摘要：从计算机仿真、虚拟现实到数字孪生，人类逐渐在现实世界之外构建了一个能超越时空限制的虚拟世界，从而大大降低了认识世界的成本。尤其是数字孪生技术以去物质化、时空压缩、实时动态、精准映射的方式，将认识客体的结构、层次与本质进行精准孪生与动态呈现，使认识主体能够实现对现实世界的认识、改造与创造，同时还能节约时间成本、空间成本、体验成本、容错成本等，极大程度地降低了人类认识世界、改造世界与创造世界的风险、成本和代价，为人类低成本认识世界的技术实现提供了新的手段、路径和条件。
数字孪生是一种以现实世界为参照物，通过一定的技术手段将参照物的多元异构的实时动态数据有机整合与精准映射，在虚拟网络中还原为一个去物质化的现实世界，而且能实现现实世界与虚拟世界双向互动的技术手段。数字孪生本身具有实时精准映射、时空压缩并存、人机界面交互等显著特征。人类以此技术为基础，能同时实现对虚拟世界和现实世界的认识、干预、控制及改造，从而为人类认识世界、改造世界和创造世界提供了新的手段、路径、条件和可能性。曾经人类的许多认识和实践活动都需要在高风险和高成本的条件下进行，而如今在数字孪生的辅助下，人类在认识、改造与创造世界的过程中，通过数据的采集与分析、任务的执行与监督、服务的追踪与优化、问题的预测与阻断等，可以在孪生世界中进行低成本操作，从而大大降低了认识世界的成本——这是典型的低成本认识世界的技术实现。本文以数字孪生为例，探讨人类依靠新兴技术构建孪生世界，以实现低成本认识世界的生成逻辑和内在机制。
一、低成本认识世界的三次技术转变
在历史长河中，人类为了充分认识世界与改造世界，一直在探寻能够延伸自身器官的技术手段。自计算机诞生和互联网兴起以来，人类依靠信息技术的发展逐渐在现实世界之外构建起一个能超越时空限制的虚拟世界，为认识与实践活动提供了一个低成本的实验环境，从而极大地降低了认识世界的成本。历史地看，旨在构建一个虚拟认识对象的技术要从20世纪50年代发展起来的计算机仿真技术说起。截至目前，人类以低成本认识世界的技术尝试大致经历了三次转变。
第一次转变发生的标志是计算机仿真技术的诞生，让人类低成本认识世界的场所从现实世界转变为仿真对象的虚拟世界——发现虚拟世界。在计算机仿真技术诞生之前，由于受到技术与时空的限制，人类在很多情况下要为认识与改造世界付出巨大的肉体和精神代价。因此，他们希望将自身想象的那个抽象世界具象化，以便于降低探索未知世界的成本，但这一梦想直到计算机仿真技术诞生之后才得以实现。计算机仿真技术是通过运用一定的规则和秩序，构建一个映照现实的系统和解决问题的理论模型，旨在让人们更接近他们的认知结果，从而达到解决问题的目的。换言之，计算机仿真技术旨在构建一个真实世界中复杂系统的“硅替身”，使我们能在计算机上进行可重复的受控实验。这样，原本那些高度危险的，以及肉身在场无法承受的实验，都可以在这个“硅替身”的“微世界”中展开。在计算机仿真技术的辅助下，人类终于发现了一个虚拟世界，而它在一定程度上就是人脑的客观反映或认知图式的技术化再现。
第二次转变发生的标志是虚拟现实技术的诞生，让人类低成本认识世界的方式从生硬的人机交互转变为全方位沉浸的感觉体验——体验虚拟世界。在20世纪80年代末期，虚拟现实技术在计算机仿真技术的基础上得以发展起来。虚拟现实技术的崛起，让人类在认识世界的过程中，能充分调动各种感觉器官的参与，产生一种极致和愉悦的情感体验，从而延伸了人的感觉器官。尼古拉·尼葛洛庞帝（Nicolas Negroponte）指出，虚拟现实“通过让眼睛接收到在真实情境中才能接收到的信息，使人产生‘身临其境’的感觉。更重要的是，你所看到的形象会随着你视点的变化即时改变，这就更增强了现场的动感”。由虚拟现实技术所构建起来的那个世界，就如同各种艺术想象所体现的虚幻世界一样，它使我们能够“享受”到所描绘的那种体验，却不需要付出很大的代价。但这个虚拟世界其本身的存在实质上是一种理想世界，它在给予人们极致的感官体验之余，又以另一种“现实”的方式而出现。因此，当我们“完全沉浸在这个不同的世界中……它的感受是完全真实的，甚至可能达到超真实——比真实体验还真实。”
第三次转变发生的标志是数字孪生的诞生，让人类低成本认识世界的方式从感觉体验发展到实时双向互动、精准映射的孪生世界的构建——不仅认识虚拟世界，而且改造和创造现实世界。从计算机仿真到虚拟现实，其做到的人与虚拟世界双向互动、虚拟世界与现实世界精准映射的程度都非常低，甚至由虚拟现实技术所构建的虚拟世界，都被人们戏称为另一个“现实世界”。因此，人们要想实现人、现实世界与虚拟世界之间的动态交互，只能谋求于一种新的技术手段。21世纪初，在计算机仿真与虚拟现实技术的基础上，数字孪生应需而生。2002年，迈克尔·格里夫斯（Michael Grieves）在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上正式提出数字孪生的概念，并将其定义为三维模型，包括实体产品、虚拟产品以及二者间的连接。而这个连接的方式就是数字线程（digital thread），它目前已被成功应用于捕捉全生命周期的现实世界的动态数据并对其进行分析，以寻找减少工具成本和缩短交付时间的机会，同时提高实践效率和创新能力。这样，数字孪生最终在计算机仿真、虚拟现实与数字线程技术的基础上，实现了将虚拟世界与现实世界进行叠加的功能，并能在复杂的虚实世界中自学习和自适应。同时，数字孪生还能在一组可选的操作、编排和执行技能之间做出决定，能精准访问非常现实的模型，以了解当前流程状态以及它们自己在与现实世界中的环境交互时的行为。
总的来说，人类低成本认识世界的技术尝试经历了这三次转变，不断地为人类低成本认识世界带来契机（如表1所示）：第一次是借助于计算机仿真技术发现了虚拟世界，节约了人类认识世界的时间成本、空间成本；第二次是借助于虚拟现实技术，在发现虚拟世界中体验到它的真实存在，节约了时间成本、空间成本、体验成本；第三次是借助于数字孪生技术，在可以体验到的虚拟世界中开展认识、改造并创造世界的活动，不仅节约了时间成本、空间成本、体验成本，更重要的是节约了容错成本、数据处理成本、人机交互成本、管理成本等等。
从前两次的技术转变来看，计算机仿真与虚拟现实技术给人类带来的低成本探索世界的效果显然已经凸显出来并为大众所熟知。但对于数字孪生而言，由于其诞生的时间很短，应用主要集中在智能制造领域，其本身的低成本认识世界、体验世界、改造世界与创造世界的价值尚需进一步拓展，尤其是其在哲学认识论领域还是一片有待开垦的处女地。按照陶飞的观点：数字孪生作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，可将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界，形成高保真的动态多维、多尺度、多物理量模型，为观察物理世界、认识物理世界、理解物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供了一种有效手段。由此可见，数字孪生确实在人类认识、改造与创造世界中具有重大的现实意义与理论价值。下文将从认识论的视角进一步探讨数字孪生技术在低成本认识世界中的生成机制和内在逻辑。
二、低成本认识世界的内在技术逻辑
数字孪生的诞生，为人类探索未知世界提供了成本较低的技术手段。自人类诞生伊始，就从未停止通过“两种探索”方式去无限地逼近这个世界的真相：一是向内探索人类自身的生命奥秘；二是向外探求人类自身以外的“他者”及其与人的关系，尤其是探索人类自身以外的未知世界。但无论是哪一种探索活动，大多都需要承担很大的风险与代价，这源于低容错实验环境——人类的探索活动必须直接投身其中，他们必须要为潜在的风险承担最为直接的后果。然而，随着新一代信息技术的不断发展，数字孪生正在改变以往的那种低容错的实验环境。重新审视数字孪生，它本身在为人类探索未知世界提供一个高容错的实验环境的同时，无疑也在赋予我们一种探索未知世界的新手段、路径、条件和可能性——虽然“并不是我们的工具塑造了我们的行为，但是工具赋予了我们行为发生的可能。”安东尼·吉登斯（Anthony Giddens）指出：“统一时间是控制空间的基础，可以从空间与地点相分离的角度来理解‘虚化空间’的发展。”而数字孪生所形成的孪生世界与现实世界在时空上的对等关系，正在将人类从直接的认识与实践的活动中抽离出来，人们在将它用于各种创新探索实验时，往往能间接地操控实验过程。那么，人们的高危实验过程便不再需要直接的“具身在场”，而是一种具身情境下的远程“分身在场”，从而提高了科研探索的容错能力，这无疑能在科研探索活动中极大程度地降低实验风险与成本。
关于数字孪生的认识与实践的风险与成本的探讨，关涉到各种具体的认识与实践活动，而且它本身在研发、管理与服务等方面都具有降成本的巨大优势。以智能制造为例，数字孪生在智能制造领域的应用与发展，其实早已贯穿到其发展的全生命周期，包括运用数字孪生降低研发成本、设计成本、运营成本、服务成本等各个方面，已形成一个稳定的价值链闭环，且它能在持续动态的系统中，不断地进行自我优化与自适应，具有极高的技术泛化能力。而这种技术本身的特点，也就决定了它内部的技术生命力与自身的价值效益的转换。而这种转换从根本上又取决于数字孪生准确地映射现实的能力，使用它就可以在特定的基础上对创造对象和配置的更改进行执行和测试，以前所未有的效率建立、测试和操作复杂系统。正因为如此，从一个狭义的认识主体与认识客体的交互关系来看，也才更有利于促进认识主体精准地访问和操控相应的应用程序。由此，介于孪生体与认识客体之间的认识主体本身更具主动性和创造性，而且在认识的过程中也更能提高认识效率和改造的质量。此外，数字孪生在认识与实践的过程中，还可以提供一种主动控制策略，它使认识主体与认识客体的“可选状态”，客体中变化条件的“可选响应状态”，以及推断客体中的“未来状态”进行交互，这能为认识主体的决策与执行提供实时的指导，进而提升人机交互系统的管理效能，节约管理成本。同时，数字孪生在认识与实践过程中所扮演的角色，主要是将虚拟世界与物理世界进行重叠，这种技术手段在很大程度上能为系统运行问题提供预测，并及时安排预防性维护，为减少停机时间或防止停机等方面提供早期洞察，并辅助认识主体进行未来的系统升级和计划新的发展走向，从而极大地降低了系统验证、测试与发展的成本。
回归到人类对自身的探索维度，由数字孪生而创生的可控制的虚拟世界，也为人们探索自身内部的奥秘提供了便捷通道。数字孪生可以通过精准映射人类自身，从而为人们理性地认识自己创造了一种新的视野——它以一种“对象化”的技术手段，让人们对自己的探索形成一种新的科技理性观，人们只需要不断地借助数字孪生对自己进行数据画像，就能在此过程中更清楚自身的身体状态。这样的话，在数字孪生支撑下的人类对自身的探索，便能置身于自己的延伸对象中去认清自己、反思自己和掌控自己，以至于在相应的“认识你自己”的活动中，相较于传统的那种只以“身体信号为指引”的认识方式，更能降低人类对自身的认识成本，尤其是降低医疗健康成本。凯文·凯利（Kevin Kelly）指出：“我们手中的每一种工具都会为文明带来新的解读事物的方法、新的生活观和新的选择。每一种运用于实践的科技都会扩展我们的生命力所达到的范围。”而随着在数字孪生支撑下的这种向内的探索活动的便利程度不断提高，其越发引导人们将注意力集中于反思探索过程的伦理性与探索结果的合目的性。也就是说，人们在探索内在世界的过程中，由于能动态地关注自身，它恰好给我们解读个体的“文明”提供了一种新的方法、观点和选择，而我们自身也在这种选择的过程中更容易受到自身理性的约束，从而扩展了我们自身理性的“生命力”。那么，借助于数字孪生所实现的这种自我的对象化，自然就会驱使人们在探索未知世界的过程中不断地鞭策自己，从而避免了很多“科技向恶”发展的代价。
三、认识、改造与创造世界的技术联结
由于人类的认识活动与客观世界之间存在着矛盾，从而为人类认识世界、改造世界和创造世界提供了根本性的动力源泉。也正是因为这种矛盾的存在，使人类在认识、改造与创造世界的过程中，始终处在一种“未满”的状态，而认识的结果始终“只是由不断的接近而被达到，也就是说，客体代表着一个其本身永远不会被达到的极限。”换言之，人类认识、改造与创造世界的活动是一种无休止的活动，始终处于“未达到”的状态。但随着认识工具的不断迭代与创新，人类与客观世界之间的关系变得越来越紧密，人类自身的器官也开始得到技术化延伸，这让人类的认识活动与客观世界间的矛盾得到缓解。然而，由于人类在认识世界、改造世界与创造世界的活动中，存在着时间上的滞后性——“人不能两次踏进同一条河流”，这导致人类总是在改造“历史”中的世界，而不是改造现存的世界和即将到来的世界。因此，人类在探索未知世界的活动中，自然容易受到认识、改造与创造世界之间的“鸿沟”的限制，以至于无法正确地对此在的世界做出合理的认识与改造。而造成认识、改造与创造世界之间的这种鸿沟的诱因——时间与空间的非同时存在，主要源于时间与空间、认识主体与认识客体的分离，以及现实世界在人脑中的延迟反映，并最终导致了认识主体与认识客体之间的“时间差”。因此，如果这种时间差与延迟反映问题得不到解决，那么横亘于人类面前的将永远是爱因斯坦所指出的那种世界：“在我们之外有一个巨大的世界，它在我们的面前就像一个伟大而永恒的谜。”仅以人类现有的智慧和能力，只能认识“我们的观察和思维所能及的”部分世界，以至于人类“对这个世界的凝视深思，就像得到解放一样吸引着我们”，但我们却永远无法认识到它的全貌。即便能认识它的全貌，也只能在经典马克思主义所指出的那种历史的世界中重复地用不同的方式“解释世界”，可是人类在认识世界的过程中的最根本问题却在于“改变世界”。
但是，随着数字孪生的不断发展，人类认识、改造与创造世界的固有状态开始得以进一步改变。按照安东尼·吉登斯（Anthony Giddens）的观点，时间与空间是紧密联系在一起的，“什么时间”与“什么地点”是不可分离的。换言之，在人们所处的那个传统的世界中，时间与空间是不能分离的。所以，在那样的历史时代中，要想认识与改造处于不断变化中的客观世界，无疑困难重重。但自从数字孪生出现，之前的状态正在被改变。因为由数字孪生所构建起来的孪生世界，在超越时间与空间限制的前提下，实现了时间与空间的统一，实现了“人—现实世界—虚拟世界”的技术“联姻”。此时，在人类认识世界与改造世界的活动中，时间作为一种“虚化”的时间，它脱离了具体的空间，具有一种超越空间的因果关系的特性。于是，具体空间的意义降低了，具体地域空间与更广阔的空间联系起来了。世界著名新锐历史学家尤瓦尔·赫拉利（Yuval Noah Harari）认为：人类“所体验到的一切都是脑电活动的结果，所以理论上确实能模拟出一个我完全无法与‘真实’世界分辨的虚拟世界。”而如今得益于数字孪生的辅助，从某种程度上说，人类已经突破和超越了认识、改造与创造世界之间的反应延迟与时间差，超越了认识主体与认识客体之间的隔阂，在认识、改造与创造世界的过程中，已经从技术层面而不仅仅是理论或原则层面，构建了一个时间与空间同在的、“无法完全与‘真实’世界分辨的虚拟世界。”
数字孪生助力人类实现了认识、改造与创造世界的技术联结。数字孪生依赖于高速、敏捷、实时的传感器与可视化技术，集大数据、人工智能、云计算、全息投影、虚拟现实与仿真技术于一身，通过对现实世界的实时动态的表征，忠实地为人类呈现了一个对象世界——孪生世界（如图1所示）。孪生世界的构建，得益于作为认识主体的人类利用数字孪生技术，做到对认识客体的结构、层次与本质的实时动态的数据成像。这样，孪生世界也就变成了现实世界的延伸、增强与发展。它在再现与延伸现实世界的结构、层次与本质的同时，超越了现实世界的时间与空间的限制。而在这个孪生世界中，它的去物质化属性并不是指它摆脱了物质的本源，而是指它以数据、信息、图形等方式表征了物质实体所传达出来的原始本质。
因此，在这样的条件下，认识主体以数字孪生所映射的那个“微缩”世界为认识的对象，以人机交互的方式便能同时进行三项活动：一是实时、动态、精准地表征与反映认识客体的动态变化关系——认识世界；二是对认识客体的动态变化关系进行结构与层次的改造活动——改造世界，如果经过认识主体的改造活动，认识客体的本质属性发生了变化，那么认识主体将在此过程中创造一个孪生新世界——创造世界；三是认识主体以人机交互的方式，直接创造一个在此之前并不存在的认识客体，从而也就重新创造了一个孪生新世界——创造世界。如果认识主体持续地开展这三项活动，那么他最终将会发现，原来理想的那个世界终于在数字孪生的“合规律性”与认识活动的“合目的性”中得以实现。因此，认识客体也在认识主体的改造与创造能力增强的前提下，不断变得与人类社会和谐共处。
而在这个新的孪生世界中，从技术时间维度来说，通过以动态的数据表征所实现的孪生世界与现实世界的重叠，人类实现了“时间的空间化”与“空间的时间化”，使人类原有认识的现实世界具备了“超时空”属性，让人类所要认识的整个对象世界变为一个按原有比例精准压缩后的“微世界”，为人类认识世界提供了新的低成本的实验“场所”。一方面，“时间的空间化”使得抽象的时间更富有空间感和立体感，以空间的可视性丰富了时间的抽象性，减少了各种认识与实践活动的时间成本；另一方面，“空间的时间化”使得纷繁复杂的认识客体拥有了清晰的发展脉络，而这种发展脉络的历史与现实又以动态的方式呈现，认识主体便得以借此优势提高了认识的效率。与此同时，由于每个将要被人类认识与改造的世界都是在此刻存在的真实世界，那么人类在认识世界基础上的改造与创造世界的活动，就会因为数字孪生所赋予的“空间的时间化”而获得具体的现实意义：当我们在观察任何事件时，总要直接地、直观地确定它在空间和时间秩序中的地位。因此，数字孪生助力所达成的“两化”特征，恰好使得“空间和时间可描述为参照框架，这种框架不是以经验为根据，而是直观地用于经验，而且完全可以用于经验。”那么，认识主体在开展相应的探索活动时，便超越经验指导实践，把动态的数据作为一个“理性”的框架，把认识主体重新定位为一种与现实世界一样具备变化属性的物的存在，这就获得了动态变化中的一种“相对静止”的状态，减少了认识主体不断追踪认识客体的“此在状态”的成本。
也就是说，数字孪生使得人类当下正在认识与改造的这个世界，就是现存的、此在的动态世界，而不是过去的、虚幻的世界。并且，在认识世界的过程中，借助数字孪生这一虚实融合、动态交互的工具，人类认识、改造和创造世界的活动自然就表现为一种时空上“共在”的直接活动，而不是表现为认识世界在先、改造世界与创造世界在后的间接实践活动，也不是改造世界与创造世界在先、认识世界在后的先验实践活动。当然，从某种程度上来说，数字孪生也无法真正达到与客体的动态世界绝对的同步，因为发生了的才能被映射，而不是一种先验存在的映射。但可以明确的是，孪生世界对现实世界的动态感知，确实已经在无限地逼近，那么自然也就更能实现人类认识能力的最大化。因此，在数字孪生技术的辅助下，认识主体将认识活动与对认识客体的改造活动进行了联结。认识主体是以数字孪生的预测、决策与执行规划为指导原则的，认识活动就是将相应的指导原则作为实践活动的直接指导原则，由此也就实现了认识主体的认识与实践在认识、改造与创造世界的时空观上的统一。
这种联结与超越，真正把认识主体与认识客体的关系问题作为一个思考的根本前提，以至于这种认识与改造世界的方式，不会被认识主体在前而认识客体在后，或认识客体在前而认识主体在后的局限所束缚。事实上，前者往往容易形成以人类为中心的认识至上观，而后者往往容易导致对“历史”世界的认识与改造，而不是对认识主体与认识客体的动态关系中所存在的那个孪生世界的改造与创造。如此说来，数字孪生将认识主体与认识客体在动态关系中合二为一，这实质上是将两者作为一个整体来看待，真正体现了两者在“关系”维度上的技术联结与内在的映射超越，深刻地揭示了数字孪生在认识论层面所具有的独特价值：它将认识、改造与创造世界进行了内在的、本质的与动态的技术联结，突出了物理世界作为一个不可分割的有机整体的属性。既然世界是一个有机整体，认识主体也许会实现将“认识活动”“认识客体”与“技术的联结”统一在“认识客体”之中，那么改造与创造世界的人类理想，将会在以数字孪生作为“技术的联结”的手段而辅助人类实现“认识客体”与“认识主体”的“不自觉的和无条件的前提”中得以实现。最终，人类认识世界、改造世界与创造世界的伟大活动，超越了认识主体与认识客体之间的“分离”与“隔阂”，变成了一个以孪生时空为主导的统一实践活动。而这种联结与超越本身已冲击了认识主体的思维惰性、封闭性和固着性，在很大程度上激发了他们的自由意志、批判精神和创造能力。
总体来看，数字孪生已真实地映射了人类认识与改造的世界的内部宏观架构、联结机制与发展规律，这与人类的思维方式和实践活动方式较为耦合，并让人类改造世界的活动与存在于其自身中的那种最高的“善”相连接。那么，人类在认识、改造与创造世界的活动中，自然会以三种方式行事：一是遵循事物发展的客观规律；二是遵循人类社会发展的客观规律；三是遵循人类自身内部的运行规律。如此一来，人类自觉的、自发的认识、改造与创造世界的活动，就会使其在技术人工物的创造活动中萌生“反身性”思想，而这种思想让人类在弄清自身的处境之后，自然就会秉持一种最高的“善”去认识与改造那个我们曾经熟悉而陌生的世界，实现认识与改造世界的过程的从“恶的状态”向“善的状态”的转变。这样的话，数字孪生的哲学意蕴便与人类的终极命运、世界的终极奥秘相互嵌套与相互作用，并驱使人类按照现实世界的本来面目去认识、改造与创造世界，并建立起一个“合规律性”与“合目的性”的自由王国。
（徐瑞萍，佛山科学技术学院法学与知识产权学院副教授；吴选红，广东理工学院马克思主义学院教师。）
以上文章原载于《学术研究》2022年第7期，文章不代表《学术研究》立场。
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