編譯：椰葉

　　來源：原理（ID：principle1687）

　　1. 一個(gè)令人困惑的問題

　　人類在兒童時(shí)期是如何學(xué)習(xí)語言的基本語法結(jié)構(gòu)，然后創(chuàng)造出他們從未聽過的句子？這是一個(gè)已經(jīng)困擾語言學(xué)家很久的問題。

　　著名語言學(xué)家喬姆斯基（Noam Chomsky）曾提出過一個(gè)非常有名的理論：人類具有與生俱來的語言能力，兒童天生就具有適用于所有人類語言的基本語法結(jié)構(gòu)的知識(shí)。這種觀點(diǎn)被稱為普遍語法理論。雖然一直以來，這種觀點(diǎn)飽受批評(píng)，但目前仍沒有強(qiáng)大的理論來解開我們對(duì)于人類究竟如何理解語法規(guī)則的困惑。

　　2. 物理思維的語言分析

　　在一項(xiàng)最新的研究中，巴黎高等師范學(xué)校的物理學(xué)家 Eric DeGiuli 用物理學(xué)思維提出了一種可能的機(jī)制，他提出，這可能涉及到一個(gè)“相變”過程，就像水在結(jié)冰時(shí)會(huì)經(jīng)歷的從液態(tài)到固態(tài)的相變一樣：在兒童憑著直覺掌握語法規(guī)則的過程中，語言中的一些“深層結(jié)構(gòu)”會(huì)突然如結(jié)晶一般變得具體而明晰。在這樣一個(gè)相變過程中，語言從一堆雜亂無章的詞語，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N高度結(jié)構(gòu)化并擁有豐富信息的交流系統(tǒng)。

　　在所有人類語言中都存在這樣一種樹狀網(wǎng)絡(luò)，它是由詞語之間的關(guān)系和決定了詞語組合的語法規(guī)則構(gòu)成的。

一個(gè)典型的英文句子被分解為樹狀結(jié)構(gòu)。 圖片來源：[1]

　　在論文中，DeGiuli 就用英文句子“the bear walked into the cave”（這只熊走入了洞穴之中）來作為例子：這個(gè)句子可以被劃分為一個(gè)名詞短語（NP）和一個(gè)動(dòng)詞短語（VP），而每一個(gè)短語又可以被劃分成更小的詞組。每一次劃分都可以用樹狀圖中的一個(gè)分叉點(diǎn)來表示，而處于在分叉末端的“樹葉”，就是實(shí)實(shí)在在的名詞、動(dòng)詞、代詞等詞語。

　　這樣一種語法的最簡(jiǎn)單類型是上下文無關(guān)文法（CFG），這是幾乎所有的人類語言都共有的一種語法。

　　在新發(fā)表的論文中，DeGiuli 提出可以將 CFG 這種語法視為物理對(duì)象來對(duì)待：在這些樹的“表面”（也就是語法結(jié)構(gòu)之樹的末端），承載著詞語通過所有可能的排列組合形成的句子，這當(dāng)然也包括那些沒有意義的句子。當(dāng)兒童接觸到樹的“表面”（也就是他們聽到的句子）時(shí)，會(huì)本能地推斷出處于樹狀結(jié)構(gòu)“深層”的語法規(guī)則。

　　通過這些語法規(guī)則，他們就能了解在規(guī)則之下，什么句子是可行的，什么是不可行的。這一過程事實(shí)上相當(dāng)于為不同的分叉分配權(quán)重，并且他們會(huì)根據(jù)聽到的語言不斷地對(duì)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整。最終，那些會(huì)延伸出不符合語法規(guī)則的句子的分叉，只會(huì)獲得非常小的權(quán)重，那些句子也就會(huì)被識(shí)別為不可行的句子。

　　DeGiuli 將這些眾多的詞語構(gòu)型視為統(tǒng)計(jì)力學(xué)中的微觀狀態(tài)——一個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成粒子的所有可能排列的集合。

　　在 CFG 中，所有節(jié)點(diǎn)之間的權(quán)重都是相等的，所有句子出現(xiàn)的可能性都是一樣的，因此也就無法識(shí)別出那些由詞語隨機(jī)排列而成的無意義組合。問題是，在所有可能的 CFG 中，是什么樣的權(quán)重分布能讓有的 CFG 產(chǎn)生由詞語隨機(jī)組合而成的句子，有的則會(huì)產(chǎn)生攜帶著豐富信息的句子的？

　　3. 語言中的“相變”

　　DeGiuli 通過統(tǒng)計(jì)力學(xué)中的技術(shù)對(duì)此進(jìn)行了理論分析，他發(fā)現(xiàn)其中涉及到兩個(gè)關(guān)鍵因素：一是這些權(quán)重能在多大程度上“修剪”掉在語法之樹深處的分叉；二是在特定句子出現(xiàn)的樹狀結(jié)構(gòu)表面，它們又能修剪掉多少分叉。

　　在這兩種情況下，分叉的稀疏程度所扮演的角色類似于統(tǒng)計(jì)力學(xué)中的溫度，無論是在表面還是深處，降低溫度都意味著減少更多的權(quán)重。DeGiuli 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)深層的溫度降低時(shí)，也就是讓樹的內(nèi)部變得稀疏時(shí)，會(huì)突然出現(xiàn)一種轉(zhuǎn)變：隨機(jī)無序的 CFG 轉(zhuǎn)變?yōu)榘S富信息的有組織的 CFG。

　　這種轉(zhuǎn)變就是我們?cè)谇懊嫣岬降南嘧儯碌难芯空J(rèn)為，類似這樣的轉(zhuǎn)變機(jī)制或許可以解釋為什么發(fā)育到一定階段，兒童就能很快學(xué)地會(huì)如何構(gòu)建符合語法規(guī)則的句子。因?yàn)楫?dāng)過了那個(gè)點(diǎn)，詞語就不再僅僅只是詞語，而是變成了能構(gòu)成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)且富有含義的句子的成分。

　　兒童并不需要已經(jīng)完成了所有正確的權(quán)重分配才能發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，他們會(huì)繼續(xù)完善對(duì)語言的理解。

　　4. 意義

　　一直以來，許多語言學(xué)家和神經(jīng)學(xué)家就兒童是如何從一堆句子中提煉出語法的展開了廣泛的探討與爭(zhēng)論。DeGiuli 使用歸納推理和概率推理所構(gòu)建的這個(gè)理論，與他在兒童語言習(xí)得過程中觀察到的現(xiàn)象是一致的。而且這個(gè)新的理論是可以做出定量預(yù)測(cè)的，因此有機(jī)會(huì)在未來接受檢驗(yàn)。或許，DeGiuli 所提出的這樣一個(gè)抽象過程最終能在神經(jīng)學(xué)層面與觀察到的現(xiàn)象聯(lián)系起來，那時(shí)，科學(xué)家或許能夠理解是什么阻礙了那些有學(xué)習(xí)障礙的孩子的語言能力，

　　參考鏈接：

　　[1] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.128301

　　[2] https://physics.aps.org/articles/v12/35

總結(jié)

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