“当今该作念什么？”

这个问题在我的科研和教学生涯中约束出现。每位科学家、学者、作者、艺术家……每天皆会濒临这样一个问题：今天该作念些什么。

大多数东谈主会采纳络续昨天的责任，不管是延续某个研究主张、完成一些测量或是鼓舞故事的情节发展。但如果被动在更深线索上，或者是在一个始终款式中问我方“当今该作念什么”，大多数东谈主会尽量幸免改换他们一直以来乐在其中的研究领域。

而我，采纳去寻找一个实在的「难题」（A PROBLEM），而不是小问题（a problem）……对我来说，心智若何从大脑中涌现是最深线索的问题，十足是沿路难题。

译丨王启隆

约翰·霍普菲尔德（John Hopfield）是普林斯顿大学素质，他的研究生涯横跨生物学、化学、神经科学和物理学等多个领域，竖立斐然。尤为强劲的是，他以物理学家热烈的眼神凝视了生物学这一复杂的领域。他最著名的孝敬之一是提议了逸想神经蚁集，即当今的Hopfield 蚁集，这一表面是推动当代深度学习领域发展的早期想想之一。

跟着 2024 年的诺贝尔物理学奖授予霍普菲尔德素质与“AI 教父”杰弗里·辛顿（Geoffery Hinton）素质，对于两位前驱者的深奥想想再次走进民众视线。

辛顿素质动作图灵奖和诺贝尔奖双料得主，许多东谈主热衷于挖掘他和“ChatGPT 幕后英杰”伊尔亚·苏茨克维（Ilya Sutskever）之间的师徒关系感到好奇，同期也对“东谈主工智能众人是否该得回物理学奖项”感到质疑。

但事实上，霍普菲尔德素质和物理学却有十分深厚的磋议。他的父亲是“霍普菲尔德带”（氧气的光谱带）的发现者与“莱曼-伯奇-霍普菲尔德带”（氮气的光谱带）的共同发现者，母亲亦然一位物理学家。从小在学术环境中目染耳濡的霍普菲尔德，在长大后得回了物理学博士学位，速即前去了知名的「贝尔实验室」，在表面组责任了两年。

离开实验室后，霍普菲尔德素质开端了漫长且“横跨多学科”的科研生涯。一览他的职教经验，会发现他曾在加利福尼亚大学伯克利分校教过物理学，在普林斯顿大学教过物理学，在加州理工学院教过化学和生物学，随后又回到普林斯顿大学教分子生物学。而于今的 16 年来，他一直担任物理学素质，并在普林斯顿神经科学研究所的建立中施展了要道作用。

正如霍普菲尔德素质在 2018 年发表的著述《当今该作念什么?》（Now What?）中所说，他的许多竖立皆是通过约束地问我方“当今该作念什么?”并在好多时候通过改换研究主张来赶走的。下文是对这篇经典著述的翻译，死力引颈读者们走近这位驱动了东谈主工智能发展的物理学家。

小序

《当今该作念什么？》 (Now What?) [1]

John J. Hopfield，普林斯顿大学，2018 年 10 月

我的第一份全员责任是在新泽西州默里山的贝尔实验室，这个场地在 1948 年发明了晶体管。实验室的六东谈主表面物理小组聘请了我，担任时候员职位。我已经在康奈尔大学完成了博士学位论文的撰写和答辩，并知足了其他悉数博士毕业的要求，于 1958 年 3 月初稳健报到。

入职的第一天上昼，我忙于处理各式行政手续。中午，我和几位共事在食堂共进午餐，随后前去我的新办公室。整理了一些册本和期刊，花了约莫一个小时。接着，我去五楼的仓库领了一些札记本、铅笔和一个便携式的削笔刀。于是，我把几支铅笔削好。速即脑海中蹦出了一个问题：

“当今该作念什么？”（Now What?）

这个问题在我的科研和教学生涯中约束出现。每位科学家、学者、作者、艺术家……每天皆会濒临这样一个问题：今天该作念些什么。

大多数东谈主会采纳络续昨天的责任，不管是延续某个研究主张、完成一些测量或是鼓舞故事的情节发展。但如果被动在更深线索上，或者是在一个始终款式中问我方“当今该作念什么”，大多数东谈主会尽量幸免改换他们一直以来乐在其中的研究领域。

我得回 2019 年富兰克林物理学奖[2]，是“因将表面物理学的认识应用于提供对多个领域（包括遗传学和神经科学）中的强劲生物学问题的新视力，并对计较机科学领域中的机器学习产生了显赫影响。” 这些竖立的取得是因为我时时通过改换研究主张来回报“当今该作念什么？”的问题。而富兰克林奖项的一个更为科学的援用指出，我的两篇研究论文才是我得回提名的要道。

本文将讲述我是若何偶然碰到这些论文所惩处或澄澈的研究问题的历史。我对“当今该作念什么”的回答是，“这是一个不同寻常的、可能强劲的、新颖的研究问题，我不错提议并可能因为我的物理学布景而惩处”。这种情况不会被那些布景比我更相关的东谈主员随便识别为一个问题。

采纳研究问题是科学领域中个东谈主竖立的主要决定成分。我在科学问题上浅薄预防力继续时辰较短（预防博学者与浅尝辄止者之间的隐微离别，我不时处于后者的位置）。因此，我一直皆在寻找更羡慕的问题，而这要么是在我目前的问题得到惩处时，要么是在我阐述我方的特殊才能判断它们无法惩处时。

物理学是什么？

我在一个父母皆是物理学家的家庭中长大，因此对我来说，物理学不单是是一门学科。原子、对流层、原子核、一块玻璃、洗衣机、我的自行车、留声机、磁铁——这些皆是偶然的课题。

我中枢的理念是：宇宙是不错贯通的，你应该大致拆解任何东西，贯通其构成部分之间的关系，进行实验，并在此基础上大致发展出对其步履的定量贯通。因此，物理学是一种玄学上的不雅点（point of view），即咱们周围的这个宇宙，通过努力、立异和稳当的资源，不错以瞻望和合理定量的方式被贯通。

成为别称物理学家，便意味着接力于于这种贯通。

广义上的教育

我在拆解事物、了解它们是若何责任的、修理自行车、在厨房（或更好的是在地下室）探索化学、建造遨游模子飞机、晶体收音机和爽气无线电、玩电板和电线圈并学会用手想考和操作什物的经由中长大。

我最早的记挂之一是一把小螺丝刀，它被放在母亲使用的脚踏缝纫机抽屉里。它是用来微调缝纫机的，但允许我用它拆解家里的任何东西——只有我把它放回抽屉里。如果我偶尔弗成再行拼装我圮绝的东西，我父亲会在晚上耐烦肠帮我再行拼装。

但是，成为别称物理学家对年青时期的我来说是一个较为隐秘的想法，即在更抽象的层面上进行这种游戏般的探索。

在我父亲那一代，物理学并不会带来丰厚的酬报。我父亲在 1929 年凭借古根海姆奖学金去了柏林，筹谋在 1930 年复返好意思国接收一份学术责任。1929 年的华尔街崩盘搅扰了，取消了悉数大学的招聘。违犯，他接收了几个临时职位，包括在 1933 年芝加哥世博会诞生物理展览——我就是在那处降生。

成为物理学家在经济上并不睬想，是以我照旧已而地辩论过其他职业。我的高中化学至意相配出色，而我的高中物理至意（过后看来）以至缺少对基本力学和电学的贯通。受此影响，在填写大学肯求时，我列出了“物理或化学”动作可能的专科。

来到斯沃斯莫尔学院（Swarthmore）后，我的导师是威廉·“比尔”·埃尔莫尔（William “Bill” Elmore）。比尔了解我的父亲和我的布景。我仍然铭记第一次走进他的办公室时的情景，他提起形容着我的意思意思和学习主张的卡片，拿出一支笔，划掉了两个词，并说谈：“我觉得咱们不需要辩论化学。”

威廉·“比尔”·埃尔莫尔

好意思国实验物理学家，曾参与研制原枪弹的曼哈顿筹谋，是三位一体核试（Trinity）的眼见者。

但我照旧必须采纳一个具体的研究主张。因此，在斯沃斯莫尔学院学习的后期，我开端关注物理研究生院，着眼于我可能会专攻的主张。我的成长经验独特逼近在对周围宇宙的物理学的意思意思上，而不是原子核或寰宇的物理学，而是日常宇宙过火时候的物理学。

最终我采纳了去康奈尔大学而不是普林斯顿大学读研究生，因为在 1954 年，康奈尔大学似乎有一个部门对固体物理学领域感意思意思。它由几门带有固体字样的课程、一个固体物理研讨会、两位在这个领域进行表面研究的素质和约莫四个实验主张界说。阿谁部门那时进行的实验问题包括低温热导率、碱金属卤化物中的色心、绝缘体的紫外光谱和 X 射线继承。我还铭记部门里有个东谈主在研究 氦-4 的超流动性系，但那深信不属于那时界说的固态物理学界限。刚从伊利诺伊大学来的唐纳德·霍尔科姆领有一台瓦里安核磁共振仪，何况他的研究处于主流之外。系里其他的主流研究主张则包括核物理与粒子物理、X射线以及寰宇学和天体物理学。

在康奈尔大学的第二年末期，我找到了表面物理学家阿尔伯特·奥弗豪泽（Albert W. Overhauser），问他是否温柔指导我的论文并帮我找到一个论文题目。通过课程和惩处问题，我连忙掌执了表面物理学的用具，但我仍不知谈若何找到一个合适的研究问题。找到好的问题并不是（即使在今天也不是）在课堂或研讨会上磋议的主题。

阿尔伯特·奥弗豪泽

物理学家，好意思国国度科学院院士，因提议核磁共振中的奥弗豪瑟效应表面而著名。

红运的是，我不错去惩处奥弗豪泽悬而未决的一系列羡慕谜题。这些谜题浅薄是形式上的悖论，比如：“固体物理学中某一景色的初步表面分析得出赶走 A，而实验却给出了完全不同的赶走 B”。还有个例子，奥弗豪泽动作作者援用最多的论文的前两句是：

“爽气的经典表面对离子晶体的介电常数和压缩性的形容导致了两个关系，其中放纵参数已被摒除，称为Szigeti关系。这两者皆不相宜实验数据，标明这些爽气表面存在不及。”（B. G. Dick 和 A. W. Overhauser, 1957）

这篇总结了奥弗豪泽第二位学生盖尔·迪克博士论文的著述，形容了一个能摒除表面与实验赶走之间相反的更好模子。

在奥弗豪泽列出的悖论中，大多数情况下他我方也不知谈是什么导致了表面分析与实验赶走之间的矛盾。于是，我采纳了一个对于晶体中激子辐射寿命的问题，因为这个问题在表面上存在矛盾。爽气的表面阐述应用方式得出零或无限的赶走，这皆不对乎情理。这个问题成了我的研究焦点，而奥弗豪泽并莫得在这方面的研究。

每次我去见他时，他皆动作倾听者和品评者赐与了极大的因循，但寻找研究主张和惩处时候表面问题完全是我的职守。他给我的最大礼物是对一个羡慕问题的悉数权，以及对研究和进展的全部职守。有一天，他告诉我最佳开端整理我的研究效果，这标识着我博士研究的赶走。为了摒除这一悖论，咱们发明了极化激元，这是一种新的固体物理“粒子”。从我的论文中写成的单篇论文（和单个作者）于今仍被高度援用，这得益于激光、极化激元凝华态和当代光子学。谢谢你，奥弗豪泽，我已经尽力通过培养新一代孤独的学生往复报你。

第一份实在的责任

手执表面固态物理学论文，我踏入了职业商场。是采纳学术界照旧工业界？从我听过的固态物理学研讨会演讲者那处，谜底已经很明确了。AT&T 的贝尔实验室和通用电气在固态物理学领域有着比任何大学皆更无为、更有活力的研究款式。从这些实验室转头后，我对工业界所追求的这一领域以及这两个实验室相对解放的研究氛围感到相配得意。

最终，我采纳了贝尔实验室，主如果因为它的实验室料理结构。他们重组了结构，使得有一个微型的表面物理组，不直接附庸于磁性或半导体等子领域。比较之下，通用电气在每个固态物理学主题子群中皆有几个表面学家。天然，加入贝尔实验室的固态表面组，就像在阿谁期间加入洋基队（知名职业棒球队）成为投手一样。

表面学家们皆在研究奥弗豪泽那种谜语般的课题。

菲利普. 安德森（Philip W. Anderson）彼时写结束他那篇对于“某些有时晶格中缺少扩散”的论文。这篇论文将成为他自后得回诺贝尔奖的基础，其动机是为了解释费厄（Feher）在掺杂硅实验中不雅察到的一些悖论性的电子自旋弛豫赶走。梅尔文·拉克斯（Melvin Lax）试图以不违反热力学第二定律的方式来论说半导体二极管中的噪声问题。因为在一个爽气的二极管-电阻电路中，很难写出一个表面，使得二极管的整流特质导致电容器上的平均电荷为零。康耶斯·赫林（Conyers Herring）发明了声子拖曳（Phonon Drag）来解释掺杂半导体中异常巨大的热电势。格雷戈里·万尼尔（Gregory Wannier）那时在研究斯塔克效应（Stark effect）过火在高电场下的可能不雅测。

当今追思悉数这个词作事，让我印象潜入的是，研究主题皆是固态物理学的宽广问题。表面责任不时基于详确的实验，但并不特意由 AT&T 的材料科学和器件需求驱动。天然，贝尔实验室的大部单干作皆逼近在后一类问题上，但表面组却不同。

赫林阅读了悉数固态物理学文件，以嫡亲身翻译了一些苏联文件。他把持每月一次的期刊俱乐部，从他的阅读中采纳最羡慕的内容，指派相关的实验室科学家进行演讲。很少有东谈主拒却这样作念。这些充满争论的会议对我的延长教育和动作先容贝尔实验室极其各类化的社会环境皆是极好的。

赫林亦然表面组的负责东谈主，他看到我在努力寻找下一个研究问题。他建议我去拜访实验学家，以得回对羡慕谜题所在的我方的嗅觉，我仍然铭记许多这样的拜访。阿瑟·肖洛（Arthur Schawlow）向我解释了 1958 年汤斯-肖洛（Townes-Schawlow）对于“光学激光器”可能性的表面论文。然后，他从桌子抽屉里拿出一根约莫三英寸长的粉红色棒子，形容了使 Al2O3 成为红坚持的 Cr3+杂质的奇妙光谱细节。他赶走讲话时说，祸害的是，R1 和 R2 光谱线完全不恰当制造光学激光器。但两年后，在西奥多·梅曼（Theodore Maiman）展示了闪光灯泵浦红坚持的激光作用后，这种晶体被用于制造贝尔实验室的第一台光学激光器。可见制造脉冲激光的强劲性并未被肖洛意志到。

比尔·博伊尔（Bill [Willard] Boyle）那时在测量半金属铋的低温磁热性质。乔治·费厄（George Feher）使用他开发的 ENDOR 时候（电子-核双共振）绘图了硅中磷檀越的电子波函数图。伯恩德·马蒂亚斯（Bernd Matthias）则告诉在时势有温柔听的东谈主，超导性不可能的确是 BCS 型的，因为在某些材料中莫得同位素效应。罗伯特·科林斯（Robert J. Collins）倒是向我先容了 CdS 中的“边缘辐射”发光，这为我的第二篇论文提供了主题。

拜访吉姆·兰德（Jim Lander）的子部门让我生效知道了戴维·托马斯（David G. Thomas），咱们随后的妥洽为我改日几年提供了必要的“谜题”。贝尔实验室黄金期间的隐秘感以过火料理者和科学家的超卓远见使我想讲述这个团队的布景故事。这个部门完全接力于于氧化锌（ZnO）研究，而在 1960 年之前，真空管是悉数电话电子诱导中的基本放大器。真空管需要来自热阴极的电子辐射，但为了延长使用寿命和缩小功耗，温度需要尽可能低。氧化钡（BaO）涂层阴极在这方面进展邃密，因此贝尔实验室成立了一个研究氧化钡的小组。

到 20 世纪 50 年代中期，很昭着真空管期间行将赶走。尽管如斯，1956 年第一条承载电话会话的跨大泰西电缆仍然每 43 英里就有一个真空管放大器。（这条电缆在使用 22 年后因时候过期而罢手使用，悉数真空管仍在正常责任！）由于氧化钡不再是 AT&T 改日时候感意思意思的材料，而且该小组在氧化物材料方面有训诫基础，他们这才将研究重心转向了氧化锌。氧化锌被觉得是一种半导体，因此可能与电子时候相关，而且氧化锌晶体相对容易滋长。因此，兰登的小组大致通过策动一个看似合理的替代根由来保存我方，并在贝尔实验室的结构中发展。

我在责任前十年对“当今该作念什么？”的回答

一言以蔽之，我碰到化学家戴维·托马斯，并与他建立了一个表面与实验相勾通的责任定约，这个定约最终波及了许多不同的化合物半导体。它为我提供了多年来未预感的问题和悖论，为 AT&T 提供了化合物半导体和半导体光学的强劲常识基础，并在 1969 年为咱们赢得了好意思国物理学会颁发的“奥利弗·E·巴克利凝华态物资奖（Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize，浅薄简称巴克利奖）”。

但在那时，莫得东谈主会猜到光和化合物半导体会有当今这样大的时候远景。

离开舒心区

1968 年，我发当今凝华态物理学中已经找不到恰当我特殊才能的问题了。我得回了一个古根海姆奖学金（Guggenheim Fellowship，好意思国著名的学术资助款式），前去剑桥大学的卡文迪许实验室待了半年，但愿找到新的羡慕主张，但简直一无所获。

从剑桥大学回到普林斯顿大学后，在贝尔实验室半导体组的征询责任中，我碰到了罗伯特·舒尔曼（Robert G. Shulman），一位正在对血红卵白进行高分辨率核磁共振实验的化学家。

罗伯特·舒尔曼

他是好意思国国度科学院院士和好意思国国度医学研究所院士。他自后消灭了生物分子结构研究，转而研究体内通路。

舒尔曼向我先容了血红卵白中四个铁原子在无为分离的血红素组中心的协同氧勾通。令东谈主齰舌的是，各式物理学时候皆被用来研究这个分子。核磁共振（NMR）、电子顺磁共振（EPR）、光谱学、共振拉曼散射、X 射线结构研究、中子散射、穆斯堡尔光谱学——悉数这些固态物理学的奥妙实验时候似乎皆与血红卵白密切相关。有一段时辰，血红卵白成为物理学家贯通卵白质若何运作的“氢原子”。

舒尔曼但愿有表面方面的伙伴来匡助解释他的核磁共振赶走，通过这些赶走，他但愿贯通生理上强劲的协同氧勾通的物理基础。他知谈我通过与贝尔实验室的实验化学家戴维·托马斯的妥洽所产生的影响。因此，他努力让我对血红卵白问题产交易思意思，并让我知道到这种研究有可能使生物学成为一门 “硬 ”科学。

了解我方的才能：生物学是我的好去向

在 1970 年代中期，我为一部对于化学、物理学和生物学交叉研究的教育片作念了旁白。其中有一个短片，化学家莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）回答了一个对于他“若何采纳研究问题”的问题。鲍林的回答是：“我常问我方，我正在辩论的问题是否是我可能作念出孝敬的问题。”

鲍林本可能因初度贯通可遗传的“分子疾病”而得回生理学和医学诺贝尔奖（如果他不是已经得回了化学/和平双料诺贝尔奖的话），但这种天才也一样会觉得问题与我方才能的匹配很强劲。

只是知谈一个问题很强劲，并不及以成为追求它的充分根由。

生物学为科学带来的特有认识孝敬是“功能”（function）的不雅念；即存在一小部分对生物学极为强劲的属性，而进化经由已经塑造了生物系统，使其功能完善。“功能”（function）这个词在生物学中独特常见，也出当今为了东谈主类利益而发展的应用科学和工程学中，但在纯物理学、纯化学、天文体或地质学中并不相关。

我与舒尔曼的小组妥洽了几年，接力于于贯通导致血红卵白均衡氧勾通协同性的相互作用能量。贝尔实验室对这个新尝试走漏贯通。我的征询责任从半导体组转动到了生物物理组，但有些幽默的是，实验室那年简直无法普及我的征询费，因为我相应的专科水平一下子从「宇宙众人」转动到了「一无所知」。但咱们在用一个共同的框架解释各式实验方面仍然取得了一些生效。

这个小组中那时不太出名的成员之一是小川诚二（Seiji Ogawa），20 年后他因哄骗核磁共振和血红卵白方面的专科常识发明了功能性磁共振成像（fMRI，Functional Magnetic Resonance Imaging）而成名。fMRI 不错成像展示大脑若何处理信息（即大脑若何“运作”）。

小川诚二

那时名不见经传的他，自后被誉为当代功能性磁共振成像（fMRI）之父。

舒尔曼的贝尔实验室小组随后将研究重心从血红卵白卵白质转向了被称为转运核糖核酸（tRNA）的核酸，他们不错从核磁共振中深信分子二级结构的某些方面。由于缺少将这些实验与功能问题磋议起来的门径，我对该小组对于 tRNA 的实验失去了意思意思。但是，我照实参加了许多外部演讲者的研讨会，他们形容了 tRNA 的功能生物学方面，尽管对其结构知之甚少。

45 年后，仍然留在我记挂中的是赫伯特·韦斯巴赫（Herbert Weissbach）对于卵白质合成的演讲。演讲中充满了太多细节，以至于任何物理学家皆难以记着，其中包括一部羡慕的电影，学生们饰演氨基酸、RNA、卵白质等变装，临了以一串畅通的“氨基酸学生”生成而赶走，同期“磷酸盐学生”和“tRNA 学生”消散在虚无中。我的合座印象只是，在卵白质合成经由中似乎存在高能分子的日食万钱。演讲者专注于形容拼装卵白质的线性生化途径，并未说起我动作物理学家对能量浪费的看法。参加这个两小时的讲座是我加入贝尔实验室生物物理小组的部分“赎罪”。但它也让我明晰地看到生物化学家浅薄若何看待一个复杂的问题。

与此同期，我在普林斯顿大学开设了第一门为物理研究生策动的生物物理学课程。我花了过多的时辰教育血红卵白。祸害的是，血红卵白是生物学问题的恶运引入，因为其最昭着的物理问题是均衡问题。生物学的践诺是隔离均衡的驱动系统的能源学。约莫在学期的第五周，我一天晚高下定决心要开发一个表面来处理生物能源学的任何问题。唯一的前提条目是需要以一种只需要基础量子力学和低级固态物理常识的水温和方式处理。

我很快意志到，从物理学的角度来看，生物学中最爽气的化学反应是电子转动，简直莫得原子核指导和化学键重排。光妥洽用的早期阶段和氧化磷酸化中的一些强劲经由就是这种性质。是以那天晚上，我深信了下周的主题，并约略惩处了电子转动速率问题。

为了稍作休息，我在电子转动讲座之后用三周时辰进行了对于细胞膜和霍奇金-赫胥黎方程（形容神经冲动沿神经细胞轴突传播）的模范生物物理学讲座。我的教育中完全莫得原创性或创造性，但讲座准备开端为我打下了神经生物学的基础，这自后解释是无价的。

在课程的临了一周，我努力形容了一个波及 tRNA 的能源学问题。采纳这类分子主如果因为它是我除了血红卵白之外唯一了解一些的生物分子系统。tRNA 在按照信使核糖核酸（mRNA）上的教唆将氨基酸拼装成卵白质中起着中枢作用。只需几分钟的物理学想考就得出论断，若何准确地完成这依然由在一定进度上是一个化学能源学问题。

尽管我对生物化学知之甚少，但在临了一周的讲座中，我转向了准确制造卵白质的能源学问题。大多数形容卵白质合成的生物化学研究和教科书皆基于化学反应的“锁和钥匙”模子，也就是说，他们觉得失实的反应是不可能的，因为“失实的氨基酸不恰当”。同理，贯通生物化学浅薄被视为绘图“发生什么”的问题，对于“不发生什么”并莫得太多想考。

从物理学的角度来看，大多数生化反应在室温下皆是可能的。近似但不同的反应只会有不同的能量，从而有不同的玻尔兹曼因子决定能源学速率。差别践诺上是基于能量相反。在生物化学家的宇宙里，奥弗豪泽那种对于“A 发生而 B 不发生”的谜题，应该被替换为“A 以 exp(-EA/kT) 的速率发生，B 以 exp(-EB/kT) 的速率发生”。坏反应与好反应的速率比必须是 exp(-(EB-EA)/kT)，其中 EB-EA 是差别能，是一个正数。

总之，我设法组织了几次讲座，展示了对于准确的生物合成，化学反应蚁集不应该被推动得太快运行。但这些讲座不波及任何原创构想，只是课堂材料，而不是研究。在准备讲座的经由中，我对两种相配相似的氨基酸（缬氨酸和异亮氨酸，它们只在一个甲基基团上有区别）之间的差别能进行了约略的固态物理学类型猜测。我计较出任何（合理的）异亮氨酸勾通位点失实使用较小分子缬氨酸的最大才智约为1/50。祸害的是，生物卵白质合成中的实验数字约为 1/3000，而这点照旧那时从物理学家罗伯特·洛夫菲尔德（R. B. Loftfield）于 1963 年的优雅责任中得知的。

我的才智在将估算妙技从一个领域转动到另一个领域上瓦解有限！动作对物理学家野蛮立场的一个警戒，我自后把这个昭着不准确的猜测较法告诉了学生们。

学期赶走后，这个问题仍然萦绕在我的脑海中。一个月后，我意志到这可能是一个实在的悖论。我的猜测可能大致正确。但是洛夫菲尔德的不雅点也可能是正确的，而准确度可能不是由爽气的鉴别能量决定的。在宏不雅层面上，一个打字员不错校对文档，从而产生一份最终副本，其华夏始打字中的大多数失实皆已被修订。解释这个准确度悖论的一种门径是，细胞生物学包含了一种在分子水平上校对生化反应的门径，从而从约五十分之一的内在基本准确度得回了五十分之一乘以五十分之一，即约二千五百分之一的准确度。

这以至有可能是一个研究问题，即东谈主体内的生化经由可能自动进行了这种「校对」（proofread），而咱们（即生物化学家）只是莫得预防到这一事实，因为咱们不知谈要去寻找。

奥弗豪泽效应：一个改换科学界的发现

我相配感谢许多东谈主的匡助，尤其感谢我的论文导师阿尔伯特·奥弗豪泽。我通过发现悖论来识别研究问题的门平直接来自他。但是了解奥弗豪泽也让我从根蒂上想考他最伟大的研究论文《金属中核的极化》（A. W. Overhauser，1953 年）[3] 的含义。这个主题与生物学的淡雅磋议进度不错说是物理学所能达到的极限。这是一篇令东谈主齰舌的论文。请让我援用他在 1979 年得回芝加哥大学荣誉理学博士学位时的几段话：

“奥弗豪泽提议了令东谈主战栗的原创想法，如斯不寻常以至于开首让部分科学界感到诧异，但由于其深度和意旨，开辟了繁多的新科学领域。”

“这一发现——被称为核奥弗豪泽效应（nuclear Overhauser effect，简称 NOE）——对核磁共振（一种用于研究物资结构的时候），以及通过核磁共振对化学、生物学和高能物理学的影响是巨大的。这个想法不仅产生了相配践诺的后果，而且开首由于其无意性而遭到该领域巨擘的强烈遏抑。直到 1953 年查尔斯·斯利切特（Charles P. Slichter）和马歇尔·卡弗（Marshall W. Carver）通过实考解释了其存在，它才被完全接收。”

基于奥弗豪泽论文的推论对核磁共振（NMR）在深信分子结构方面的应用产生了无为影响。这篇论文是他得回国度科学奖章的基础。库尔特·维特里希（Kurt Wüthrich）在2002年得回的化学诺贝尔奖很猛进度上即是基于奥弗豪泽的研究效果。

那么，让我简要证明一下为什么奥弗豪泽的论文对简直悉数传奇过它的东谈主来说皆显得如斯失实。

他的表面瞻望抵触了悉数物理科学家的基本直观。假定有东谈主试图向你倾销一个不错在微波炉中制作冰咖啡的马克杯。你被陈述这个普通的马克杯具有这样的特质：杯子的大部分会被微波加热，但神奇的是，杯中的咖啡会变冷。这正如同那些倾销“转危为安”神药的商东谈主的宣传，而奥弗豪泽似乎就是在作念这样的事情。他宣称，当一块金属表示在强微波下时，样品的部分会变冷。

如今，咱们常见的雪柜是一种由电源驱动的小巧诱导，它能让雪柜的一部分变热，同期使另一部分变冷。是以，这样一个策动并非不可能赶走。但是，让每一小块锂金属践诺上皆进展出一个小巧雪柜的功能似乎是很是的，即使你偶然料想了这种揭示奇异可能性的一般论证（天然这不太可能）。但事实解释这是正确的。

奥弗豪泽从未在这个总体领域再写过另一篇研究论文。（这篇洞悉不是奥弗豪泽被援用次数最多的论文，这也凸显了只是通过一篇论文被援用次数来揣度其对科学的强劲性是何等无须。）但恰是这篇著述在那时如斯引诱我，以至于我为我方发展出了一种爽气的贯通，解脱了主导奥弗豪泽论文的悉数金属物理学细节。多年后，这种贯通走漏，奥弗豪泽效应在生物化学领域的类比景色可能解释了生物若何达到高准确度，如果生化系统也波及与化学能源的耦合。这种抽象如斯具有隐喻性，并隔离生物化学，以至于我莫得在 1974 年的论文中提到它，尽管它对我我方想考「校对」是极其强劲。

另一种普及准确度的门径只是是稳当地恭候。当一个化学复合物暂时酿成时，它络续保持勾通的概率会呈指数衰减，其寿命取决于其勾通能。勾通位点与其首选氨基酸酿成的瞬时复合物将比与不正确氨基酸酿成的复合物具有更长的寿命。如果动作一个“麦克斯韦妖”（一个设想的能差别分子速率的智能体），咱们不雅察到一个未识别的氨基酸与勾通位点勾通，但在使用该氨基酸之前恭候很永劫辰，阿谁“失实”的氨基酸仍然存在并被误用的可能性将大大缩小。使用任何这种门径皆需要恭候。恭候需要知谈时辰在荏苒，贯通改日和昔日的区别。要作念到这少量需要不可逆性，因此才需要能量耗散。

近在目下

以上两段内容分别论说了两种视力，但任何一种皆莫得详确形容任何特定的生化系统若何进行「校对」。这两种不雅点唯一昭着的共同特征是，若何从固定的鉴别能量中得回更好的准确度这两个认识皆波及将系统与能源耦合。卵白质合成波及无法解释的多半生化能量虚耗。

在这一洞见之后的一个月里，更紧迫的事务占据了我的时辰。但我当今知谈得奢靡多，不错十足深信，当我大致回到这个问题时，卵白质合成中若何「校对」的细节将变得不言而喻。

荫藏在生物化学细节中的「校对」

随后，在两个月内，我找到了基于已知生化细节的卵白质合成中的可行「校对」决策，并形容了不错对是否发生校对进行要道测试的实验类型。为了将氨基酸添加到正在滋长的卵白质中，使用了一个含有一个 GTP 分子、一个 tRNA 分子和一个氨基酸的特定复合物。那时的范式会将这种 GTP 使用和添加的氨基酸之间的正确化学计量比（即反应物资的量的比例）形容为一比一。任何测量到的偏离这个整数比的情况皆应归因于实验研究中的东谈主为成分。

我的瞻望是，这个计量比不是整数：即使对于正确氨基酸的添加，也应该有滑移，计量比略大于一比一，而对于添加失实的氨基酸，这个比例应该很大——深信大于十比一。但我不知谈若何践诺策动一个实在的实验来测试这个想法。

相似的基本校对反应决策似乎存在于 DNA 合成、tRNA 充电（行将氨基酸与其特定 tRNA 畅通）和卵白质拼装中。我在 1974 年的研究论文[4]将这三个相配不同的化学经由的反应决策形容为以不同方式包含一个爽气长入旨趣的门径。天然在 1974 年这篇论文之前，东谈主们已司贯通了 DNA 合成中的“裁剪”认识，但校对和鉴别的一般长入能量和能源学方面尚未被知道到。

即使在发表两年后，这篇论文仍然莫得好多分子生物学领域的读者。之是以还有读者，部分归功于布鲁斯·阿尔伯茨（Bruce Alberts，自后成为好意思国国度科学院院长）对最终稿的匡助。生物化学家通过细节来看待经由，如果形容中有任何细节失实就会拒却一个想法，是以他仔细修订了我在化学定名法中悉数无知的失实。因为这是我第一次在论文里写“核苷”、“合成酶”、“异亮氨酸”以至“GTP”这些词。

我偶尔被邀请作念生物物理学研讨会。1976 年在哈佛医学院的一次演讲以节略先容校对和我对卵白质合成中非计量比的瞻望赶走。演讲赶走后的第二个问题来自罗伯特·汤普森（Robert C Thompson），一个我完全不知道的东谈主。他只是问：“你想听听这样一个实验的赶走吗？” 然后开端形容他的实验（刻下锋未发表）和测量到的计量比，这些赶走压倒性地因循了我对于「校对」的想法。他接着形容了链霉素若何通过摒除校对来杀死细菌，导致卵白质中有太多失实以至于细菌无法糊口。1977 年，他发表了论文[5]。这是我科学生涯中最大的惊喜之一，亦然最令东谈主雀跃的。

1974 年的那篇论文对我处理生物学问题的门径很强劲，因为它引导我想考生物学中反应采汇注构的功能，而不是分子自身结构的功能。一个蚁集不错“惩处问题”或具有超出单个分子和线性通路才智的功能。六年后，我在想考神经元蚁集而不是单个神经元的特质时，膨大了这一不雅点。

【编者注】霍普菲尔德在文中花这样大文字回忆的「校对」，全称为能源学校对（Kinetic proofreading），这是一种耕作生物化学反应失实的机制，霍普菲尔德素质以此解释 DNA 复制的准确性。

正如他在文中所说，对于「校对」的研究，最终一定进度上竖立了 2024 年诺贝尔物理学奖所奖赏的“霍普菲尔德神经蚁集”。

当今又该作念什么？寻找一个实在的「难题」

1977 年的冬天，我在哥本哈根的玻尔研究所渡过了漫长的时辰，参与这间研究所稀薄但历史悠久的生物学膨大举止的一部分。

我口头上的任务是举办一系列面向物理学家的当代生物学研讨会，并邀请来自全欧的特出讲者。凭借玻尔的名声，我生效地召集了一群强劲的讲者。在阿谁年代，东谈主们仍然铭记尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）对生物学的意思意思。

尼尔斯·玻尔

1922 年物理学诺奖得主，量子力学的领军者，曾解释过爱因斯坦失实。海外隧谈与应用化学汇注会以他的名字定名 107 号元素——𬭛。1962 年，他因腹黑败落覆没。

1932 年，年青的表面物理学家马克斯·德尔布吕克（Max Delbruck）赶走假期后，急忙赶到哥本哈根参加海外光疗大会的开幕式，玻尔将在会上作一场名为《光与生命》的演讲。玻尔探讨了生命自身的深层解释与量子力学解释的玄学污秽性之间是否有内在磋议。这场演讲对德尔布吕克来说是一次更动的经验，促使他自后从表面物理学转向最终得回诺贝尔生理学或医学奖的研究。

马克斯·德尔布吕克

原在哥廷根大学研读天文物理学，自后转向表面物理学。在和玻尔这位“对生物学感意思意思的物理学奖”重逢后，他开端预防起生物学，最终在 1969 年得回诺贝尔生理学或医学奖。

但是，在 1977 年，我邀请的生物学众人们强调了他们所掌执的常识，并规避了其表面框架和研究范式中的空缺。他们瓦解莫得把生物学描画成需要（或宽饶）表面物理学家介入的状态。对我和其他东谈主来说，听 1977 年的讲座并莫得带来任何转换性的体验。略感失望，我回到了普林斯顿，莫得任何新问题的苗头。

东谈主们老是不错基于之前的论文提议变化和扩展，不管这些论文是我方的照旧别东谈主的。科学文件中充斥着这样的责任。但我那时寻找的是沿路实在的「难题」，而不是一个小问题。

两者之间的区别在于什么？1970 年代初，我担任了某个极富创造力但步履有些歪邪的化学研究生的导师。在完成了与我妥洽的表面化学论文后，这名学生又成为另一位导师詹姆斯·沃森（James D. Watson）在冷泉港实验室的实验博士后。约莫九个月后，我偶遇了吉姆·兰德，并得知我的（前）学生还未找到具体的研究主张，因此我抒发了歉意。

但吉姆打断我说：“不要紧。当我第一次碰到弗朗西斯·克里克（Francis Crick）时，他已经 35 岁了，还莫得找到他的问题。” 那时，克里克已经发表了十多篇主要对于 X 射线晶体学的研究论文，但他的导师沃森觉得，克里克在研究的问题并不是实在的「难题」。而沃森已经贯通到何况正试图向克里克倾销的阿谁「难题」才是生物学的中枢，即了解 DNA 结构能解释生物遗传的基础。

弗朗西斯·克里克

1953 年，这位“极富创造力但步履有些歪邪的化学研究生”在剑桥大学卡文迪许实验室，与詹姆斯·沃森共同发现了脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构，二东谈主也因此与莫里斯·威尔金斯共同得回了 1962 年诺贝尔生理及医学奖。

从熟悉的后见之明来看，我那时是在寻找一个生物学的「难题」，而我特有的布景为此提供了唯一无二的准备。

神经科学 / NRP

在我穿越普林斯顿校园，从贾德温物理实验室前去弗里克化学实验室准备 1977 年秋季学期生物化学课程的路上，我的办公室电话响了起来。顺带一提，化学系果然允许我这样一个既没学过有机化学也没学过生物化学的东谈主去教这门课，这完全是由于大学在最高料理层面上对化学与生物学交叉领域料理不善所致。

总之，我以为那是网球一又友打来的电话，于是仓猝中接听，却发现回电者是弗朗西斯·施密特（Francis O. Schmitt）。他只说他是麻省理工学院神经科学研究所的负责东谈主，下周三会途经普林斯顿，并但愿我能抽出半小时的时辰见一面。尽管我从未传奇过施密特或这个研究所，但辩论到“半小时辛苦”，我照旧搭理了会面。

接下来的一周，弗朗西斯·施密特来访了。他形容了一个被称为神经科学研究款式（Neuroscience Research Program，后文简称NRP）的实体，该款式主要在波士顿举办微型会议，参会东谈主员包括 20 位固定的款式成员和 20 位访客。访客的采纳范围很广，但浅薄是以特定会议的主题为重心。

施密特邀请我不才次会议上发言。而我建议让我的生物化学课程中的一位物理研究生来作念一个演讲，因为他撰写了一篇对于神经编码的数学论文，可能会让听众更感意思意思，但施密特很快抵赖了这个建议。

我只可告诉他，我方对神经科学（neuroscience）一窍欠亨——神经科学这个词就是施密特多年前创造的。但他说不要紧，“只管讲你感意思意思的内容”，于是我决定谈一谈对于「能源学校对」以及细胞内大分子合成精度的一般问题。

弗朗西斯·施密特

1962 年，他创建了 NRP，后世将其视作神经科学动作一门学科建立的要道时刻。NRP 的主要举止是建立神经科学和步履科学之间的磋议，波及三大核情意思意思领域：分子生物学、神经系统和形貌学。

参会那天，听众中有神经学家、神经内分泌学家、形貌学家、免疫学家、电生理学家、神经剖解学家和生物化学家，他们简直听不懂我在讲什么。但这并不彊劲。因为施密特但愿在团队中加多别称物理学家成员，但愿引入一个具有多学科布景的东谈主来与他的课题互动，也许不错匡助这门学科变得愈加综吞并具备更强的瞻望才智。

施密特是一个信徒，他怀着狂热的信念，信托科学总有一天大致弥合分子、大脑、心智和步履之间的鸿沟。他是通过普林斯顿的相对论众人约翰·惠勒（John A. Wheeler）了解到我的，而惠勒（出于我一直不解白的原因）一直是我的执意因循者。惠勒曾经担任招聘委员会主席，因为我在固体物理学方面的研究将我带到了普林斯顿担任物理素质。总之，我其实算是中了他们的圈套。在弗兰克的指导下，小组投票决定给与我为成员。

约翰·惠勒

广义相对论领域的强劲学者和宗匠，和前文说起的玻尔在 1942 年共同揭示了核裂变机制，并参加了曼哈顿工程。他照旧好意思国第一个氢弹安装的主要策动者之一。当下好意思国寰宇学或者天体表面物理的一线东谈主物，有十分一部分是惠勒的学生。

随后，会议上的演讲连忙让我耽溺。对我来说，心智若何从大脑中产生是咱们东谈主类所濒临最深奥的「难题」。这十足是个实在的「难题」，而 NRP 里的科学家们各自以其不同的才能和极大的关怀，在忐忑的领域内追求这一问题的谜底。但在我看来，这群科学家似乎不可能惩处这个「难题」，因为它只可用稳当的数学话语和结构来表述。而在 NRP 中，莫得东谈主大致缓和地插足这个领域。是以我加入了 NRP，但愿能界说、构建或发现一些我不错在这个领域中作念的有效的事情。施密特懂得若何举办一个奢靡优雅和有引诱力的会议，使得海外顶尖的科学家们温柔加入他的圈子，这天然也影响了我的决定。

我在参加 NRP 每半年一次的会议期间，坐在各领域的宇宙级众人傍边，他们会耐烦肠向我解释他们对该领域的贯通。天然施密特尽力让众人们无为地教育他们的主题，并以整合的方式形容神经科学，但他浅薄无法赶走这个目的。因此，我的初学常识是由一系列断断续续的实验神经科学众人不雅点构成的，每个众人皆来自神经科学的另一个旯旮。这些驳斥时时对其他子领域所研究的细节走漏不悦，但科学本来就是如斯，不管若何，我所寻求的也不是细节。

我给我方定下的任务是找到一种整合的不雅点，试图突出讲座中涵盖的无为主题——如灵长类动物的神经剖解学、虫豸的遨游步履、海蜗牛的电生理学、大鼠的海马学习、阿尔茨海默病、钾通谈、东谈主类话语处理等——并找到不错用表面物理学用具来责任的款式。

大脑和机器通过追踪动描摹态轨迹来进行“计较”

爽气的数字计较机通过从机器的一种启动状态开端，这种状态隐式地由轨范和一些数据形容，来获取谜底。它们按照机器硬件芯片内置的爽气限定，在每次计较机时钟周期时改换状态。临了状态改换罢手。达到一个止境状态，在这种状态下限定不再产生进一步的状态改换。编程问题的谜底，就是当今存储在几个特定内存寄存器中的信息。

细胞自动机（Cellular automata）则口舌常特殊的数字计较机，在 20 世纪 70 年代末有过已而的色泽时期。它们由一组等效的“细胞”构成，就像跳棋盘的方格。每个“细胞”皆有一个随时辰深信性变化的里面状态，阐述仅波及该“细胞”的里面状态过火相近“细胞”的里面状态的限定。悉数细胞皆是等效的，何况同期改换它们的里面状态。

我第一次传奇细胞自动机，是在阅读《科学好意思国东谈主》（Scientific American）杂志中对于约翰·康威（John Horton Conway）的“生命游戏”（Game of Life），并推测对这一基本想想的一般化或修改可能有助于贯通大脑是若何运作的。

【编者注】

“生命游戏”是一种零玩家的游戏，其演化完全由其启动状态决定，不含有时成分。

游戏在一个网格上进行，每一个格点在职意一代皆是活的或是死的。下一个世代的每一个格点将阐述周围八个邻居的现象来决定存一火。限定如下：

1. 任何活细胞，若周围有少于两个活邻居，则因东谈主口太少而逝世。

2. 任何活细胞，若周围有两或三个活邻居，则守护糊口。

3. 任何活细胞，若周围有跨越三个活邻居，则因东谈主口过多而逝世。

4. 任何死细胞，若周围有正巧三个活邻居，则变成活细胞。

康

威的生命游戏因其爽气限定下产生的复杂步履而著名，它不错展示降生、逝世、踏实结构、迁徙结构（如滑翔机）以过火他复杂的模式。

这个游戏不仅是一个数学上的玩物，也启发了许多对于复杂系统的研究。

我推测，如果细胞状态调治限定变得不那么严格，更像提供神经元之间输入的突触畅通蚁集，何况如果时辰同步减轻以响应神经信号传播和处理中的延迟，可能会有可能弥合数字计较机和神经系统的认识鸿沟。

1978 年秋天，我开端尝试“生命游戏”的变体，使其稍稍更接近神经生物学，但愿看到它通过追踪状态轨迹来进行计较并得出谜底。缺憾的是，我莫得大致扩充当何此类模子所需的数学来追踪变化状态的轨迹。我需要编写一个数字计较机来模拟这样一个系统，并进行计较机实验以洞悉各式这样的模子。

如今很难想象 37 年前大学计较机实验室的原始状态。机器很慢，机器时辰很贵，输入计较机主如果通过穿孔卡片，输出打印在大型打印机上，电视类型的高慢终局很罕有。按照微处理器中的晶体管数目来揣度的计较才智，在昔日 50 年里衔命“摩尔定律”，约莫每两年翻一番。这使得在 1978 年到当今之间有了 18 次加倍。因此，我领有的计较才智只是当今（本文写于 2018 年）的 1/250,000。

除了少数值得预防的例外（如麻省理工学院的东谈主工智能实验室），计较机主要用于从可靠的轨范和不菲的数据中产生数值赶走。如果你用计较机模拟一个模子，那是因为你有一个邃密的信念觉得该模子与现实邃密对应。你不会对多种可能的模子进行实验——太贵了，浪费了认的确资源。莫得强调易于编程的话语，而计较遵守高的话语则使用未便。

普林斯顿通用计较组和普林斯顿高能物理组的计较机（物理系唯一的部门级计较机）皆在数值计较模式下运行。猜测模子结构，快速而容易地在一个数字机器上探索这些猜测的后果，并但愿找到羡慕的神经举止演化模子的想法，在我所属的普林斯顿和贝尔实验室的计较设施和环境中是生分的。

鉴于我的计较环境，我莫得取得若干进展。我想追求的基本想想是，任何计较机，不管是数字机器照旧大脑，皆是通过从启航点（轨范和数据）到止境衔命一个动态轨迹来操作，何况轨迹需要踏实性以可靠地得出谜底，尽管存在噪声和系统不完善。我在 NRP 上照实作念了一次对于神经生物学动作一个哄骗能源吸绪论计较的系统的演讲。但既莫得计较机模拟也莫得数学来因循这一不雅点。一位年青的走访学者之后告诉我，这是一个精彩的演讲，但祸害的是与神经生物学无关。其他东谈主则忽略了它。我讽刺地预防到，我在 2015 年从神经科学学会得回的Swartz 奖（The Swartz Prize）践诺上是基于这一基本想想。

天然，计较神经科学这一术语的存在自身就意味着如今有许多数学上隆重的科学家在这一领域，而在 1979 年，这种情况极为暴虐。

更好的环境

1978 年，被任命为加州理工学院校长的哈罗德·布朗（Harold Brown）离职，去担任国防部长。加州理工只可再次寻找一位物理学家担任校长。他们找到了马文·戈德伯格（Marvin Murph Goldberger），一位特出的表面物理学家，他曾任普林斯顿大学物理系主任。

在这件事的前一年，马克斯·德尔布吕克赶走了他在加州理工学院生物系的教学任期，而他任职的三十年间，一直接力于于加强生物学与物理学之间的磋议。因此，戈德伯格预防到了我在普林斯顿大学物理系内努力从事生物物理学研究，并决定劝服加州理工的素质们向我提供一个化学与生物学共同的终生素质职位。

但是，受到默里·盖尔-曼（Murray Gell-Mann）和理查德·费曼（Richard Feynman）想维的影响，加州理工学院物理系对生物化学方进取任命教职毫无意思意思。

至于普林斯顿物理系的立场是什么样的呢？在我撰写的两篇最羡慕的与生物学相关的论文（一篇是对于能源学校对，另一篇对于生物电子转动）期间，我从未在物理系的研讨会上或物理磋议会上先容过这两项责任。他们对此的总身形度是，我可能在作念一些羡慕的事情，但它包含了太多细节，不恰当普林斯顿物理系。尽管如斯，物理系主任瓦尔·菲奇（Val Fitch）照旧奥密地设法任命我为终生素质。

瓦尔·菲奇

他在普林斯顿大学担任了 52 年素质。1980 年，因为发现中性 K 介子衰变时存在对称毁坏，他与詹姆斯·克罗宁共同荣获诺贝尔物理学奖。他和本文出现的许多物理学素质一样，也参与了曼哈顿筹谋，是三位一体核试的眼见者。

当我在 1979 年 10 月去找瓦尔，告诉他加州理工学院提供的职位时，他走漏很缺憾，因为对我来说离开瓦解是最佳的采纳——从科学上对我最佳，而且也简化了他在部门定位上的问题。于是，莫得任何反提案。

时辰来到 1980 年 2 月。加州理工学院的量子化学计较设施是一个尝试模子的绝佳环境。它因循多用户及时计较，配有 CRT 高慢器和直接键盘输入，无需编译延迟。我的研究是对这个设施预期用途的偏离，但莫得东谈主预防。

跟着新诱导的使用，我很快发现一个事实：我在 1979 年对于大脑计较与传统细胞自动机之间关系的推测毫无意旨。

临了的「难题」

消灭一个已经培育了一年时辰的失实不雅念，比想象中要波折得多。因此，细胞自动机并莫得被我透澈放置，而是更动成了一种有时的伪神经蚁集（quasi-neural network），细胞自动机蓝本的限定结构被消灭了，拔帜树帜的是有时采纳的畅通。复杂的逻辑状态调治限定，被一个受生物学启发的新限定取代。

经过一年的模拟和数学分析后，我最终照旧消灭了有时蚁集。违犯，为什么不尝试一个具有特定结构的蚁集呢？这种结构是为了完成神经生物学连忙完成的某个爽气但潜入的任务，而这任务对于生物学来说似乎是自但是然的，但对于计较机来说却并非如斯。表面上最爽气的这样的任务，同期亦然天然地融入通过能源系统吸绪论进行计较的基本计较范式的，就是逸想记挂（associative memory）。

逸想记挂是相互的——看到一个东谈主会让你想起他们的名字（或者至少在我年青的时候是这样），听到他们的名字会让你想起他们长什么样。这个事实不错通过建立互逆的畅通在采汇注构中抒发出来。这类蚁集的数学与负责固体中悉数复杂磁特性式的“自旋”系统的数学密切相关。通过我在贝尔实验室与表面物理学的磋议，我对这些系统早已有所了解。（而这要归功于我和菲利普. 安德森长达一世的构兵）倏得之间，我发现了我所贯通的物理系统与神经生物学之间存在的磋议。一个月后，我开端撰写一篇论文。

发表论文[6]

1981 年夏天，我本心参加凡尔赛生命研究所（the Institut de la Vie at Versailles）举办的题为 “从物理学到生物学 ”的研讨会。举办者莫里斯-马鲁瓦（Maurice Marois）是一位医学博士，他梦想加强不同科学家之间的磋议。他对援助商游说有方，对诺贝尔奖得回者则阿谀有加，使会议生效在凡尔赛宫的镜廊举行，演讲者得以住在城堡傍边的特里亚侬宫货仓。于是，我欢然接收了邀请（天然内心感到有点败北），参加了这样一次全额付费的巴黎之旅。我消灭了之前遴选的主题，转而阐述那项神经蚁集的研究发演出讲。这亦然我在凡尔赛的初度公开演讲。不外，我于今从未碰到铭记听过此次演讲的东谈主。

我就这项研究撰写的第一份手稿，其实是为筹谋出版的会论说文集所撰写的对于我那时研究过火常识布景的广空谈述。在主办方消灭出版筹谋后，我才开端将草稿改写成研究著述。

这篇著述有两个目的读者：物理学家和神经生物学家，因此我立即料想在《好意思国科学院院刊》（PNAS）上发表著述。神经生物学家浅薄阅读 PNAS，可能会看到这篇著述。天然在阿谁期间很少有物理学家时时阅读 PNAS，但至少 PNAS 浅薄在物理藏书楼皆能找到。这并不睬想，但已经是我能料想的最佳办法了。动作学院会员，我不错发表这样一篇论文，而无需经过任何审查（当今已经不是这样了，是以我对科学出版和促进原创性感到追到）。为《好意思国国度科学院院刊》撰写论文是一项挑战，因为著述篇幅十足弗成跨越 5 页，还要面对两大读者群体，而且还有好多话要说。

对于非编造作品的写稿，海明威曾说过这样一句话、

“如果一个散文作者对他所写的东西有奢靡的了解，他不错不详我方所知谈的东西；而如果作者写得奢靡实在，读者对这些东西的感受就会像作者说出来一样强烈。” (海明威，1932 年）

由于 PNAS 的篇幅赶走，我不得不对所写的内容和不详的内容进行严格筛选。如果海明威是物理学家，他一定会懂我这种格调。过后看来，不详简直不言而喻的内容可能会加多论文的影响力。未证明的内容成为了邀请他东谈主补充这一主题的邀请函，从而饱读动了一批撰稿东谈主接力于于此类蚁集模子的研究。生效的科学老是一项群体作事。

这篇 1982 年的 PNAS 论文是我使用“神经元”（neuron）一词的第一篇论文。它为许多物理学家和计较机科学家提供了插足神经科学领域责任的途径，这些自后东谈主进一步的责任将这些蚁集与逸想记挂除外的许多强劲应用磋议起来。这亦然我写过的被援用次数最多的论文（6800 次援用）。就连 AT&T 也很痛快（在这一时期，我一直在贝尔实验室兼职），因为这项研究还为他们的专利池带来了一项时时被援用的专利[7]，并加强了贝尔实验室神经生物物理学与凝华态物理学之间的磋议。

接下来该作念什么？

在小序中，我把采纳研究主张形容为研究生涯中最强劲的成分。本文其余部分形容了我若何通过训诫和探员，找到了两个足以成为主要研究领域的「难题」。在每一个案例中，皆有一个逐渐的个东谈主积蓄经由，其中既有三想此后行的门径，也有塑造我看待科学宇宙方式的偶然事件。这种积蓄将决定我不才一个支路口的采纳。

英国剧作者大卫·哈雷（David Hare）曾在他 2015 年的采访中说过一句话：“后见之明往往能让一件事看起来严容庄容。是以我想写一册回忆录，来解释生命是何等隧谈地依赖于偶然”。哈雷接着讲述了他是如安在上世纪 60 年代末成为别称剧作者的故事。那时，他还只是一个具有强烈政事倾向的导演，从未想过我方会成为作者。

自后有一次，剧组内的作者未能依期交出脚本，哈雷便临危衔命，在四天之内写出了《布罗菲生效了》（Brophy made good）这部戏，以确保演员们大致在接下来的一周排演，并在再下一周公演。

当我读到哈雷形容的这段文字时，内心不禁惊叹：“这就是我！” 我在 1974 年发表的那一篇论文，就像我在一系列不可瞻望的事件中创作的“脚本”。从童年时期从物理学家父母那处了解到的“物理宇宙”，到自后肆业期间涉足凝华态物理，再到康奈尔大学和贝尔实验室转向卵白质的化学物理，最终到素质一门我常识有限的普林斯顿大学生物化学课程，这一连串的经验让我对科学产生了特有的视角。就像哈雷急需脚本一样，我也强劲需要给学生们准备讲座内容。得益于之前在生物课上的偶然成绩，以及凝华态物理中的一些碎屑常识，我有了撰写这篇“物理学家的脚本”的初步素材。但在我教书的那一年之前，我完全莫得预见想会有这样的研究主张。

我在科学领域的责任完全依赖于众人们的实验和表面研究。我对他们充满敬意，尤其是那些温柔与非才智域的东谈主员换取的东谈主。我还想补充少量，众人们擅长回答问题。如果你勇于发问，就斗胆地说出来吧。不要太过惦记你是若何发现这些问题的。

参考文件：

[1]: https://pni.princeton.edu/people/john-j-hopfield/now-what

[2]: https://www.fi.edu/awards/class-of-2019

[3]: Polarization of Nuclei in Metals, Albert W. Overhauser, 1953

[4]: Kinetic Proofreading: A New Mechanism for Reducing Errors in Biosynthetic Processes Requiring High Specificity, J. J. Hopfield, 1974

[5]: Proofreading of the codon-anticodon interaction on ribosomes, R C Thompson, P J Stone, 1977

[6]: Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities, J. J. Hopfield, 1982

[7]: http://www.google.com/patents/US4660166shibo体育游戏app平台