供关于xi的信息=
=
但是要度量“明天有暴雨”或“北京首都师范大学在北京XX交叉路口附近”的信息，直接用这个公式度量不行。 因为：1）香农信息论不考虑语义， 即不考虑对错；2）“暴雨”和“附近”这样一些概念往往是模糊的， 用概率处理不了。我发现，用这样的公式
将保证误差越大信息越少（参看图7）。这里用到广义Bayes公式，Q是逻辑概率或模糊集合隶属度，Aj是所有使yj为真的xi构成的模糊集合。
是
的平均值。
图7 语义信息公式图解
有人会说， 那为什么不直接用距离或误差来评价或度量信息呢？考虑这样的命题：“首都师大在北京三环内”，“首都师大在北京市”，它们虽然正确，没有误差，但是提供信息极少。这就是为什么波普尔说，命题的逻辑概率越小， 在逻辑上就越容易被证伪， 如果经得起检验， 信息量就越大。用误差评价，那是“无过便是德”的标准，上面语义信息公式是“功大于过便是德”的标准。波普尔说永真命题和永假命题不提供任何信息， 一个反例就可以证伪一个普遍必然命题。上面公式也能得到这些结论。我的详细研究在《通信学报》[12]，《国际广义系统论》[13]等期刊上发表过。我以为我全方位推广了香农信息论，在波普尔理论和香农理论之间搭起桥梁。
5 关于哲学基本问题
前面说过， 我在上大学的时候发现颠倒色觉无法察觉， 1987年我到加拿大进修，发现美国已经就这个问题争论得热火朝天了。原来最早发现这个问题的是洛克。随后我就这个问题在一些哲学杂志上发表了好几篇文章[14][15][16]。最近，我看到美国斯坦福大学百科全书上有对这个问题的总结[17]，他们得出一系列重要结论——应该是定论，包括：实证主义和现象学是错的。这也正是我早就肯定的（说句题外话：很多年轻人相信现象学，我真为他们浪费时间而感担忧）。
和美国学者相比，我走得更远，我发现由颠倒色觉逻辑可能性，可以澄清实指定义（ostensive definition）的本质：“红”，“绿”是按照手指的外物定义的， 不是按照感觉定义的。这个结论非同小可，它证明了，所有把外物还原为感觉，要素，感觉材料，现象的努力，都是错的； 语言透过感觉，表像，现象界， 直指物自体！朴素反映论的观点， 如列宁认为一种色觉和一种色光有相似性质，也是不对的。因为从逻辑上看， 语言一致不能保证感觉一致， 对所有人一致的要素，感觉材料，现象，或和感觉相似的物性，完全得不到证明。
图8 实指定义的本质——根据物性而不是感觉
结合我在色觉， 信息论和语义分析方面的研究结果，我得到关于哲学基本问题的结论：唯物主义是对的，但是我们有必要推广赫尔姆霍次的感觉符号论到模拟符号论， 推广Shannon信息论得到广义信息论，在模拟符号论和广义信息论基础上建立新的反映论——信息反映论。也是2003年，我完成了另外一本书《色觉奥妙和哲学基本问题》[18]。2006年，我的一篇网上文章[19]被《探索》杂志看中， 拿去发表了。还有一篇文章《颠倒色觉逻辑可能性如何导致哲学翻盘》[20]被中国学术论坛网看中， 让我做了一个网上专题讲座。这也是为什么今天我能来这里。
我的另一个哲学结论就是：历史唯物主义的某些基本观点可以推广到生物学领域， 从而解决美学和性选择难题。