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世界的本质是计算——沃尔夫勒姆的观点解读

2024-10-20科学

当今最杰出的科学家之一史蒂芬·沃尔夫勒姆提出「世界的本质就是计算」这一核心观点。以下是对其观点的详细解读:一、世界的本质是计算沃尔夫勒姆认为世间万物的运动都是在做计算,只是在执行某个算法,统治世界的是数学。比如日常生活中买鸡蛋的数量变化体现了世界的秩序性,这种秩序并非被设计出来,而是世界按照基本法则自动运行。**重点**:世界本质是计算,万物皆在执行算法。二、宇宙的结构允许意识的存在意识是一种有连贯线索的主观体验,不等于智能。智能普遍存在于复杂计算中,而意识是对智能的简化和降级,是对复杂世界的个性化解读。**重点**:区分意识与智能,意识是主观体验。三、为了允许有意识,世界的物理定律不能是任意的要想允许有意识的智慧生物存在,世界的时空必须具有一定性质,恰好如相对论和量子力学所描述。**重点**:特定物理定律是意识存在的条件。四、人类对宇宙的理解和控制能力有其固有限度对于足够复杂的系统,如天气、股市、经济、政治等,我们无法提前预知结果。对 AI 这样的新生事物也不可能做到绝对掌控,越复杂黑天鹅概率越高。**重点**:人类对复杂系统控制有限。五、我们仍然可以探索科学虽然不能完全预测和控制世界,但我们能找到局部有效的规律,做出可能正确的预测,科学探索永远不会结束。**重点**:科学探索有局部规律可循。六、人类的终极使命在于创造新的价值所有足够复杂的系统都是同等复杂的,人类社会发展方向应由自己决定,在 AI 时代最高级的工作是创造新的可能。**重点**:人类应创造新价值,决定社会发展方向。沃尔夫勒姆的这些结论是通过严格的数学推导得出,他的计算世界观告诉我们世界总有值得探索的空间,认可每个人的自由并鼓励创造。在这个由计算构成的世界里,我们每个人都有无限创造潜力。

沃尔夫勒姆(Stephen Wolfram)是一位物理学家、计算机科学家和数学家,以其在复杂系统、计算理论以及科学计算软件领域的贡献著称。以下是沃尔夫勒姆的几个主要观点和理论梳理:

### 1. 元胞自动机理论

沃尔夫勒姆是元胞自动机(Cellular Automaton)领域的领军人物。他在1980年代提出了一系列研究,认为简单的规则可以产生极其复杂的行为。元胞自动机是一类离散的计算模型,其中由简单规则支配的网格细胞可演变出复杂的图案。

- 规则110 : 沃尔夫勒姆证明了元胞自动机中的规则110是图灵完备的,也就是说它能够模拟任意的计算过程。这表明即使是极其简单的系统也能够表现出非常复杂的计算行为。

- 复杂性从简单性产生 : 沃尔夫勒姆的研究显示了复杂性如何从最简单的规则中涌现。这与自然界中许多现象类似,如雪花的形成、植物的生长等。

### 2. 【一种新科学】(A New Kind of Science, 2002)

沃尔夫勒姆在他的著作【一种新科学】中提出了一个颠覆性的观点,即自然界中的复杂性不仅来自数学方程或传统的物理学模型,而是可以通过简单的计算规则来解释。

- 计算宇宙论 : 他提出了一个假说,即宇宙本身是一个巨大的计算系统,宇宙中的物理法则可能是简单计算规则的结果。他的观点与传统的物理学不同,传统物理学倾向于通过微分方程来描述自然现象,而沃尔夫勒姆认为计算是更基本的。

- 元胞自动机是自然的基础 : 他认为,类似元胞自动机这样的计算模型可能是宇宙结构的基础,即宇宙中的物理现象是基于离散的计算过程演化出来的。

### 3. 符号计算和Mathematica

沃尔夫勒姆是Mathematica软件的创始人,该软件是用于符号计算和数值计算的强大工具。

- 符号计算的普及 : Mathematica推动了符号计算在科学、工程、数学等领域的应用,能够处理复杂的数学表达式、符号推导和数值模拟等。

- 科学和技术的自动化 : 他强调自动化工具(如Mathematica和Wolfram Alpha)能够简化复杂的科学计算,让更多的研究者能集中精力在更高层次的创新上,而不是在繁琐的计算细节上。

### 4. Wolfram Alpha 和计算知识引擎

沃尔夫勒姆还推出了Wolfram Alpha,这是一个基于知识计算的引擎,旨在通过自然语言提问来获取复杂问题的答案。

- 基于知识的计算 : Wolfram Alpha能够处理庞大的数据集,利用符号计算来提供详细的分析和解答。沃尔夫勒姆认为这是一种新的互联网模式,不仅仅是搜索,而是能够理解和计算问题本身的引擎。

### 5. 计算等价原则

在他的【一种新科学】中,沃尔夫勒姆还提出了「计算等价原则」(Computational Equivalence Principle),其核心思想是:如果一个系统的计算能力足够复杂,那么它的计算能力与其他复杂系统是等价的。换句话说,大多数自然系统可能与通用计算机具有相同的计算能力。

- 自然界中的普遍计算 : 这意味着许多自然系统可以被认为是普遍计算机,能够进行任何形式的计算,尽管我们可能无法有效地预测它们的行为。

### 6. 多计算范式

最近,沃尔夫勒姆提出了多计算(Multicomputation)的概念,试图解释宇宙中并行和分支的计算过程。

- 量子物理与多计算 : 他将这一思想与量子物理学相联系,试图为量子力学中的概率性和并行性现象提供一个新的计算解释。

- 数学与物理的融合 : 他认为通过这种范式可以进一步探索物理学与数学的统一,特别是在解释复杂系统和不可预测现象时。

### 总结

沃尔夫勒姆的观点颠覆了许多传统的科学思想,特别是他对计算在自然界中作用的理解。他提出了从计算规则出发理解宇宙、复杂性以及自然现象的新框架,并通过他的工具(如Mathematica和Wolfram Alpha)推动了这一理念在科学计算中的应用。他的「计算宇宙论」和「计算等价原则」仍然引发了广泛的讨论和研究。