# 認知功能的跨基底實現：從神經元到光、電子與場

**系列：認知功能體的物理實現與自然可觀測性研究，第 2 篇**  
**版本：v0.1**  
**日期：2026-08-28**  
**狀態：公開草稿／人工可實現性論文**  
**作者：** Neo.K  
**機構：** EveMissLab／一言諾科技有限公司

## 摘要

上一篇將關係、結構、動力與功能重新表述為一個耦合生成系統，並指出功能不應被簡化成靜態結構的直接函數。本篇進一步研究一個較弱、但可以被現代工程直接檢驗的問題：類似當代人工智能的功能，是否必須依賴傳統數位電子計算機、特定神經元形態或碳基生物材料？

本文提出「人工認知功能可實現性」（Artificial Functional Realizability, AFR）作為工作性概念。AFR 不討論人工智能是否具有現象意識，也不假定人類意識的充分條件已知；它只研究一組可操作測量的 AI-like functions，例如非線性資訊轉換、記憶、分類、預測、適應、狀態依賴處理、學習與閉環控制，是否能由不同物理 substrate 實現。

現有研究已提供相當直接的跨基底證據。2022 年的 deep physical neural networks 已展示光學、機械與電子三種彼此不同的物理系統可經 physics-aware training 執行圖像與聲音分類；2026 年的 integrated photonic neural network 更在單一 photonic chip 上執行線性與非線性運算，並以 on-chip gradient-descent backpropagation 進行端到端訓練；同年的 model-free metasurface neural network 則把經人工配置的開放電磁環境本身轉化成 computational space，利用多重散射、干涉與可調 metasurface 直接執行學習、辨識、聚焦與定位。光驅動 neuromorphic hardware 也已形成包含 optoelectronic synapses、neurons、crossbars、in-sensor computing 與 machine vision 的多種實作路徑。

這些結果支持一個保守但重要的命題：至少部分 AI-like functional organization 具有物理多重實現性，

$$
\boxed{
\text{AI-like function}
\not\Rightarrow
\text{one unique physical substrate}
}
$$

然而，physical reservoir、physical neural network、neuromorphic device 與 autonomous cognitive functional system 並不是同一層級。許多現有裝置仍依賴外部任務定義、資料集、loss function、讀出層、控制器、能源、參數更新或數位輔助。因此本文提出 AFR 分級，區分 native physical inference、native state/memory、in-situ adaptation、closed-loop embodiment 與自主功能閉合。

本篇的最終結論不是「光、電子或場具有意識」，而是：人為生成的材料、幾何、場邊界與關係約束已足以讓多種非神經物理系統承載若干 AI-like functions。真正未解的問題因此被推向下一篇：如果人工設計者可以把自然物理自由度組合成這些功能類，自然動力本身是否也存在不依賴設計者的生成路徑？

**關鍵詞：** 人工認知功能可實現性、physical neural network、photonic neural network、neuromorphic computing、physical reservoir computing、metasurface、電磁場、跨基底實現

---

## 1. 本篇刻意不問「它有沒有意識」

討論人工智能、神經系統與異質物理 substrate 時，最容易發生的問題，是把至少三個不同命題混在一起：

$$
\text{computation},
$$

$$
\text{cognitive-like function},
$$

以及

$$
\text{phenomenal consciousness}.
$$

目前沒有一個已驗證的物理定理，可以讓我們從「完成某種計算」直接推出「具有意識」；同樣地，我們也沒有一個 substrate-neutral 的充分條件，可以由外部測量直接證成人類、AI 或其他任意物理系統的現象意識。

因此本文採取更弱、也更可實驗的定義。

令一組 AI-like functional observables 為

$$
\Psi_{\mathrm{AI}}
=
\left(
T,
N,
M,
L,
P,
A,
C,
G
\right),
$$

其中可分別表示：

- $T$：task-relevant transformation；
- $N$：nonlinear state-dependent processing；
- $M$：memory；
- $L$：learning；
- $P$：prediction / inference；
- $A$：adaptation；
- $C$：closed-loop control；
- $G$：generalization。

本文只問：

> 不同物理 substrate 是否可以在指定任務與誤差下實現 $\Psi_{\mathrm{AI}}$ 的一部分？

這個問題即使完全不解決意識問題，也具有獨立的物理與工程內容。

---

## 2. 人工認知功能可實現性 AFR

令物理 substrate family 為

$$
\mathcal M
=
\{
m_{\mathrm{electronic}},
m_{\mathrm{photonic}},
m_{\mathrm{mechanical}},
m_{\mathrm{chemical}},
m_{\mathrm{field}},
\ldots
\}.
$$

給定 substrate $m$，人工設計者可控制的構成集合記為

$$
\mathcal C_{\mathrm{art}}(m)
=
\mathcal G
\times
\mathcal R
\times
\mathcal B
\times
\mathcal U
\times
\Theta,
$$

其中：

- $\mathcal G$：幾何與拓撲；
- $\mathcal R$：可設計耦合與關係；
- $\mathcal B$：邊界條件；
- $\mathcal U$：外部輸入、控制與 feedback；
- $\Theta$：可訓練物理參數。

構成 $c$ 產生物理軌跡

$$
\mathcal T(c)
=
\left[
X(t),R(t),S(t)
\right]_{t_0}^{t_1},
$$

再由任務 functional

$$
F_\tau(c)
=
\mathcal J_\tau[\mathcal T(c)]
$$

評估。

若存在

$$
c^\star
\in
\mathcal C_{\mathrm{art}}(m)
$$

使

$$
d_\tau
\left(
F_\tau(c^\star),
F_\tau^\star
\right)
\leq
\varepsilon,
$$

則稱目標功能 $F_\tau^\star$ 在 substrate $m$ 上具有 $\varepsilon$ -AFR。

可記為：

$$
\boxed{
\mathrm{AFR}_{\varepsilon}
(m,\tau)
=
1
}
$$

此定義完全不要求 $m$ 長得像神經元，也不要求其內部變量與 ANN neuron 一一對應。

---

## 3. Physical neural networks 已經直接支持跨 substrate 功能實現

2022 年 Wright、Onodera 等人提出 physics-aware training，將可控制物理系統直接視為 deep physical neural network 的物理層。

該工作特別重要的一點是：物理層不需要在數學上與傳統 ANN layer 同構。研究者分別使用：

- 非線性光學 second-harmonic generation；
- 金屬板的機械振盪；
- 非線性電子振盪器；

執行圖像與聲音分類。

因此得到：

$$
m_1
\neq
m_2
\neq
m_3,
$$

但：

$$
F_\tau(m_1)
\approx
F_\tau(m_2)
\approx
F_\tau(m_3)
$$

可以對同一類 machine-learning task 成立。

這是一個非常直接的 functional multiple realizability 實驗。

真正被訓練的不是某個抽象 ANN 的完整數位模擬，而是物理系統自身的 input-output transformations。

所以至少可以說：

$$
\boxed{
\text{useful trainable neural-like transformation}
\not\Rightarrow
\text{digital transistor-level implementation}
}
$$

---

## 4. Physical reservoir computing：物理動力本身可以成為運算資源

Physical reservoir computing（PRC）提供另一條路。

一個具有高維、非線性與歷史依賴的物理系統可以接受輸入：

$$
u(t)
$$

並產生內部狀態：

$$
X(t)
=
\mathcal D
\left(
X(t-\Delta t),u(t)
\right).
$$

若這些狀態對輸入歷史形成豐富而可分離的映射，則簡單 readout

$$
y(t)
=
W_{\mathrm{out}}X(t)
$$

即可完成分類、預測或時間序列任務。

2024 年 *Nature Electronics* 的綜述指出，physical reservoir computing 可利用多種 physical systems，包括 electronic、optical 與 mechanical devices；其核心就是直接收割材料或裝置的原生動力作為計算資源。

這支持：

$$
\boxed{
\text{physical dynamics}
\rightarrow
\text{computationally useful state transformation}
}
$$

但 PRC 同時提醒我們一個非常重要的邊界：

如果真正學習的只有外部數位 readout

$$
W_{\mathrm{out}},
$$

那麼不能把整個 task accomplishment 都歸因於 reservoir 本身。

所以：

$$
\boxed{
\text{computational capacity}
\neq
\text{autonomous functional closure}
}
$$

這個區分在後續自然認知搜尋中尤其重要。

---

## 5. 光本身可以直接承載神經網路式轉換

Photonics 是目前 AFR 最清楚的物理平台之一。

光場天然具有：

- 高頻寬；
- 大規模平行傳播；
- diffraction；
- interference；
- wavelength multiplexing；
- phase/amplitude degrees of freedom。

對 electromagnetic field，可概念性寫成：

$$
\mathcal M_{\mathrm{EM}}
\left[
E_{\mathrm{in}},
H_{\mathrm{in}};
\epsilon(\mathbf r),
\mu(\mathbf r),
G,
B,
\Theta
\right]
\rightarrow
(E_{\mathrm{out}},H_{\mathrm{out}}),
$$

其中：

- $\epsilon(\mathbf r)$ 、 $\mu(\mathbf r)$：材料空間分布；
- $G$：幾何；
- $B$：boundary conditions；
- $\Theta$：可調參數。

因此「空間幾何」不是單純外觀。

它可以直接定義一個物理 operator。

在 diffractive deep neural networks 中，多層可訓練 diffractive elements 可透過光的 diffraction 與 interference 直接完成 network transformations。2026 年的綜述已將 free-space 與 on-chip D2NN 的 classification、3D perception、edge learning 等發展統整成相對成熟的 optical-computing 路線。

因此：

$$
\boxed{
\text{geometry of propagation space}
\rightarrow
\text{computational transformation}
}
$$

在工程上已不是純理論猜想。

---

## 6. 2026：on-chip photonic backpropagation 使人工版本再往前一步

2026 年 Ashtiani、Idjadi 與 Kim 在 *Nature* 發表 integrated photonic deep neural network，實現 end-to-end on-chip gradient-descent backpropagation。

其重要之處在於，線性與非線性運算都由同一 photonic chip 執行，並在兩個 nonlinear classification tasks 中達到超過 $90\%$ 的準確率，與 reference digital model 的 accuracy 與 robustness 相當。

因此 artificial photonic realization 不再只是：

$$
\text{digital training}
\rightarrow
\text{optical inference}.
$$

而已經進一步朝：

$$
\boxed{
\text{physical forward dynamics}
+
\text{physical nonlinearities}
+
\text{on-chip learning}
}
$$

移動。

這仍然不是 autonomous agent。

資料、task、loss function、能源、控制架構與實驗邊界仍是人工設定。

但它證明：

> 訓練這件事本身也不必永遠留在外部 CPU/GPU。

這對 AFR 的強度非常重要。

---

## 7. 電子—光子混合 neuromorphic hardware：功能可以直接嵌入感測材料

2026 年對 light-driven neuromorphic hardware 的綜述整理了多種 photoresponsive material platforms，包括 perovskites、low-dimensional semiconductors、phase-change materials、oxides 與 organic–inorganic hybrids。

其實作已包括：

$$
\text{optoelectronic synapse},
$$

$$
\text{artificial neuron},
$$

$$
\text{crossbar array},
$$

以及：

$$
\text{in-sensor / machine-vision processing}.
$$

這裡的物理機制可以不是傳統 CMOS logic，而是：

- photocarrier generation；
- charge trapping；
- ion migration；
- excitonic dynamics；
- phase change。

因此「memory」或「synaptic state」可以直接由材料內部物理狀態承載：

$$
H_t
=
H_{\mathrm{material}}(t).
$$

也就是：

$$
\boxed{
\text{material state}
\rightarrow
\text{memory / adaptive weight}
}
$$

這再一次說明，一個 AI-like functional variable 不需要唯一的 microscopic implementation。

---

## 8. 最接近「場／空間幾何域約束」的案例：computational space

2026 年 Song 等人在 *Nature Communications* 提出 model-free metasurface neural network 與 computational space。

這個案例與本文問題尤其接近，因為計算不再只發生於一塊 isolated chip。

研究者在開放空間中布置多個 computational metasurfaces，使環境中的 electromagnetic waves 與 objects、human bodies、metasurfaces 反覆散射與干涉。

因此：

$$
\text{environment}
+
\text{boundary geometry}
+
\text{tunable scattering nodes}
$$

共同形成：

$$
\text{physical computational medium}.
$$

其 physical parameters 透過實際量測到的 electromagnetic feedback 進行 model-free forward optimization。

實驗展示了：

- 複雜散射環境中的 wave focusing；
- alphabetic pattern recognition；
- numeric pattern recognition；
- human localization。

也就是說，人工約束不只是改變一個裝置的內部矩陣，而可以改變：

$$
\boxed{
\text{整個局部空間中的波動因果關係}
}
$$

使一個原本只是 propagation environment 的區域變成 task-specific computational environment。

這與「空間幾何域約束本身能否成為認知功能載體的一部分」高度相關。

---

## 9. 但 computational space 仍然是「人工版本」

這點必須非常嚴格。

即使一個 electromagnetic environment 可以：

- sensing；
- processing；
- learning；
- adaptation；
- localization；

它仍然是由研究者：

- 選擇目標；
- 布置 metasurfaces；
- 定義 loss；
- 提供 training samples；
- 定義 probes；
- 設計 parameter-update rule。

因此：

$$
\boxed{
\mathrm{AFR}=1
}
$$

不推出：

$$
\boxed{
\mathrm{NDR}=1
}
$$

其中 NDR 將在下一篇表示 Natural Dynamical Realizability。

也就是：

> 人類能把空間訓練成計算介質，不代表自然界會自行形成具有等價功能的空間。

這正是人工與自然問題必須切開的原因。

---

## 10. 「場」也不等於某種神秘新材料

本文使用 field substrate 時，不是把「場」當成一個與物質完全分離的神秘載體。

實際的 physical computing 通常包含：

$$
\text{field}
+
\text{matter}
+
\text{boundary}
+
\text{geometry}
+
\text{source}
+
\text{detector}.
$$

例如一個 photonic system 的有效自由度來自：

$$
(E,H)
$$

在 material susceptibility、waveguide、cavity、scattering object、phase shifter 與 detector 所形成的邊界中演化。

因此本文真正支持的是：

$$
\boxed{
\text{field-mediated relational dynamics}
\text{ can implement AI-like functions}
}
$$

而不是：

$$
\boxed{
\text{free field alone is intelligent}
}
$$

後者需要完全不同的證據。

---

## 11. 人工生成自然界少見的約束組合

AFR 的另一個重要面向是：

人工工程並不只能重現自然界已經常見的結構。

Metamaterials、metasurfaces、photonic circuits 與 architected systems 可以建立在自然環境中極少見、或至少目前未知會自發穩定形成的：

- coupling topology；
- spatial phase profile；
- unit-cell geometry；
- distributed boundary conditions；
- feedback loop；
- time-dependent control law。

因此人工系統真正擴張的是：

$$
\mathcal C_{\mathrm{art}}
$$

而不只是材料集合 $\mathcal M$。

換句話說：

$$
\boxed{
\text{new function}
\text{ can arise from new relation/constraint architecture}
}
$$

而不必先發現一種全新的 fundamental particle。

這與前一系列 DCDC 的 constraint-to-control transformation 直接相連：原本固定的 geometry、boundary 或 scattering environment，一旦成為 design variable，就會擴張可達 functional space。

---

## 12. AFR 必須分級，否則「它會 AI」太模糊

本文提出一個工作性 AFR ladder。

### AFR-0：可被外部利用的物理計算容量

系統具有：

$$
\text{rich dynamics}
$$

但真正 task readout 完全由外部完成。

典型例子包括大量 physical reservoir。

它證明：

$$
\text{useful computational capacity}
$$

但不證明系統自身具有 task closure。

### AFR-1：Native Physical Inference

主要 forward transformation 由物理 substrate 自身完成：

$$
u
\xrightarrow{\text{physical dynamics}}
y.
$$

訓練可以在外部完成。

許多 diffractive optical networks 可放在此層。

### AFR-2：Native State / Memory / Nonlinearity

系統不只做瞬時線性映射，其內部材料或動力狀態直接承載：

$$
M,
N,
H.
$$

例如 optoelectronic synaptic devices、nonlinear physical reservoirs。

### AFR-3：In-situ Physical Adaptation

可訓練的 physical degrees of freedom 在實體系統中被更新：

$$
\Theta_t
\rightarrow
\Theta_{t+1}.
$$

2022 的 PNN physics-aware training 與 2026 photonic on-chip learning 分別代表不同強度的 in-situ / native training 路徑。

### AFR-4：Closed-loop Physical Functional System

感測、計算與對環境作用形成：

$$
E
\rightarrow
X
\rightarrow
A
\rightarrow
E'.
$$

並且內部物理 state 實際參與 feedback。

### AFR-5：Autonomous Functional Closure

系統可以內生地：

- 取得資訊；
- 維持 operation；
- 形成或更新目標；
- 管理資源；
- 在長時間內調整自身因果結構。

這已經超過目前多數 photonic／metasurface classifier 所證明的範圍。

因此：

$$
\boxed{
\mathrm{AFR\text{-}1}
\not\Rightarrow
\mathrm{AFR\text{-}5}
}
$$

---

## 13. AI-like function 也不是只有 classification

目前 physical-AI hardware 常用：

$$
\text{MNIST},
\text{EMNIST},
\text{classification}
$$

作為 benchmark。

這些 benchmark 很重要，但若本文要討論「認知功能體」，就不能把 classification accuracy 當作完整定義。

後續至少應測量：

$$
\Psi_{\mathrm{AI}}
=
(
M,
L,
P,
A,
C,
G
).
$$

### 記憶

$$
I(X_t;u_{t-\tau})>0.
$$

### 學習

經 experience 後：

$$
F_{\tau}^{(n+1)}
>
F_{\tau}^{(n)}.
$$

### 預測

$$
X_t
$$

對：

$$
E_{t+\Delta}
$$

具有可介入驗證的 predictive value。

### 適應

當環境 distribution 改變：

$$
p_1(E)\rightarrow p_2(E),
$$

系統能修改自身 state／parameters 恢復功能。

### 閉環控制

輸出改變下一階段輸入：

$$
E_t
\rightarrow
X_t
\rightarrow
A_t
\rightarrow
E_{t+1}.
$$

### 泛化

對未直接訓練的：

$$
E^\star
$$

仍維持 task performance。

這些才是 AFR 從「物理加速器」走向「認知功能體」時需要擴展的 benchmark。

---

## 14. 外部 readout 問題：功能到底在哪裡？

假設某物理系統 $X$ 產生高維 state：

$$
z(t).
$$

我們在外面訓練一個超強的 neural decoder：

$$
D_\theta(z)
\rightarrow
y.
$$

最後準確率很高。

這並不代表 $X$ 本身具有 $y$ 對應的功能。

真正功能可能主要位於：

$$
D_\theta.
$$

因此對 AFR 必須問：

$$
\boxed{
\text{Where is the functional readout physically realized?}
}
$$

可將實現鏈寫成：

$$
X
\rightarrow
R_{\mathrm{phys}}
\rightarrow
A_{\mathrm{phys}}.
$$

若：

$$
R_{\mathrm{phys}}
$$

完全不存在於系統內部，而只存在研究者電腦中，那麼它只支持較弱 AFR。

反之，若 downstream physical variables 本身讀取 $X$ 的狀態，並依此驅動 actuator、parameter update 或自我維持，則功能閉合更強。

這一區分在下一篇自然版本中會成為核心判準。

---

## 15. 外部 training 問題：學習是系統自己的，還是設計者的？

同樣地，一個 trained structure：

$$
\Theta^\star
$$

本身不能告訴我們 learning 位在哪裡。

如果：

$$
\Theta^\star
=
\operatorname{Train}_{\mathrm{GPU}}(D),
$$

然後把固定權重燒進光學元件，則 inference 是 physical，但 learning 主要是 external。

若：

$$
\Theta_{t+1}
=
\mathcal A_{\mathrm{phys}}
(\Theta_t,X_t,L_t),
$$

且更新直接由 physical feedback 產生，則 learning 更內生。

因此可以區分：

$$
\boxed{
\text{physical inference}
\neq
\text{physical learning}
\neq
\text{autonomous adaptation}
}
$$

2026 的 on-chip photonic backpropagation 與 model-free metasurface forward training 之所以重要，就是因為它們把第二項往 physical domain 內移。

但第三項仍然需要更強的 autonomous-task evidence。

---

## 16. AFR 的最低已知結論

綜合目前結果，我們已經有充分理由支持一個保守命題：

### 人工跨基底功能實現命題

存在多種彼此微觀機制、材料與幾何完全不同的物理 substrate $m_i$，使對某些 AI-like task families $\tau$：

$$
\mathrm{AFR}_\varepsilon(m_i,\tau)=1.
$$

因此：

$$
\boxed{
\text{AI-like functional realization is multiply realizable}
}
$$

至少對目前已驗證的 classification、signal transformation、memory、neuromorphic sensing、prediction 與部分 adaptation tasks 成立。

這個結論已經足以否定：

$$
\text{AI-like function}
\Rightarrow
\text{one unique brain-like morphology}.
$$

但它不能推出：

$$
\text{all substrates}
\Rightarrow
\text{all cognitive functions}.
$$

更不能推出：

$$
\text{AI-like function}
\Rightarrow
\text{consciousness}.
$$

---

## 17. 對「人造光與電子、場或空間幾何域約束」的回答

現在可以對這個命題給出更精確的版本。

若「人造」表示我們允許工程師控制：

$$
M,
G,
R,
B,
U,
\Theta,
$$

則現代技術已經證明：

### 第一，電子系統可以

這是傳統 AI hardware 與 neuromorphic electronics 的主要路線。

### 第二，光學系統可以

光場的 diffraction、interference、phase、amplitude 與 wavelength degrees of freedom 可以被直接用於 neural-like transformation。

### 第三，光電材料動力可以

材料內部的 charge、ion、phase 與 photoresponse 可以承載 memory、weight 與 neuron-like nonlinearity。

### 第四，電磁空間本身可以被工程成 computational medium

metasurfaces 與 scattering geometry 可以把 propagation space 改造成 trainable physical transformation network。

因此：

$$
\boxed{
\text{人工光／電子／電磁場／幾何約束}
\rightarrow
\text{AI-like functional realization}
}
$$

對一部分功能類已經不是純粹推測，而是有實驗證據的工程方向。

真正仍然開放的是：

$$
\boxed{
\text{它可以走多遠？}
}
$$

尤其是 memory、learning、generalization、self-maintenance、goal adaptation 與 autonomous causal restructuring 能否在同一個非傳統 substrate 中形成長期功能閉環。

---

## 18. 人工成功反而把自然問題變得更尖銳

若 AFR 完全不存在，那麼自然版本幾乎沒有研究起點。

但現在情況相反。

我們已知：

$$
\exists c_{\mathrm{art}}
:
F(c_{\mathrm{art}})
\in
\mathcal F_{\mathrm{AI}}.
$$

所以真正的新問題是：

$$
\boxed{
\exists c_{\mathrm{nat}}
:
F(c_{\mathrm{nat}})
\in
\mathcal F_{\mathrm{AI}}
\quad ?
}
$$

其中 $c_{\mathrm{nat}}$ 不能偷偷包含：

- 人類設計者；
- 外部 loss designer；
- 外部 training pipeline；
- 外部 readout；
- 預先指定的人工 metasurface；
- 為完成目標刻意布置的 boundary conditions。

也就是要問：

> 自然物理動力能否自己產生足夠的材料—關係—幾何—回授閉環？

這就是 AFR 與 Natural Dynamical Realizability 的分界。

---

## 19. 人工實現與自然生成之間的真正 GAP

人工工程師可以先看到目標：

$$
F^\star
$$

再搜尋：

$$
c^\star
=
\arg\min_c
L(F(c),F^\star).
$$

自然界沒有一個外部 optimizer 必須如此工作。

因此 artificial route 可以是：

$$
F^\star
\rightarrow
\text{designer}
\rightarrow
c^\star.
$$

自然 route 則必須依靠：

$$
\text{local physics}
+
\text{energy flow}
+
\text{self-organization}
+
\text{selection / persistence}
$$

逐步形成：

$$
c_0
\rightarrow
c_1
\rightarrow
\cdots
\rightarrow
c_n.
$$

所以：

$$
\boxed{
\text{Artificial realizability}
\not\Rightarrow
\text{Natural generability}
}
$$

即使兩者終態功能完全相同。

這一 GAP 才是下一篇真正要研究的問題。

---

## 20. 結論：人工版本已開始成立，真正未知的是自然版本

本篇不需要假設 AI 有或沒有意識，也不需要定義人類意識的本體。

我們只需要承認一個已可操作的事實：

$$
\boxed{
\text{當代 AI-like functions 的一部分，可以被不同物理 substrate 多重實現。}
}
$$

Physical neural networks 已在 optics、mechanics 與 electronics 中展示同類 machine-learning tasks；photonic neural networks 已能把 inference 與部分 training 移入 photonic hardware；optoelectronic neuromorphic devices 將 memory、synaptic state 與 sensing 直接放入材料動力；metasurface computational space 更展示了 geometry、boundary 與 electromagnetic scattering 本身可以形成 task-specific learning environment。

因此，一個類似 AI 的功能體並不需要：

$$
\text{brain-like shape}
$$

作為已知必要條件。

更一般地：

$$
\boxed{
\text{function}
\text{ can be encoded in }
\text{relations}
+
\text{dynamics}
+
\text{geometry}
+
\text{state}
+
\text{control}
}
$$

而不是唯一寫在某一種材料或外形裡。

但目前大多數人工 physical-AI systems 仍屬於有限 task、人工定義 loss、人工供能、人工邊界與人工訓練框架中的功能實現。

所以本篇最後留下的問題不是：

> 光或電磁場會不會思考？

而是：

> **既然人類已經能把光、電子、材料與空間幾何組成具有 AI-like functions 的系統，自然界是否存在不經工程設計，也能進入相同功能—關係—動力等價類的生成路徑？**

下一篇將正式建立：

$$
\boxed{
\text{Natural Dynamical Realizability}
}
$$

並把自然自組織、非平衡動力、生成 basin、累積歷史與 Boltzmann-type direct fluctuation 分開，研究「自然界自行形成非生物 AI-like 功能體」究竟是一個什麼樣的存在性問題。

---

## 參考文獻

1. Wright, L. G., Onodera, T., Stein, M. M., et al. (2022). “Deep physical neural networks trained with backpropagation.” *Nature*, 601, 549–555. DOI: 10.1038/s41586-021-04223-6.
2. Liang, X., Tang, J., Zhong, Y., et al. (2024). “Physical reservoir computing with emerging electronics.” *Nature Electronics*, 7, 193–206. DOI: 10.1038/s41928-024-01133-z.
3. Farmakidis, N., Dong, B., & Bhaskaran, H. (2024). “Integrated photonic neuromorphic computing: opportunities and challenges.” *Nature Reviews Electrical Engineering*, 1, 358–373. DOI: 10.1038/s44287-024-00050-9.
4. Zhang, H., Song, Y., Chen, S., et al. (2025). “Integrated platforms and techniques for photonic neural networks.” *npj Nanophotonics*, 2, 40. DOI: 10.1038/s44310-025-00088-z.
5. Ashtiani, F., Idjadi, M. H., & Kim, K. (2026). “Integrated photonic neural network with on-chip backpropagation training.” *Nature*, 651, 927–932. DOI: 10.1038/s41586-026-10262-8.
6. Song, M., Qian, C., Wang, G., et al. (2026). “Creation of a computational space with model-free metasurface neural network.” *Nature Communications*, 17, 7807. DOI: 10.1038/s41467-026-74554-3.
7. Bousoulas, P., Orfanoudakis, S., Tsioustas, C., et al. (2026). “Emerging light-driven neuromorphic hardware for artificial intelligence.” *NPG Asia Materials*. DOI: 10.1038/s41427-026-00671-6.
8. Park, Y., Han, Y., Kim, S., et al. (2026). “Free-space and on-chip diffractive deep neural network for next-generation optical computing.” *npj Nanophotonics*. DOI: 10.1038/s44310-026-00146-0.
9. Fu, T., Zhang, J., Sun, R., et al. (2024). “Optical neural networks: progress and challenges.” *Light: Science & Applications*, 13, 263. DOI: 10.1038/s41377-024-01590-3.
10. Yang, S., Tang, J., Zhou, T., et al. (2026). “Efficient training of neuromorphic electronics.” *Nature Electronics*, 9, 594–610. DOI: 10.1038/s41928-026-01631-2.

---

## 新系列進度

1. 關係、結構與功能：從單向決定論到耦合生成系統
2. **認知功能的跨基底實現：從神經元到光、電子與場**
3. 自然動力認知實現命題：自然界能否自行生成 AI-like 功能體？
4. 從波爾茲曼大腦到自然功能體：終態漲落與生成路徑的分離
5. 自然認知可觀測性問題：如何辨識非神經、非生物認知候選？
6. 秩序化因果結構能力：從複雜自然系統到候選認知功能體
