实验室举办线上技术沙龙活动，探讨元宇宙与Web 3.0 技术发展

【导读】 从我在到我思;  元宇宙与Web3.0、区块链、AI的关系;  元宇宙技术包含哪些?​

日前，高效能服务器和存储技术国家重点实验室举办线上技术沙龙活动，首席研究员叶毓睿分享了他对“元宇宙、Web3.0、NFT/NFR”等技术发展的研究心得见解，通过对元宇宙及其技术原理、分类、场景等的分析，探讨了推动元宇宙发展的潜在力量。线上线下200余人参加了活动。

▶元宇宙是什么？（初期、中期、长期）

从奇点到元宇宙

我们先来看一下人类当下所处的物理宇宙是如何演化而来的？

先是有一个巨大的能量体，也即宇宙大爆炸之前的奇点，它是致密高热的。爆炸的一瞬间，时间与空间诞生了。最初的高温也随着宇宙的膨胀慢慢的变低了，这138亿年来我们的宇宙进行了一个从热到冷的演化过程。

在大爆炸发生10-12秒后，电弱相互作用分离为电磁力与弱力，质子和中子和它们的反粒子也形成了。在大爆炸发生10秒后，中子与质子结合成了氢核与氦核。在大爆炸发生30万年后，温度已经下降到3000开尔文（单位为开，以绝对零度作为计算起点，即-273.15℃=0开），电子与原子核（如氢核）结合，中性原子组成的气态物质成为了宇宙最常见的物质。

气态物质在万有引力的作用下慢慢凝聚，形成了密度相对较高的气体星云，星云继续聚集，逐渐诞生了星系与恒星。经过了近138亿年的漫长演化之后，就形成了我们如今看到的宇宙。

宇宙大爆炸，来源：wikimedia.org

从人类的角度来看，无论从时间还是空间来衡量，这都是一个宏大的宇宙。每一个星系是一个独立的子宇宙，例如太阳系。星系包含恒星和行星，恒星发光发热质量大，行星围绕恒星转动，例如地球这颗行星围绕着太阳这颗恒星转动。地球是子宇宙里的一个小宇宙，这个小宇宙演化出的人类，已经开始探索物理的星辰大海了，还将要创造元宇宙（探索意识的星辰大海）了。

一、物理宇宙、生命宇宙和元宇宙

按照地球、人类的角度来看，我们把宇宙演化分为五个阶段，从宇宙0.0到宇宙4.0。

从宇宙0.0到宇宙4.0

1.零宇宙（奇点）是宇宙0.0

宇宙大爆炸之前，一切归零，没有大小、长短、时间。

2.物理宇宙是宇宙1.0

大爆炸后是物理宇宙。经过30多亿年的演化，也即距今100多亿年前，地球出现了有机物（含有碳元素的化合物），有机物是生命产生的基础。但那时还没有出现生命。

3.生命宇宙是宇宙2.0

大约距今40亿年左右，地球上出现了最早的生命（具有繁殖的特点），包括单细胞生物。虽然只由一个细胞构成，但单细胞生物也能完成营养、呼吸、排泄、运动、生殖和调节等生命活动。

4.有人宇宙是宇宙3.0

距今300~400万年前，地球上出现了最早的人类，能直立行走，制造简单的工具。这是宇宙发展的一次重要里程碑。

5.元宇宙是宇宙4.0

近30年来，人类开始构建持续共享的虚拟世界，将梦想照进可感知甚至可触摸的数字世界。它是一个虚实融合，多维立体的，意识交换的数字空间，并将发展成为与人类社会、物理世界相互影响、相互促进的想象共同体。

人类在岩石上的绘画，可以看成是远古时期的“虚拟现实”，也可以视为是混沌初开的“元宇宙”。而后出现的传说、宗教及衍生出来的信仰、文化、艺术、建筑、社群至今仍在影响着我们的生活。

为什么从奇点，到大爆炸后的夸克、中子、原子，会逐渐演化出有机生命、人类，进而又演化出元宇宙？

奇点是一个特殊的状态，所有一切都汇聚在一个直径为0的点，没有前后左右的相对位置，没有高低粗细的空间大小，也没有过去现在未来的时间差异。从绝对意义来说，它是最有序的，它的熵是最低的。大爆炸一开启，奇点这个“0宇宙”就宛如奔腾的河流，一泻千里，滔滔不绝。而后开始有了分化，有了分别，因此就有了物与物的不同，此物与彼物在一些属性上的不同；各种基本粒子自发地形成了不同的组合，组成更高层次的物，而这更高层的物又开始进行更多数量级的组合，最终形成丰富多彩的世界，包含了世间万物。这是从无结构化状态向结构化状态，甚至向复杂系统的演进过程。实际上，当“物”有了结构之后，就成为了“系统”，只不过所处层次的不同，“物”可能是渺观系统、微观系统、小系统、大系统、复杂巨系统中的一种。其中，渺观是比微观还要小的层次，这一观点来源于我国著名科学家钱学森关于物质世界层次新划分的“五观”论（胀观、宇观、宏观、微观、渺观）。

结构化的物，其组成要素也有“高低贵贱”之分，有些是主要成分，有些是次要成分。例如头发与人的关系；头发的主要成份是角质蛋白。众所周知，蛋白质是生命的主要物质基础，但人掉了头发，或者剪掉头发后，人基本上还是原来那个人，人是主要成分；而掉的或剪掉的头发相对于人而言，重要性低得多，是次要成分。

再如，原子核与电子。原子核极小，它的直径在10-15m~10-14m之间，体积只占原子体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量。例如氧原子由一个原子核（原子核包含质子和中子）和8个电子组成，原子核就是主要成分，电子也很重要，是构成稳态氧原子必不可少的，但它却是次要成分。有些时候，受太阳紫外线、宇宙射线、雷电、风暴及空气和山地岩石中放射性元素物质等因素诱导，可能使得氧原子额外捕获了新电子，这就形成了被誉为“空气维生素”的负氧离子。因此，可以看出，物的层次越多，构成物的组件越多，越是主次有别。

从原子到分子（含有机分子），再到由分子组成的有机物；其中，多个有机大分子可以形成多分子系统，有些多分子系统进化为原始生命。

武汉大学计算机学院蔡恒进教授曾提到：“生命的最初状态应该是从单细胞开始，大多数人倾向于先考查细胞的构造，认为先有细胞核而后才有细胞的整体。但也很可能是先产生了细胞膜，细胞膜不仅保护了细胞内部物质，而且使得细胞具备了能与外界区分开来的独立性，在此之后细胞内部才逐渐确定出细胞核和细胞质等。随着时间推移，细胞不断进化，一方面功能为结构的发展提供了指引和方向，另一方面，结构的发展又进一步强化了功能本身，最终才形成完整且明晰的构造。这个过程的要义是，功能与结构纠缠在一起共同进化，而非先有明确的结构才产生了相应的功能。”

随着时间流逝，我们发现，演化过程中，物与物不断的组合、分解、继而在更高的层次上不断再组合，也即不断形成更复杂的结构体，直至出现具有自我意识的人类。这些结构体，还有蚁群、蜂巢、飞行的鸟群、蜜环菌等；有一个在美国发现的巨型蜜环菌，迄今已有2800多年，目前占地10平方公里，总体重高达上千吨。

在这过程中，重要的是细胞膜的形成，使得有些物质开始有了边界，能区别“自我”与“外界”，“我在”和“它在”。许许多多个具有不同属性，甚至不同层级的“我在”物（生命有机体），不断分化和组合，形成了人类，从而具备了“我思”的能力，进行自主选择和进化。

二、从“我在”到“我思”

很多人都听说过笛卡尔响彻寰宇的名句“我思故我在”，其实是指：“我思”可以明确我在思考这件事情本身是毫无疑问的，是存在的，这是高级生物具有的意识。

世间万物为何能演化出越来越复杂的结构体？为何人类还不断发展，通过群聚形成了部落、城市、国家，甚至欧盟、联合国，还在探索星辰大海，移民外星球？

我想这是因为，世间万物都有一种与生俱来的，从“我在”（求知、求生存）到“我思”（求真、求发展），继而帮助它物实现“我在”和“我思”的内驱力。当然，这里所说的万物，包括人在内，主要是指那些能级不断上升的人或物，如果按照马斯洛的人类需求六层次论，就是那些自我实现，甚至自我超越的人。

“我在”表示存在、活着，表示我生存在这个世界上。先是感知世界，也即“求知”，也希望世界或者“它物”知道我的存在，有更多存在感；继而追求更长久的生存，也即“求生存”，无所不用其极，并希望推动，“在”得更精彩更有影响力。“在”的那个物或生命体（也即它），首先是自我肯定，继而希望被看到、被认可，被更多“它在”物感知到和认可“我在”物的存在和重要性。“我思”表示“我”开始有了自我意识，能够思考。为了探索真相、追求真理，也即“求真”，和进一步发展，也即“求发展”；不仅能够感知外界，还能自主选择，通过反馈，促进外界的变化，壮大自己或壮大以自己所属的系统，也即改造世界。其实，“我在”物通过新陈代谢，也即吸纳更多的能量或养料，实现到“我思”的转变，逐渐开始具有思考的能力，有自我意识。需要注意的是，不只是人类才有自我意识，动物或多或少也有一些自我意识，一些思考的能力，例如乌鸦可以利用红绿灯的间歇，将核桃类的干果丢到马路上面，借用汽车压碎核桃来获得里面的果肉。

“我在”是世界万物的第一需求。“我在”，或者说“求知”、“求生存”的根本原因和蔡恒进教授提出的“自我肯定需求”类似。自我肯定需求是指：只要有可能，人对自己的评价一般高于他认知范围内的平均水平，在分配环节他更希望得到高于自己评估的份额。大多数情况下，总的自我肯定需求必定大于其所在社会的当下产出，这就形成了一个缺口，这个缺口对任何系统的管理者而言都是一个巨大的挑战。为什么人类普遍对自己评价过高，希望获得更多？是因为潜意识里感觉生存资源有限，需要确保吃穿用足够，甚至还能富余不少，以应不时之需；本质仍是为了求生存。

其实，“求真”、“求发展”，也是为了更好的“求知”、“求生存”。无论是知化，还是万物都朝着一切皆计算机（或叫智能体）的方向发展，对应的就是“我在”到“我思”的跃升。当然，大部分的物，尤其是无机物，是通过人的帮助，来实现“我在”到“我思”的转变。

宇宙有成物之美（促成“我在”），继而成人之美（促成“我思”）。宇宙大爆炸后形成的有机物，通过自己的努力，从复杂结构体，不断演化成具有自我意识的生物，进而发展到高等生物，直至人类。人类又开始帮助更多的物，使其具备智能，也即“我思”的能力，将在更大的范围内形成人机结合的新宇宙。

致力于实现通用人工智能的全球著名计算机视觉专家朱松纯教授，在2022年1月6日的文章《三读<赤壁赋>，并从人工智能的角度解读“心”与“理”的平衡》中提到：通用人工智能研究的目标就是要创造有自主的感知、认知、决策、学习、执行和社会协作能力，符合人类情感、伦理与道德观念的通用智能体。

1995年10月23日，科学家钱学森在给戴汝为、钱学敏的信中表示：“未来的人工智能工作是人机结合的一项‘大成智慧’工程！我们一旦进入这样的人工智能世界，人类也跟着改造了，将会出现一个‘新人类’，不只是人，是人机结合的‘新人类’！

钱学森27年前的预言，我们可以看到越来越接近了。随着人类不断向外（探索星辰大海）、向内（人体科学、脑科学）和向虚拟世界（未来将探索意识科学的元宇宙）进行深入的研究，人机结合这一新物种的各种组合、各种形态将不断涌现。从刚开始作为人类体力的延伸和加强，继而出现更多的，作为人类脑力的延伸和加强的结合体。总之，让“物”能感知，能即时处理，实现从“我在”到“我思”的过渡，通过演化出新物种，人类将构建更加波澜壮阔的新世界。

人类打造的元宇宙，会有各种各样的数字人，除了物理人的一个或多个化身之外，还有数字原生的虚拟人，未来还会出现各种各样的，大量的NPC。渐渐的，NPC这一新物种也会不断演化，也将呈现从“我在”到“我思”的演化，甚至自我复制，或和“它物”一起繁衍后代。

有趣的是，美国SpaceX太空探索公司创始人埃隆·马斯克就曾公开表示，人类生活在所谓真实世界的概率只有十亿分之一。换句话说，马斯克认为人类极大概率是生活在高维智能体为人类创建的“元宇宙”。您认为呢？

▶为什么出现元宇宙？

元宇宙之所以会出现，一方面是在个人的需求层面，为了满足人不同的需求，体验不一样的人生。因为在物理世界中，人往往受制于环境、社交、经济等因素难以体验，而元宇宙变成了一个很好的试验田。另一方面是为了全人类的生存和发展，目前存在着人类快速繁衍和地球资源有限的矛盾，除了向外太空的探索之外，向内探索也是一个能较快解决的方式，因此像云计算、大数据、物联网、人工智能、区块链、交互技术、5G，以及元宇宙，能够帮助优化地球的资源配置和降碳增效，实现物尽其用，人尽其才。

元宇宙是一个持续共享、实时响应、多人发的数字新世界，这个数字世界不会凭空出现，它的搭建需要物理世界源源不断的算力输入。算力不仅支撑了数字人及其所在的虚拟社会的运行和发展，还支撑了数字人的思考和决策。如果要达到《雪崩》里描绘的metaverse体验，算力至少要提升一万倍；其中视觉的分辨率和刷新率一共超过20倍，其他感官至少10倍，并发人数从现有的100到5000人，至少50倍。不过，在算力提升到10000倍之前，并不是无所作为，随着5G、VR/AR等设备的普及，应用场景带来的挑战会倒逼设备的迭代、算力的提升。这里的算力不是狭义上的解释，而是一个比较广泛的概念，包括计算、存储、网络、安全和AI的能力。

理想的元宇宙在算力上，比现在至少要提升一万倍，而算力倍增给我们带来了巨大的挑战。另外，众所周知，近些年来，摩尔定律放缓，每年晶体管密度的提升不到3%，如下图，一方面，算力可能会成为元宇宙迅猛发展的掣肘，但同时元宇宙也会倒逼算力提供商们，尽其所能发展相关软硬件和算法，例如，NVIDIA Onminverse、MetaEngine、ChatGPT、源1.0大模型等。

元宇宙面临的算力挑战

当前可以看到，采用异构加速、多元融合等方式来应对。借助AI，英伟达在过去的4年内将性能提升了16倍。需要指出的是，应用场景（元宇宙）和底层基础设施（算力、存储、网络等元宇宙五大地基）是相辅相成，相互促进的；算力也是逐渐增加的，应用场景会“鞭打”算力。总算力每提升10倍，预计就有一批新的应用横空出世。正如，通信的2G成就了短信和自由通话，3G成就了移动互联网下的彩信和语音，4G成就了在线视频和直播。5G会成就什么呢？

元宇宙（Metaverse）带来更多可能性

我们当下正处于多个宇宙（含元宇宙）并存的时代。从目前来看，元宇宙是多维共创互信网，它的网络基础是Web3.0，是下一代互联网；从长远看，它是下一代网络——从物质、能量、信息和价值，演化到创意、思想、意识的协作网络。出现元宇宙的原因本质上是人类的生存和发展的需要，它能帮助更多的人，能够以低成本、更便捷的方式、享受更丰富的体验。在元宇宙里面，用户将集消费者、生产者、宣传者、投资者等两种或多种角色为一身。

▶元宇宙该如何构建？

从当下的技术生态来看，发展元宇宙产业，首先要考虑元宇宙平台自身如何搭建，当平台陆续完成之后，在此之上会有丰富的集成应用，包括像乡村元宇宙、教育元宇宙、工业元宇宙、文旅元宇宙等，元宇宙的建设主要分成两大类共十大技术。

元宇宙十大技术

首先是五大地基性技术，元宇宙是一个多人并发参与的、持续的、共享的数字新世界，数字世界不能凭空出现，需要物理世界源源不断算力的输入才能构建，这里是泛概念的算力，包含了计算、存储、网络、AI以及系统安全等地基性的技术。

地基建设好后，可以比喻为形成了元宇宙的荒漠或者平地，要在荒漠或平地上建设村落、城镇，甚至国家乃至文明，这个时候需要五大支柱性的技术，即交互与展示的技术、数字孪生与数字原生的技术、创建身份系统与经济系统的技术、内容创作的技术、治理技术。理解这五类技术可以从现实的物理世界进行类比，物理世界当中包含了人、物、场、事件（发生历程、生命周期），都可以通过数字孪生的方式映射到到元宇宙当中。

交互与展示技术目前应用较广的是VR（虚拟现实）/AR（增强现实）、裸眼3D、全息投影、脑机接口等；而区块链技术主要运用在元宇宙生活中数字人身份的创建和识别，以及数字资产的存储和流通，也即构建身份系统和经济系统；各种各样的场景，比如像游戏、影视、话剧、旅游、会展等等都需要物理世界中架构师进行内容的创作，也即包含了引擎、平台等内容创作技术和工具；随着人类逐渐从物理世界向数字世界的迁徙，渐渐地会形成群落，便需要共识、治理规则，乃至法律，也即治理技术。

由于目前处于元宇宙早期的阶段，大家都还在“盲人摸象”。分析元宇宙产业，现阶段可以简单地按照十大技术来分类，每项技术其实都对应着较大的产业链。不过从长远来看，元宇宙会成为一个创意的协作网，中长期后，元宇宙产业的分类会围绕着创意的产品或者服务，从生产、流通、销售和服务等维度来进行划分。

▶元宇宙与Web3.0、区块链、AI的关系？

Web（World Wide Web）即全球广域网，也称为万维网，它是一种基于超文本和HTTP的、分布式的超媒体系统。是建立在Internet上的一种网络服务，为浏览者在Internet上查找和浏览信息提供了图形化的、易于访问的直观界面，其中的文档及超级链接将Internet上的信息节点组织成一个互为关联的网状结构。

表格源自摘自 李颖悟（长沙市政协委员, 湖南融链科技董事长），略有修改

Web1.0->Web2.0->Web3.0的发展过程其实就是从只读->读写->可拥有；当然这里的可拥有，准确来说是用户“可部分拥有”。

Gartner2022:区块链和Web3的技术成熟度曲线（含元宇宙）

我们也可以把元宇宙看成是Web3.0的一个大的应用场景，而区块链是元宇宙和Web3.0的底层技术。

元宇宙与Web3.0、DAO、区块链

另外一个角度，区块链是全网同步并链式追加的，加密的分布式共享账本/日志集。这些变化的数据记录下来后，如何利用这些数据产生价值？区块链有着天然、内生的日志集，我们要做的是：利用大数据分析或AI，发展更多用户或精准营销，才能进一步推高项目经济体的总价值。在AI是否会产生意识的问题上，叶毓睿研究员推测以区块链(时间定序)和3D虚拟空间为基础的永续运行的元宇宙，将给AI进化的机会。

元宇宙与Web3.0、AI

总结而言，AI是人的体力和脑力的延伸，代表了生产力，对应效率；区块链是人与人之间平等、协作的延伸，代表了生产关系，对应公平。没有公平，高效率无法持续；只注重公平，低效将导致共同贫穷。