“全球最聪明的人”研究50年发现:宇宙是个图?

今日头条
Toutiao
最新回复:2020年4月22日 18点38分 PT
  返回列表
72636 阅读
33 评论
机器之心

「物理学已经很长一段时间没有出现任何显著进展了。探测引力波或许算是一个,」斯蒂芬·沃尔夫勒姆表示。「我非常希望在纯技术层面上,我们所做的一切能够使理论物理学重新焕发活力。尽管目前的工作还很不成熟。」

著名计算机科学、数学、理论物理学家斯蒂芬·沃尔夫勒姆(Stephen Wolfram)可能是世界上最聪明的人,他的研究经常被人们视为「神作」。但当昨天沃尔夫勒姆宣布「找到了理论物理基础的正确道路」时,所有人仍然感到非常惊讶,第一时间不知如何做出评论。

本周二,这位因粒子物理学、元胞自动机、宇宙学、复杂性理论、计算机系统而闻名的科学家突然发表了一篇超长文章,吸引了所有人的注意。

这篇长达近百页的文章是 Wolfram 物理项目的首次曝光,详述了作者对于空间、时间和基本粒子性质的全新理解。沃尔夫勒姆还邀请所有人参加对基本物理学进行解码的研究。

「我从没预料到会是这样,」沃尔夫勒姆在开头写道。「这是出乎预料,令人惊讶的。从某种程度来说,我已经为此奋斗了 50 年,但是直到最近几个月,它们才终于融合在一起。而且它比我想象的还要精彩、美丽。」

「我从没预料到会是这样。」沃尔夫勒姆此言一出,震惊全场。

沃尔夫勒姆认为,在过去的几百年中,人们对物理学的理解有了不可思议的进步。但虽然已经完成了大量工作,但我们仍然没有一套真正的物理学基础理论。

经过长期思考与探索,沃尔夫勒姆认为自己已找到了通往物理学基础理论的道路,建立了一个范例和框架(包含大量实用计算工具)。在此之后这一体系还需要更多人的努力,但其目标是极具吸引力的:看看我们是否能够最终获得宇宙基本原理的答案。

Wolfram 对于新物理基础理论的介绍[1],相关论文[2]

现实世界中,网络的存在多种多样,除了神经网络、社交网络和病毒传播网络之外,还有电网、生态网络和最明显的——互联网。从这个角度上看,整个宇宙肯定是一个巨大的网络。

沃尔夫勒姆认为宇宙是巨大且不断增长的关系网络,这些关系构成了空间以及空间中的一切。他从中看到了构成所有物理定律的底层终极理论的基础。

其实早在 18 年前,沃尔夫勒姆在一本 1197 页的著作「A New Kind of Science」中表达过类似的观点。但是那时候他的构想还不太清晰。现在,他认为自己找到了解释现实的更好视角。

他在昨日发布的文章里表示,「我认为我们找到了一条通往物理学基础理论的道路。」

沃尔夫勒姆方法的核心是超图(hypergraph)。这里,「图」类似于网络的图示:用线条连接不同的点。但是在一张白纸上是无法用这类线条表示现实的。于是,沃尔夫勒姆利用计算机视觉化,用更复杂的「超图」来描述关系。(在超图中,「线条」可以连接任意数量的点,而不是仅连接两个点。)

沃尔夫勒姆的研究表明,复杂的超图可以模仿宇宙的许多特征,包括物质和能量,还能复现相对论和量子力学所描述的物理结构和过程。

沃尔夫勒姆写道:「在我们的模型中,宇宙中的一切——空间、物质以及任何东西,都可以用不断演化的超图的特征来表示。」

他的核心观点是,将简单的规则应用于简单的起始点就可以得到此类极端复杂的超图。

假设有两个「抽象元素」A 和 B,规则为「每个 A 均可被更改为 BBB,每个 BB 均可被 A 替换」。

现在从 A 开始。根据规则,将 A「更新」为 BBB,BBB 拥有两个 BB。因此 BBB 可以更新两次:第一次,将前两个 B 替换为 A,得到 AB;第二次,将后两个 B 替换为 A,得到 BA。即:

AB 和 BA 的更新都能得到 BBBB,但 BBBB 可以得到 ABB、BBA 和 BAB。继续应用这条规则的话,图会变得越来越复杂。

沃尔夫勒姆表示,这些更新步对应于我们对时间的一般概念,即宇宙时钟的滴答作响。将一条规则重复应用于一组抽象实体,得到的连接(即链接这组实体的关系图)对应于空间结构。因此空间不只是一组无法分辨的点,而是一个以无比复杂的模式连接的点网络,它可以复现物质和能量,以及被统称为物理学定律的关系。

沃尔夫勒姆表示,「这基本上就是我对宇宙中空间运作的观点。它是抽象点之间的一组离散抽象关系。但是放大到我们所处的规模,关系的模式将它变成我们习以为常的连续空间。」

这有点像在鱼的眼里海洋是一滩平常光滑的液体,尽管水是由离散小分子构成的。

在某种意义上,沃尔夫勒姆认为一切存在的事物基本上都是由空间构成的。「同样的超图赋予了我们空间结构,以及空间中存在的一切事物。」

听起来理论物理学家可以关门大吉,利用沃尔夫勒姆的规则运行一些计算机模拟就可以了。但是正如沃尔夫勒姆所承认的那样,这项工作还没完成。到目前为止,沃尔夫勒姆的项目已经定下了近 1000 条规则,这些规则生成类似宇宙的复杂结构。至于什么规则能够精准地生成我们所居住的宇宙,还有待观察。

「我希望不久后会有这样一条规则出现,它具备所有正确的属性。并且我们会慢慢地发现,是的,就是它,我们的宇宙终于被解码了。」沃尔夫勒姆写道。

沃尔夫勒姆在文章中宣称,超图描述了被他称为「因果不变性」(causal invariance)的原理。这意味着经过超图的各种路径有时可以汇合。这样的汇合使得事件在时间上的因果链得以保留。

沃尔夫勒姆表示,在超图中「不只有时间这一条路径,而是有许多路径和『历史』」。但是一条独立的历史路径能够和其他的路径合并。「即使遵循的历史路径不同,这些因果关系最终也可能是相同的。实际上,对于进入系统的观察者而言,仍然只有一条时间线。」

由于因果不变性,沃尔夫勒姆的超图再现了许多物理理论的结果,比如爱因斯坦的狭义相对论。迅速移动会使时间变慢(如狭义相对论所述),因为对应于移动物体的超图结构通过超图形成了一个角度,从而扩展了更新(或时间步)之间的距离。正如相对论所言,光速是最大的速度,因为它代表信息在超图更新时通过超图传播的最大速率。爱因斯坦广义相对论描述的引力出现在超图特征之间的关系中,这些特征可以解释为物质粒子。(粒子是连接点的小集合,它们会随着超图的更新而持续存在,例如具有特殊属性的「小块空间」。)

在这些想法的更复杂扩展版本中,沃尔夫勒姆探索了如何将超图的属性与量子力学的奇怪特性对应起来。「在我们的模型中,量子力学不仅仅是可能的,而且是绝对必然的。」沃尔夫勒姆断言。

在这类超图中构建的空间具备非常精细的结构,比如数十亿兆像素的数码相机传感器。沃尔夫勒姆估计,与今天的宇宙相对应的超图可能已经达到 10500 个时间步,这比以秒为单位的宇宙年龄要大得多(约 1015)。因此,空间的粒度足够细,足以包含比已知的物理粒子小得多的物质粒子结构。

实际上,沃尔夫勒姆认为,在宇宙诞生后不久,可能就已经形成了大量未知的超小微粒,他称之为「寡聚物」(oligon)。这类仅受重力作用的寡聚物可以在星系之间游荡,人们只能通过重力产生的效应发现它们。因此,寡聚物可能解释了为什么天文学家推断太空中存在大量不可见的「暗物质」,以及为什么至今也无法确定暗物质的性质。

类似地,宇宙中的最大势力——神秘的「暗物质」以更快的速度扩张,这可能只是沃尔夫勒姆超图的自然属性。或许暗物质本质上就是空间的组成部分。

此外,沃尔夫勒姆认为他构建的超图可以解决目前关于「哪种理论最能解释基础物理」的争论。最近几十年出现了超弦理论、圈量子引力论、因果论等理论,并引起了长期的争论。沃尔夫勒姆认为超图可以囊括以上所有理论。

他表示,「似乎所有人都是对的,只需要添加一种新型基材就能看到如何将它们组合到一起。」

沃尔夫勒姆在网站上发布了相关的技术论文,并邀请物理学社区参与实现他的愿景。

沃尔夫勒姆发表研究成果的同时,一项合作计划也已上线。沃尔夫勒姆还会实时直播正在进行的研究。

「我们的最终目标是架起一座桥梁,将我们的模型与现有物理知识连接起来。我认为我们终于走在了正确的道路上」直到找出宇宙的「正确」法则。

「正确法则」将生成能够展现宇宙精确属性的超图:空间的三维、确切的宇宙膨胀率、具备正确电荷与质量的基础粒子等。

但是,沃尔夫勒姆可能已经意识到,仅寻找一个规则可能遗漏更重要的部分。或许宇宙使用了所有可能的规则。所有可能的宇宙都只是一个真实巨大宇宙的部分,即「所有事……都可能发生,包括所有可能的规则。」

我们根据用来描述和理解世界的「语言」来辨别一组特定的物理定律。将语言的元素调整为「感官能够检测、测量设备能够度量、现有物理知识能够描述的事物」。正确的规则与我们基于特定参照系探索的超图的一部分相对应。别处的生命看待事物的角度可能有所不同。沃尔夫勒姆表示:「描述和体验宇宙的方式具备几乎无限的多样性。」

也就是说,解释生物存在的物理学可能需要对更复杂现实的运作机制有深入理解,它超出了我们能够体验的范畴。沃尔夫勒姆表示,「从很多方面来看,我们不可避免会走向人类理解范畴的边界。」

他认为,将他的方法与现有的成功物理学理论结合起来还需要更多工作。标准物理学取得了很多成就,对从原子内部结构到宇宙结构再到时空本质在内的事物做出了详细的解释。

但是,很长时间以来主流物理学家怀疑时空并非基础概念。时空似乎是基于某些更深层的事物而出现的。这需要漫长的努力,但沃尔夫勒姆或许已经找到带领我们寻找现实起源的道路。

只有时间,或者更多的超图更新步,能够证明一切。

斯蒂芬·沃尔夫勒姆神奇的人生经历

斯蒂芬·沃尔夫勒姆 1959 年出生于英国伦敦的一个犹太人家庭,他是数学软件Mathematica 和计算型知识引擎 Wolfram Alpha 的发明者之一,是沃尔夫勒姆研究公司的创立者之一和首席执行官。

他从伊顿公学和牛津大学相继肄业,展现出「不适合教育体制」的才华。有人说,他是目前活着的人里最聪明的人。

10 岁时,他立志成为一名科学家。12 岁,沃尔夫勒姆拿到了伊顿公学的奖学金,15 岁发表了第一篇科学论文《Hadronic Electrons?》。

论文发表于 1975 年,由沃尔夫勒姆独立完成。

17 岁,沃尔夫勒姆进入牛津大学,但颇感无聊,两年后进入加州理工学院,最终在 20 岁的年纪就取得了粒子物理学博士学位。

21 岁的沃尔夫勒姆在理查德·费曼的推荐下,获得了第一届麦克阿瑟天才奖,也是该奖项多年以来最年轻的得主,没有之一。麦克阿瑟天才奖被视为美国跨领域最高奖项之一,颁发给「在各个领域内具有非凡创造性的杰出人士」,在我们熟知的杰出华人代表中,获得过该奖项的有陶哲轩、丘成桐、贺琳等。

27 岁时,沃尔夫勒姆开发了 Mathematica 软件,创立了斯蒂芬·沃尔夫勒姆公司。这款大型现代技术计算系统一面世就被许多科研工作者迅速采用,是目前应用最重要的科学计算软件之一。

潜心研究十几年后,43 岁的沃尔夫勒姆出版了至今颇受争议的著作《一种新科学》。沃尔夫勒姆提到,宇宙本质上是数字的,并且运行在一种可描述为简单程序的基本定律上。他预测,科学界如果实现这一目标,将对物理学、化学和生物学以及整个大多数领域产生重大的革命性影响,这也是这本书取名如此的原因。

2009 年,沃尔夫勒姆所在公司推出了新一代搜索引擎 Wolfram Alpha,用户输入问题即刻得到答案,而非返回成千上万个网页链接。这一引擎也为苹果 Siri、亚马逊 Alex、微软 Bing 提供了背后的技术动力源。

无论沃尔夫勒姆的革命是否给了我们通往宇宙的钥匙,他的「新科学」绝对是令人敬畏的。如同其他科学研究一样,真正的考验将是通过研究模型宇宙发掘出的理论是否可以在现实世界中复制,或许很快,科学家们就将在这套理论体系下开展全新的研究。

参考内容:

[1]https://writings.stephenwolfram.com/2020/04/finally-we-may-have-a-path-to-the-fundamental-theory-of-physics-and-its-beautiful/

[2]https://www.wolframphysics.org/technical-introduction/introduction/

https://www.wolframcloud.com/obj/wolframphysics/Documents/some-quantum-mechanical-properties-of-the-wolfram-model.pdf

[3]https://www.sciencenews.org/article/stephen-wolfram-hypergraph-project-fundamental-theory-physics

[4]https://www.wired.com/story/stephen-wolfram-invites-you-to-solve-physics/

l
lovepark1
1 楼
人类永远逃脱不了这张图, 生死轮回图。
燕超尘
2 楼
这需要研究50年吗,如果不是张图,那各个星球应该是自然形成的,如果是自然形成的,可能都像圆规画出来的那么圆吗?
X
XXyourOO
3 楼
老年版精神分裂以后的谢耳朵!
r
rally
4 楼
确实是只适合神经病的研究项目.
尽人事
5 楼
宇宙就是一线之间 哦哈哈哈
y
yxqp
6 楼
Hard to understand but hope he’s right.
燕超尘
7 楼
地球就是存在于耶稣意念中的视频,只不过配上了各种感觉,好比是一部7D的电影。耶稣要么只能看到地球,要么只能看到天堂,等他完成地球上的修行,他看到的就是天堂了,存在于他意念中的地球也就自然消失了,所以地球根本不需要毁灭,是消失,因为本来就是图画
走马读人
8 楼
*** 恰好,我的解密顯示以更精密直接的科學性圖,而非聯想的文藝性插圖, 我連全小區最聪明的人都不是,但“全球解字現今最聪明的人" 是坐實了。
g
going
9 楼
一生二 二生三 三生万物
月下偷心人
10 楼
这里的图不是 图像 的意思
大漠仙人球
11 楼
规则没认定,自然生成的?
月下偷心人
12 楼
又拿这种原始朴素的周易想法出来说事。
燕超尘
13 楼
: 不管他说的是什么意思,我说的肯定是真的,如果他跟我说得不一样,那他就不是正确的。 事实是,地球之所以是地狱的地, 是因为地球就是地狱, 没有比地球更差的地方了. 之所以说耶稣的死救赎了全人类, 是因为地球和天堂都存在于耶稣的意念中,一旦他成为神他通过意念看到的就是天堂,而地球就没有地方存在了,地狱之门就永远关闭了, 从此再也没有地球人需要受苦. 地球人之所以认为活着比死了好, 只缘身在此山中, 没有看过地球以外的世界严重局限了地球人的认知. 这就有点像以现代人的眼光看原始人, 会觉得他们生活的很差, 但是他们自己认为活着比死了好。 以上帝的智慧,为什么会创造一个从根上就到处是缺点的地球世界?如果你知道上帝创造天堂的原理,就会知道什么是滴水不漏,什么叫完美到极致,一个实物都不需要就可以应有尽有,什么书都不需要读就可以智商上亿,什么妆都不需要化就可以英俊美貌可爱到极致,什么话都不需要说就可以让人与人之间心意相通,什么交通工具都不需要就可以到达任何想去的地方,对于地球上所有的贬义词人们都没有任何概念,而且人人都一样都是完美无缺的宝贝,所有的愿望都会瞬间达成,根本不知道什么是逆境什么是不开心,但是这一切只有在地球上修行吃苦的人才能最后享受到,这就是上帝创造地球这个拙劣的A货的原因,不要把地球当成一个永久性的场所,这只是一个临时性的地方,是修行的人的预备班。
福辽情
14 楼
点赞
今儿又阴天
15 楼
这位大仙,你给我找一个像圆规画出来那么圆的星球呗。你找出来,别说诺贝尔了,耶稣都得出来接见你了。
小烦
16 楼
这个厉害了
燕超尘
17 楼
在一个画出来的世界里找出一个圆的星球当然不难但是毫无意义,耶稣不会因此来见我,而且他自己还在地球上艰苦地修行,应该就快完成了。到时候修行完成的人都可以跟着耶稣一起去见上帝,而到那时,上帝也已经让自己失忆忘了自己是上帝,因为他要建立的是一个完美无缺的王国,任何一个人跟其他人地位不同都不能称为完美。而且以天堂的完美程度来说,他也根本没有必要以上帝的身份才能享受到极致完美的生活。他会混在大家中间,哈哈哈 这个方法有点类似美国电影局内人Inside Man,4个抢劫银行的人绑架了当时银行里所有的雇员和顾客,最后把自己伪装成被绑架的人一起出来,警察就无法分辨出到底谁是罪犯了
w
wolf1234
18 楼
看他画图公式的例子,就是 这样的。他有1000多种规则,用 “一生二,二生三,三生万物” 这句话真的就是最精辟的总结,科学和哲学是有关系的!
g
goodsignal
19 楼
宇宙本身是数字的。一台或者是无数台超级电脑而已,人生只是在电脑里面的一种角色扮演。
今儿又阴天
20 楼
神棍传统异能。跟你说啥你都不答,然后扯到传教上去。还是那句话,你能在这个宇宙里找出一个完美圆星球,这个世界立马全信你那个教。
燕超尘
21 楼
上帝之所以一定要进入天堂的人在地球上先进行艰苦卓绝的修行,是因为是他创造了天堂这个完美的世界,而其他人都没有出力,但是他将来是要跟其他人平等的(否则天堂就不平等,不平等就无法完美),所以其他进入天堂的人必须付出足够多在地球上吃足够多的苦才能有跟上帝平起平坐的机会。这个苦还真不是一点半点,最起码也要跟寺庙里的和尚一样远离家人,减少一切享乐,包括但不限于不能结婚不能享受爱情享受性,不能享受美食,全年穿同款衣服,甚至不能因为太苦而自杀。
a
abc868
22 楼
全球最聪明的人:非包子金三两兄弟莫属。
燕超尘
23 楼
我自己都不信任何教,也没有创建任何教,为什么要世界信我这个教?你们不信就不信,信的人也大多数上不了天堂,通过修行能上天堂的一共也就几十个人而已,上帝本来就没希望天堂里有太多人,这也是他自己并没有现身让全世界都去修行的原因之一,反而他为修行的人创立的价值观是跟地球人的价值观在某些方面完全相反比如修行的人是不能追求事业成功的,这样的情况下能够参与修行的人才显得更加可贵,因为要违背地球人的价值观牺牲自己在地球上的一切。
l
liumo
24 楼
: 哈哈 从来没有一个聪明的人为别人无私做对一件事
l
lovepark1
25 楼
科学研究到一定程度,发现宗教早就在那里等着呢。
G
GP03D
26 楼
以前丘成桐去演讲 讲到宇宙是某种几何结构
i
iritit
27 楼
卡拉比-邱流形。能实验验证的叫物理,不能的叫哲学。
一尘大师
28 楼
“假设有两个「抽象元素」A 和 B” ,无耻啊,抄袭中国几千年前的东西,不就是中国的阴阳论吗,“阴阳,阴中之阳,阳中之阴。阴阳者,数之可十,推之可百,数之可千,推之可万,万之大不可胜数”
一尘大师
29 楼
中国古代阴阳学说,早就描绘了这些组合。阴,阳,阴阳阳,阴阴阳。。。无穷尽。
b
bisson
30 楼
也许是历史性的时刻
e
eone
31 楼
沒有解择宇宙千万吨物质如何生成来 这才是一切的关键, 至于轮回组合再组合 你我男女都是一样, 但关键 自己身上的DNA 組合 自己也不可解开 所以在人生50年內 快点玩樂
走马读人
32 楼
*** 早在 4 年前,我在「Secret of words」中表達過基本觀點,但構想不太清晰。現在,找到了解釋的更好視角,一條通往構字學基礎理論的道路,方法的核心是graph字素對照圖: 將簡單的規則應用於簡單的起始點就可以得到此類複雜的超圖。我的「新構字學」絕對是令人敬畏的。通過模式可以預測大多數詞組中的關鍵字的屬性三種之一,文字家們將在這套理論體係下開展全新的研究。
h
hans177155
33 楼
小编的脑袋才是图