空间虚拟空间

第28卷第1期2003年2月武汉大学学报· 信息科学版Geomatics andInformationScienceofWuhanUniversityVol.28No.1Feb.2003文章编号:
1671_8860(2003)01_0004_05文献标识码:
A现实空间、思维空间、虚拟空间———关于人类生存空间的哲学思考
边馥苓1王金鑫1(1武汉大学空间信息与数字工程研究中心
,武汉市珞喻路129号,430079)摘要:
基于空间的基本概念以及现代高新技术对人类生存空间的拓展,
提出了"三类空间划分"的思想体系; 分析了它们各自的特点及其相互关系;
阐述了该思想体系的意义. 关键词:
空间;思维;现实空间;思维空间;虚拟空间中图法分类号:
P2081空间、时间演化与熵根据现代量子宇宙论, 时间和空间起始于大 爆炸处的奇点[1].自此,物质宇宙从0到1开始了它极其漫长(已经100多亿年)的进化历程.大约45亿年前,地球形成,开始了地球空间客观物 质的一元进化历程.大约 300万年前,地球上形成了三态共存、温度适宜 、生物种类繁多的极其有 序的生态平衡系统 .就在这个熵值极低的温床 里,人类的大脑———思维宇宙从0到1诞生了,地球进入了客观物质与思维精神的二元进化历程.

这个历程与一元进化历程相比, 呈现出诸多复杂 的特点.首先,人是生态的人,是自然的产物,依靠自然界的负熵而生存 ;同时,人又是社会的人, 人们在劳动过程( 从自然界中摄取负熵) 中建立了复杂的经济基础与上层建筑.随着人们从自然中
攫取负熵的能力和速度的不断提高,
地球生态系统的进化速度明显加快.如果说地球的一元进化
历程是一个漫长的熵减积累过程,
那么地球的二元进化历程就是一个加速的熵增耗散过程.上面
这两种趋势,可用图 1形象地表示出来 .图中,O点为地球形成时刻, D点为人类出现的地球时 刻,P点为目前人类所处的地球时刻 .地球的一元进化(演化)曲线为S1,地球的二元进化( 演化)曲线为S2.从S2的趋势可以看出 ,地球自然生态系统的熵无限趋于零( de1dt0,且de2dt>de1dt).地球的演化理论上 趋近于一个时间的界限 tn,也就是趋近于一个人 为的时间终结.如果人类不能阻止地球生态系统
的熵增趋势,这个终结也许并不遥远.

图1地球生态系统的演化曲线示意图
Fig.1SketchMapoftheEarthEcologicalSystemEvolving人类社会的进化速度异常迅速:
蒙昧时代历时8~10万年;农业时代和工业时代分别为 1万年和200~300年;1946年出现了世界上第一台 电脑,第三宇宙———数码宇宙从0到1诞生了,从此人类进入了信息时代, 而信息时代估计历时 50~100年.电脑与网络的出现与演化, 从根本上改变了人类的生活 、生产与思维方式 .地球自此收稿日期:
2002_10_15.DOI:
10.13203/j.whugis2003.01.002开始了客观物质、思维精神和数码虚拟的三元进
化历程.2空间及其划分2.1"实"与"虚"及其辩证关系 "实"是客观存在,泛指各种形式的物质及其 过程."虚"是主观存在, 特指大脑对"实"的感知、 认知和加工及其形成的意象和意境
.意识是大脑的本能,意识运动的机制形成人类大脑的思维
,人类通过思维形成对"实" 的意象和意境.所以, 从本质上讲,"虚"是存在于大脑( 主要是人类大脑) 之中的东西."虚"的主体或精髓—
——意识或思维的本质机制以及构成意象 、意境的本质方面是纯 粹存在于人类大脑之中的 ,不能以任何外在形式 表现、模拟和积累.而其他"虚"的部分可以通过
两种方式来逼真地( 非完美地)体现或实现:
一种方式是物质表现方式 ,比如语言、动作、表情、文学 艺术和科技作品以及通过人类思维加工而形成的
人工自然等;另一种方式是通过电脑以数码的形
式进行模拟和再现, 形成数字的文本 、图形、图像和景观等.由于电脑与人脑不同,
人脑与电脑相结合形成了一种新的思维方式—
——数字思维,它同时存在于人脑与电脑之中, 二者既有相通之处, 又各有不同的特点.存在于电脑中的"虚"有其独
特的存在演化规律 ,但它源于对人脑之"虚"的模 拟,我们称其为"虚拟" .总之,人脑作为精神宇宙 ,是一个结构与功能 极其复杂的综合体 ,是创新的源泉.思维是人脑 最本质的方面,所以我们用思维作为对人类大脑
的描述与概括.需要说明的是,一些高等级哺乳 动物的大脑,存在着机械的、简单的、低级的思维 萌芽.2.2空间的概念及其描述 哲学上,空间与时间是一对表征物质存在方
式的密不可分的范畴 .空间指物质存在的广延 性;时间指物质运动过程的持续性和顺序性
.二者均不依赖于人的意识, 具有客观性,同运动着的 物质不可分割[3].这是对空间_时间最高级的哲 学概括,它们是客观的物质存在.但基于科学研
究的需要,它们应有虚空间 、虚时间的抽象拓展. 正是有了这样的拓展 ,人们解决了一个又一个科 学难题,对客观规律的认识才有了进一步的加深.

数学上,空间被抽象为表示方向的"维"
.笛卡尔首先把空间抽象为二维平面,
它是三维客观物质空间的平面投影 ,三维空间构成了物质存在 的基础,也是现代诸多自然 、工程科学研究的基 础.但这两种空间都是静态的, 若要考虑空间的 演化,就要涉及到时间维 .由于时间维表示空间 的动态特征,所以它不能在静态空间中表现出来
(隐含在物质在三维空间的运动轨迹之中)
.因此,四维空间( t_xyz)才是现实空间演化的完整模 型.当然,由于科学研究的需要 ,还有其他许多"虚拟维",从而构成各种多维空间 .2.3"三类空间划分"的思想体系 这里把空间的概念进行一些抽象的拓展,
把它延伸到思维领域和技术领域 .基于此,目前人类的生存空间可相对划分为三类:

现实空间、思维空间和虚拟空间. 把客观物质运动的空间, 称为现实空间(或称物质空间).它是人类真实的生存环境 .把思维运动的空间,称为思维空间( 或称精神空间).人从诞生的那天起 ,就一刻也没有离开过思维 .思维表现为人对自然界及自身的意识、认知与反作
用.把计算机内由数码"运动( 计算)"而呈现的空间,称为虚拟空间( 或称数码空间).该空间实际上是局部现实空间和部分思维空间的数码实现,
但它有独立于这两个空间的内容及演变规律,
对这两个空间的影响是巨大的, 甚至是根本性的. 现实空间早于人类的出现而客观存在着;
思维空间伴随着人类的出现而存在;
虚拟空间是人类社会进化到一定程度的产物, 是对人类生存空 间的拓展.它们相对独立而存在,
相互作用而发展.自古至今,人类一直没有停止对世界的探索.

道家之道提倡"无"与"有" ,佛家之道则强调"空" 与"色".所以,物质世界与精神世界一直是哲学
家们研究的对象.科学哲学家波普尔提出了三个
世界划分的思想 :
世界1即物理客体或物理状态 世界;世界2即意识状态或精神状态世界,或关于
活动的行为意向的世界; 世界3即意识的客观内 容的知识世界,尤其是科学思想、 诗的思想以及艺 术作品的世界.他同时强调, 世界1和世界3的互作用,必须把世界 2作为中介[4].波氏的世界1与物质空间相对应 ,而其把思维活动与思维活动的结果割裂开来,
划分为两个世界,应该说这里有不妥之处.从后面的分析中
可以看出,波氏的世界2是属于纯思维空间的东 西,而世界3则属于思维空间与物质空间交织的
部分.2.4三类空间的特点 现实空间、思维空间、虚拟空间相对独立而存 5第1期边馥苓等:
现实空间、思维空间、虚拟空间
在,各有其特点.2.4.1现实空间现实空间泛指人类生存的宇宙空间环境,
包括宇宙间一切物质现象及其过程.它具有极其复
杂的系统结构及运行规律 ,是人类生存的环境和 认知的对象.它有如下特点. 1)它看得见,摸得着,是实实在在的三维空 间,它是世界上一切物质现象的基础.

2)它的演化(或进化)表现为物质上的量的 积累与继承.3)物质空间内,物质的运动速度其上限是光 速.在现实空间中, 不可能存在超过光速物质运 动.4)现实空间的场模型为中心引力型的闭空
间,趋于理论上的边界 .它可以用牛顿的万有引 力定律F=Gm1m2r2(F为物体之间的吸引力, m1、m2表示物体质量,r为距离,G为常数)和爱因斯坦的广义相对论 E=mc2(E为能量,m为物体质量,c为光速)表示.5)现实空间中,物质的物理运动一般来说有 相对"固定"的轨迹, 可用"精确"的数学模型表示. 2.4.2思维空间思维空间包括思维的物质基础 、思维运动及思维的结果.与现实空间一样, 思维空间也有着 极其复杂的物质 、生理与心理结构 ,其思维的机制是最独特、最神秘 、最具创造性的智慧, 思维空间是从"实"到"虚"的升华, 从"虚"到"实"的创造 ,是"虚"与"实"的有机统一体 .它有以下特点.1)除思维空间的物质部分外 ,它的空间主体看不见,摸不着,是虚空间,但它表征人类的本质, 是创新的源泉.2)它的演化部分地表现为物质上与理论(
知识)上量的积累与继承,但它的精髓 ———纯粹精神的东西是无法积累和继承的. 3)速度在思维空间内失效, 或者说人类思维 速度无限大,没有任何限制,这是思维的本质特 征.4)思维空间的场模型为中心发散型的开空
间,不趋于任何意义上的边界.它可以用圆的面
积公式S=πr2(S为场的面域范围 ,r为思维半径,由于r+∞,所以S+∞)来表示,由于r+∞,所以不存在边界 l=2πr.5)思维空间中的思维运动包括初级运动形
式———科学抽象(包括概念、符号、思想模型) 和高级运动形式———科学思维(包括逻辑思维,分析和 综合、归纳和演绎等逻辑方法以及形象思维
、直觉思维、创造性思维等非逻辑方 法及数学方法等)[5].这些运动形式除数学方法外本身是无轨
迹可言的,很难用数学模型表示. 2.4.3虚拟空间虚拟空间包括数码计算与传输的物质基础以
及由数码虚拟的多维空间及其演化
.虚拟空间也具有复杂的实体系统结构与信息传输体系
,有其独特的运行机制— ——数字思维规律 .它是一种技术空间,相应具有以下特点. 1)它看得见、"摸"得着、体会得到,是虚拟的 多维影像空间.2)它的演化一方面表现为物质上的积累与
继承,另一方面表现为虚拟理论的丰富与演化.