1. 一個令人困惑的問題
人類在兒童時期是如何學習語言的基本語法結構，然後創造出他們從未聽過的句子？這是一個已經困擾語言學家很久的問題。
著名語言學家喬姆斯基（Noam Chomsky）曾提出過一個非常有名的理論：人類具有與生俱來的語言能力，兒童天生就具有適用於所有人類語言的基本語法結構的知識。這種觀點被稱為普遍語法理論。雖然一直以來，這種觀點飽受批評，但目前仍沒有強大的理論來解開我們對於人類究竟如何理解語法規則的困惑。
2. 物理思維的語言分析
在一項最新的研究中，巴黎高等師範學校的物理學家Eric DeGiuli用物理學思維提出了一種可能的機制，他提出，這可能涉及到一個“相變”過程，就像水在結冰時會經歷的從液態到固態的相變一樣：在兒童憑著直覺掌握語法規則的過程中，語言中的一些“深層結構”會突然如結晶一般變得具體而明晰 。在這樣一個相變過程中，語言從一堆雜亂無章的詞語，轉變為一種高度結構化並擁有豐富信息的交流系統。
在所有人類語言中都存在這樣一種樹狀網絡，它是由詞語之間的關係和決定了詞語組合的語法規則構成的。
○ 一個典型的英文句子被分解為樹狀結構。| 圖片來源：[1]
在論文中，DeGiuli就用英文句子“the bear walked into the cave”（這隻熊走入了洞穴之中）來作為例子：這個句子可以被劃分為一個名詞短語（NP）和一個動詞短語（VP），而每一個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分叉點來表示，而處於在分叉末端的“樹葉”，就是實實在在的名詞、動詞、代詞等詞語。
這樣一種語法的最簡單類型是上下文無關文法（CFG），這是幾乎所有的人類語言都共有的一種語法。
在新發表的論文中，DeGiuli提出可以將CFG這種語法視為物理對象來對待：在這些樹的“表面”（也就是語法結構之樹的末端），承載著詞語通過所有可能的排列組合形成的句子，這當然也包括那些沒有意義的句子。當兒童接觸到樹的“表面”（也就是他們聽到的句子）時，會本能地推斷出處於樹狀結構“深層”的語法規則。
通過這些語法規則，他們就能瞭解在規則之下，什麼句子是可行的，什麼是不可行的。這一過程事實上相當於為不同的分叉分配權重，並且他們會根據聽到的語言不斷地對權重進行調整。最終，那些會延伸出不符合語法規則的句子的分叉，只會獲得非常小的權重，那些句子也就會被識別為不可行的句子。
DeGiuli將這些眾多的詞語構型視為統計力學中的微觀狀態——一個系統的構成粒子的所有可能排列的集合。
在CFG中，所有節點之間的權重都是相等的，所有句子出現的可能性都是一樣的，因此也就無法識別出那些由詞語隨機排列而成的無意義組合。問題是，在所有可能的CFG中，是什麼樣的權重分佈能讓有的CFG產生由詞語隨機組合而成的句子，有的則會產生攜帶著豐富信息的句子的？
3. 語言中的“相變”
DeGiuli通過統計力學中的技術對此進行了理論分析，他發現其中涉及到兩個關鍵因素：一是這些權重能在多大程度上“修剪”掉在語法之樹深處的分叉；二是在
特定句子出現的樹狀結構表面，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於統計力學中的溫度，無論是在表面還是深處，降低溫度都意味著減少更多的權重。DeGiuli發現，當深層的溫度降低時，也就是讓樹的內部變得稀疏時，會突然出現一種轉變：隨機無序的CFG轉變為包含豐富信息的有組織的CFG。
這種轉變就是我們在前面提到的相變，新的研究認為，類似這樣的轉變機制或許可以解釋為什麼發育到一定階段，兒童就能很快學地會如何構建符合語法規則的句子。因為當過了那個點，詞語就不再僅僅只是詞語，而是變成了能構成具有複雜結構且富有含義的句子的成分。
兒童並不需要已經完成了所有正確的權重分配才能發生這種轉變，他們會繼續完善對語言的理解。
4. 意義
一直以來，許多語言學家和神經學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論。DeGiuli使用歸納推理和概率推理所構建的這個理論，與他在兒童語言習得過程中觀察到的現象是一致的。而且這個新的理論是可以做出定量預測的，因此有機會在未來接受檢驗。或許，DeGiuli所提出的這樣一個抽象過程最終能在神經學層面與觀察到的現象聯繫起來，那時，科學家或許能夠理解是什麼阻礙了那些有學習障礙的孩子的語言能力，
編譯：椰葉
參考鏈接：
[1]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.128301
[2] https://physics.aps.org/articles/v12/35
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