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思想者札记——关于自然、社会、人生的思考，期望与大家思想碰撞、心灵互动。每周一、三、五 晚上20点发布三篇原创文章。欢迎投稿，敬请阅读、分享、评论！ （提醒：由于公众号认证中出现了点小失误，填成了“思想文化盛宴”，9月30日前后才能改回“思想者札记”，请大家知晓！） 2020年4月，来自美国的Stephen Wolfgram宣布通过他的计算科学模型，发现了世界的万物理论，不过很快他自己又收回了这个声明，但是在世界物理学界引起了轩然大波。 今天就来介绍一下这个最近几十年出现的新兴研究方向-计算科学。 何为万物理论？ 我在介绍霍金《时间简史》的文章里提到过，时间有没有终点？让我们一起和时间做场旅行！（点击链接查看）： 我们的科学界有一个非常大的难题，就是缺乏一个统一的理论（或者公式）来解释我们所在世界运行的规律，这是过去50年科学界一直在激烈交锋和发展的领域。 今天的科学家是按照两个基本的理论——广义相对论和量子力学来描述宇宙运行规律。 广义相对论是描述引力和宇宙的大尺度结构，也就是从只有几公里到大至1亿亿亿公里，即可观测到的宇宙范围尺度的结构。另一方面，量子力学处理极小尺度的现象，例如万亿分之一厘米。 然而，这两个理论不可能都对。比如在宏观维度，相对论适用于重力（万有引力）的分析和推论，比如分析恒星、天体等运行规律。 而在微观维度，比如原子、电子、小到夸克和玻色子等微观尺寸上面，量子力学成立，但是这两种理论之间存在一个明显的差异或者说是矛盾，比如量子纠缠、不确定原理都与相对论矛盾。 当代科学界主要的研究方向之一，就是寻求一个能将相对论和量子力学合并在一起的理论公式——霍金将其称为量子引力论——万物理论。 Stephen Wolfgram何许人也？ 计算科学理论的创始人Stephen Wolfgram有一个非常强大的履历： 他1959年出生于英国，11岁自学物理，12岁迷恋上《统计物理学》，写了第一本关于物理学的书籍。 15岁就发表了关于粒子场理论和粒子物理科学论文，17岁从伊顿公学进入牛津大学，20岁拿到了加州理工的理论物理学博士学位，27岁写出了Mathematica软件——当今世界最重要的科学计算软件，成立公司并担任CEO进行商业运行。 2002年他出版了《一种新科学——计算科学》，开创了计算科学，2009年上线Wolfgram Alpha自动问答系统，挑战Google, 我们现在广泛使用的苹果Siri, 三星S Voice和第二大搜索引擎微软Bing都部分采用了这个技术，被誉为最可能实现人工智能的未来产品之一。 Wolfgram除了是一个顶尖的物理学家，还是优秀的数学家、软件工程师和公司管理者，是著名大学UIUC的兼职教授，也是美国数学协会的首席研究员，集天才、勤奋和荣誉于一身。 计算科学的由来 计算科学的重要性在哪里？ 计算科学的目的是利用日益强大的计算能力，来倒推计算出我们所在世界的本质规律，也就是这个世界的基本物理模型——万物理论，它可能是是一个公式、一个规则、一个原理或者一个模型。 作为我们世界的终极规则，这个规则或者模型或者公式在无限迭代之后，形成了我们这个世界的时间、空间、物质、过去、现在和未来。 说起来是不是很玄？是的，这又回归到最著名的终极三问“我是谁？我从哪里来？我到哪里去”，或者说“这个世界是什么？这个世界是从哪里演变而来？这个世界未来发展成什么样子？” Wolfgram想通过计算的方法来找到这三个问题的答案：找到这个世界的万物理论。 古往今来，无数先知先哲都在找寻答案，从基督教的“上帝说，要有光，所以有了光”，从佛教的“万物由心造”，道教的“道生一，一生二，二生三，三生万物”，现代物理学的宇宙大爆炸的奇点，光、心、道、奇点等等都是尝试从不同角度来解释世界的本源。 计算科学的研究成果 Wolgram发现，一组简单的规则在经过多次迭代衍生之后，会产生意想不到的复杂性，比如我们制定一个很简单的规则：“从一个六边形的黑色元胞开始，如果一个元胞相邻的元胞有黑色的话，这个元胞就变为黑色。”于是我们可以看到：
这是迭代30次之后的样子，从理论上讲，无限次迭代之后，生成的模型会无限复杂。因此Wolgfram在电脑中假设了大量的不同的基本规则，利用电脑强大的计算能力进行迭代计算和模拟，产生不同的模型。 让人惊讶的是，在大量迭代之后，某些简单规则产生的模型中出现了空间和运动记录（也就是时间）的演化。
理论上，如果模拟出的宇宙模型的运行规律和我们所在宇宙的运行规律的相似度为100%，那就可以倒推出我们这个世界的由来。 在2020年4月，Wolfgram声称万物理论已被发现，后来又推翻声明，可以想象他利用计算科学做了多么大量的计算和尝试。 当然，这也说明了计算科学的局限性。 计算科学的局限 计算科学当然也有局限性，个人将其归纳为三点： （1）现有科学体系对于世界规律的探索和发现远远没有达到这个世界的本质，简单来讲，就是我们人类对于这个宇宙的认识太少了，不说无限的宇宙空间，就是对于人类本身，对于地球的认识，都远远没有达到最基本的认知水平，没有这些，谈何对比和确认Wolfgram通过计算科学计算得出的模型结果？ （2）计算能力是否足够，现有计算机的计算能力是否能够满足无限次的计算，所花费的时间是否在可预计范围内。当然，随着量子计算技术的进步，更强大的计算能力会不断出现。 （3）第三点，也是最关键的一点，我们对于基本规则的认知是否能够穷尽所有可能？ 这个基本规则是一个公式，一个定义，一组数列，一个模型，甚至是我们的一个想法，这些都受我们人脑本身的限制？如果这个规则不能穷尽，甚至是在我们人类的认知之外的规则，那可能我们永远也无法找到这个万物理论。
最后 计算科学为人类寻找世界本源提供了一个方法，这个方法是否能够实现我们寻找世界本源规律的目的，目前还无法验证。但是Wolfgram使用计算科学的思路和角度，为更多的科学家打开了一扇窗，让更多人能够沿着这个方向进行研究，找到更多的可能。
吾生也有涯，而知也无涯，人类的探索和追求是没有穷尽的。随着更多的方法和工具的出现，人类探索世界也会更加深入。 也许在未来的某一天，计算科学会带给我们一个大大的惊喜。
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