1、數(shù)學(xué)模型解釋宇宙本質(zhì)數(shù)學(xué)模型解釋宇宙本質(zhì)2010-05-04 16：46沃爾夫勒姆1959年出生于倫敦,父親是相當(dāng)成功的作家,母親是牛津大學(xué)的哲學(xué)教授.他幼年聰慧,13歲入伊頓(Eton)公學(xué),15歲發(fā)表首篇粒子物理方面的學(xué)術(shù)論文,到17歲,他的科學(xué)論文發(fā)到了核物理(The Nuclear Physics)雜志上.在獲得牛津大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金并在牛津?qū)W習(xí)一年之后,即到了美國(guó)阿格納國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)的理論高能物理小組(Theoretical High-Energy Physics Groups)工作.1978年19歲的沃爾夫勒姆受著名物理學(xué)家穆雷蓋爾曼

2、(Murray Gell-Mann)之邀去到加州理工學(xué)院(the California Institute of Technology),從事基本粒子物理學(xué)方面的研究,取得顯著成就,一年內(nèi)獲得理論物理學(xué)博士學(xué)位.1980年沃爾夫勒姆成為加州理工學(xué)院一員,與費(fèi)曼(Richard Feynman)共事.1981年被授予麥克阿瑟天才人物獎(jiǎng)(MacArthurGeniusFellowship),并成為該獎(jiǎng)最年輕的獲得者.之后他又到了愛(ài)因斯坦度過(guò)后半生的普林斯頓高級(jí)研究所(the Institute for Advanced Study)工作,再后來(lái)又成為伊利諾斯大學(xué)(the University of

3、 Illinois)的物理學(xué),數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授.1986年27歲的沃爾夫勒姆創(chuàng)立了以他的姓氏命名的沃爾夫勒姆研究公司(Wolfram Research,Inc)后,離開(kāi)了學(xué)術(shù)界,成為一位企業(yè)家.1988年6月23日他的公司發(fā)布了一種著名的數(shù)學(xué)軟件數(shù)(Mathematica),該軟件使得人們可以隨心所欲地進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算,解方程,求導(dǎo)數(shù),求積分,求矩陣的逆,畫(huà)三維圖形等等不再是一件煩人的苦差事.溫伯格說(shuō)他學(xué)會(huì)使用數(shù)學(xué)軟件的那一天是個(gè)快樂(lè)的日子,因?yàn)槟菢铀梢詳[脫叫研究生助手解算微分方程而產(chǎn)生的窘迫感.2加州大學(xué)圣迪亞哥分校通訊和信息技術(shù)研究所主任拉雷斯馬爾(Larry Smarr)把該

4、軟件稱(chēng)作有史以來(lái)最重要的科學(xué)軟件.3沃爾夫勒姆本人則因發(fā)明該軟件被認(rèn)為是人類(lèi)的偉大贊助者.4目前該軟件在科學(xué)家,工程師以及其他各種職業(yè)中有大量的使用者,其數(shù)目超過(guò)一百萬(wàn),沃爾夫勒姆因此也成為千萬(wàn)富翁.在學(xué)術(shù)和商業(yè)上都取得了如此的成功,沃爾夫勒姆無(wú)疑是一個(gè)絕頂聰明的人,但是他怎么會(huì)寫(xiě)出新科學(xué)這樣一部愚蠢的書(shū)呢5早在1981年,沃爾夫勒姆的研究興趣從基本粒子轉(zhuǎn)向了自然界中復(fù)雜性的起源問(wèn)題,試圖通過(guò)電腦運(yùn)算來(lái)解釋各種復(fù)雜現(xiàn)象,并取得了一定的成果.由于研制和改進(jìn)數(shù)學(xué)軟件,以及監(jiān)管公司的運(yùn)營(yíng),他的這一研究興趣被一度壓制.1991年數(shù)學(xué)軟件第二版發(fā)行之后,沃爾夫勒姆開(kāi)始抽出一部分時(shí)間來(lái)繼續(xù)先前的研究.他一

5、般在晚上10點(diǎn)整坐到他的電腦前開(kāi)始他的科學(xué)工作,直到天亮,再睡到中午,然后與他的前數(shù)學(xué)家妻子和三個(gè)孩子度過(guò)下午.沃爾夫勒姆就這樣在幾乎隱居的狀態(tài)下進(jìn)行他的科學(xué)研究,按照他的說(shuō)法,牛頓和達(dá)爾文在發(fā)表他們的驚人之作前,都是單打獨(dú)斗了好幾年的.6在總共4000多個(gè)漆黑的夜晚里,沃爾夫勒姆敲擊了一億次鍵盤(pán),移動(dòng)了一百多英里的鼠標(biāo),作了上萬(wàn)頁(yè)的筆記,產(chǎn)生的研究結(jié)果占了10G的硬盤(pán)空間,編制了近一百萬(wàn)行的數(shù)學(xué)軟件命令,運(yùn)行了一千萬(wàn)億次的電腦運(yùn)算.7最后形成了一本1200多頁(yè),5磅重的大部頭.沃爾夫勒姆聲稱(chēng)此書(shū)是科學(xué)史上最為重要的一部著作,而他所做的一切不亞于牛頓的貢獻(xiàn).8早在該書(shū)面世以前,沃爾夫勒姆在接受

6、福布斯雜志記者采訪時(shí)就夸耀了他將在書(shū)中給出的幾個(gè)主要發(fā)現(xiàn),譬如,向自然選擇學(xué)說(shuō)作出挑戰(zhàn)；時(shí)間為什么單向流逝；怎樣制造人造生物；解釋股市漲落；諸如從雷電到星系的復(fù)雜系統(tǒng)如何蘊(yùn)藏著智能；樹(shù)葉,樹(shù)木,貝殼,雪花和幾乎所有其他東西的形狀為什么是那個(gè)樣子的,等等等等.9這些屬于絕然不同的研究領(lǐng)域,看起來(lái)似乎風(fēng)馬牛不相及的問(wèn)題,如何在沃爾夫勒姆所謂的新科學(xué)下得到統(tǒng)一的解釋呢?上個(gè)世紀(jì)50年代烏爾姆(Stanislaw M.Ulam)和馮諾伊曼(John von Neumann)為了研究機(jī)器人自我復(fù)制的可能性,提出一種叫做元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automaton)的離散型動(dòng)力系統(tǒng)(Discrete

7、Dynamical Systems).元胞自動(dòng)機(jī)是研究復(fù)雜系統(tǒng)行為的最初理論框架,也是人工智能的雛形.設(shè)想一個(gè)平面上縱橫相交的許多直線構(gòu)成了許多網(wǎng)格(這里以平面為例,但不限于二維平面),每一個(gè)網(wǎng)格就是一個(gè)細(xì)胞.這些細(xì)胞可以具有一些特征狀態(tài),譬如被染成黑,白,紅,綠等顏色.在每個(gè)特定的時(shí)刻每個(gè)細(xì)胞只能處于一種特征狀態(tài)中.隨著時(shí)間的增加,或者叫做疊代過(guò)程的進(jìn)行,每個(gè)細(xì)胞根據(jù)周?chē)?xì)胞的狀態(tài),按照相同的規(guī)則自動(dòng)地改變它的狀態(tài).這就構(gòu)成了一臺(tái)元胞自動(dòng)機(jī).決定一個(gè)元胞自動(dòng)機(jī)的先決條件有四個(gè)：1,決定細(xì)胞活動(dòng)的空間維度,譬如一維的,二維的或三維的,等等；2,定義細(xì)胞可能具有的狀態(tài)；3,定義細(xì)胞改變狀態(tài)的規(guī)則

8、；4,設(shè)定元胞自動(dòng)機(jī)中各細(xì)胞的初始狀態(tài).1982年沃爾夫勒姆發(fā)表了第一篇關(guān)于元胞自動(dòng)機(jī)的學(xué)術(shù)論文,從此開(kāi)始了對(duì)元胞自動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)研究.沃爾夫勒姆著重研究空間維度為二維的元胞自動(dòng)機(jī),細(xì)胞可能具有的狀態(tài)只有兩種,用顏色表示成黑色或白色,一個(gè)細(xì)胞只根據(jù)上一行中與該細(xì)胞緊相鄰的三個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)來(lái)改變自己的狀態(tài).被這樣設(shè)定的元胞自動(dòng)機(jī)叫做一維元胞自動(dòng)機(jī).考慮并排的三個(gè)格子,它們分別被賦予黑白兩種狀態(tài),通過(guò)簡(jiǎn)單的排列后,我們不難得到共有8種組合狀態(tài).這8種組合狀態(tài)的每一種都各自決定下一個(gè)細(xì)胞是黑色或白色,這樣總共有256種可能性.因此在沃爾夫勒姆考慮的元胞自動(dòng)機(jī)種類(lèi)中,細(xì)胞改變狀態(tài)的規(guī)則有256種.沃爾夫勒姆

9、把這256種規(guī)則一一編號(hào),譬如第110號(hào)規(guī)則是這樣的：用文字來(lái)敘述就是：當(dāng)某細(xì)胞的上一行相鄰三個(gè)細(xì)胞為全黑,全白或者左側(cè)一個(gè)細(xì)胞為黑時(shí),該細(xì)胞為白色,否則為黑色.設(shè)定一個(gè)簡(jiǎn)單的細(xì)胞初始狀態(tài),譬如在第一行只有一個(gè)黑色細(xì)胞,根據(jù)規(guī)則110,元胞自動(dòng)機(jī)就可以自動(dòng)把其余的細(xì)胞變成黑色或保留白色.上左圖就是根據(jù)規(guī)則110運(yùn)行了前20步的情況,在這里似乎看不出什么有趣的東西.但運(yùn)行到幾百步后,就出現(xiàn)了一些有趣的特征,一些結(jié)構(gòu)開(kāi)始既不是周期性地也不是完全隨機(jī)地出現(xiàn)在畫(huà)面上.上右圖就是按規(guī)則110運(yùn)行到700步的情況.1984年沃爾夫勒姆把256種規(guī)則分成了四類(lèi)：第一類(lèi)只生成簡(jiǎn)單重復(fù)的圖案,比如全黑,全白,或

10、黑白相間如國(guó)際象棋棋盤(pán)等等；第二類(lèi)規(guī)則產(chǎn)生一些自相似的分形圖案,形成穩(wěn)定的嵌套結(jié)構(gòu)；第三類(lèi)規(guī)則產(chǎn)生的圖案具有明顯的隨機(jī)性；第四類(lèi)規(guī)則產(chǎn)生復(fù)雜的圖案,但不簡(jiǎn)單重復(fù).這些圖案既不是規(guī)則的也不是完全隨機(jī)的.它們呈現(xiàn)出某種有序性,但卻不能被預(yù)言.沃爾夫勒姆所青睞的正是這第四類(lèi)規(guī)則.規(guī)則110是第四類(lèi)規(guī)則中的精粹(被認(rèn)為幾乎與規(guī)則110同樣有趣的還有規(guī)則30).通過(guò)規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的規(guī)則和簡(jiǎn)單的初始條件產(chǎn)生出復(fù)雜的圖形模式.發(fā)現(xiàn)規(guī)則110和規(guī)則30元胞自動(dòng)機(jī)是沃爾夫勒姆對(duì)元胞自動(dòng)機(jī)理論所作出的巨大貢獻(xiàn).新科學(xué)以如下驚人之言開(kāi)始它的鴻篇巨制：三個(gè)世紀(jì)以前,人們發(fā)現(xiàn)建立在數(shù)學(xué)方程基礎(chǔ)上的規(guī)

11、律能夠用于對(duì)自然界的描述,伴隨著這種新觀念,科學(xué)發(fā)生了轉(zhuǎn)變.在此書(shū)中我的目的是將要用簡(jiǎn)單的電腦程序來(lái)表達(dá)更為一般類(lèi)型的規(guī)律,并在此種規(guī)律基礎(chǔ)上建立一種新的科學(xué),從而啟動(dòng)另一場(chǎng)科學(xué)變革.10作者沃爾夫勒姆在這里所指的三個(gè)世紀(jì)前那場(chǎng)發(fā)生在科學(xué)上的轉(zhuǎn)變就是我們常說(shuō)的科學(xué)革命,那場(chǎng)革命以哥白尼發(fā)表天體運(yùn)行論為開(kāi)端,經(jīng)過(guò)伽利略和開(kāi)普勒等人的推進(jìn),到牛頓出版自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理達(dá)到高潮.沃爾夫勒姆認(rèn)為傳統(tǒng)科學(xué)未能建立起解釋宇宙復(fù)雜性的理論,靠數(shù)學(xué)方程做不到這一點(diǎn).所以他要發(fā)動(dòng)一場(chǎng)新的科學(xué)革命,革命的內(nèi)容就是要用簡(jiǎn)單的電腦程序取代數(shù)學(xué)方程.沃爾夫勒姆所鐘情的這種簡(jiǎn)單的電腦程序就是上文介紹的元胞自動(dòng)機(jī).新科學(xué)首

12、先用元胞自動(dòng)機(jī)完成了乘法,除法運(yùn)算,和求素?cái)?shù),求平方根,求值,甚至解偏微分方程.并把一維元胞自動(dòng)機(jī)擴(kuò)展到*元胞自動(dòng)機(jī),產(chǎn)生更高的復(fù)雜程度,模擬了雪花,生物細(xì)胞等等.沃爾夫勒姆在書(shū)中進(jìn)一步把元胞自動(dòng)機(jī)與周?chē)恼鎸?shí)世界聯(lián)系起來(lái),彈子球,紙牌游戲,布朗運(yùn)動(dòng),三體問(wèn)題等等問(wèn)題中的隨機(jī)性都可以用元胞自動(dòng)機(jī)來(lái)解釋?zhuān)涣黧w的湍流,晶體生長(zhǎng)的規(guī)律,華爾街股票的漲落也都可用元胞自動(dòng)機(jī)來(lái)模擬；還有自然界中的樹(shù)葉,貝殼,生物色素沉著等,元胞自動(dòng)機(jī)能生成與它們一模一樣的圖案和形態(tài).沃爾夫勒姆是從物理學(xué)開(kāi)始步入學(xué)術(shù)殿堂的,他卻在物理學(xué)領(lǐng)域吹響了最嘹亮的革命號(hào)角.他很聰明地構(gòu)建了一種保守的的元胞自動(dòng)機(jī),這種元胞自動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的

13、無(wú)序性是可逆的.這種保守的,可逆的元胞自動(dòng)機(jī)與熱力學(xué)第二定律發(fā)生沖突.沃爾夫勒姆進(jìn)一步認(rèn)為宇宙也是一臺(tái)元胞自動(dòng)機(jī),空間,時(shí)間,引力,相對(duì)論和量子力學(xué)也是這臺(tái)宇宙元胞自動(dòng)機(jī)所呈現(xiàn)出來(lái)的各種表象.他還深信,宇宙元胞自動(dòng)機(jī)的初始規(guī)則,用他的數(shù)學(xué)軟件來(lái)表達(dá),也許只有幾行命令.沃爾夫勒姆最后對(duì)他的元胞自動(dòng)機(jī)理論作了進(jìn)一步闡述和提高.他指出規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī)是普適的,等價(jià)于一臺(tái)普適圖靈機(jī)(Universal Turing Machine)11這一點(diǎn)由沃爾夫勒姆在1985年左右作出猜測(cè),由他的公司雇員庫(kù)克(Matthew Cook)在上個(gè)世紀(jì)90年代中期給出證明.在書(shū)的最后一章給出了幾乎可以被稱(chēng)作為沃爾夫

14、勒姆原理的計(jì)算等價(jià)原理(the Principle of Computational Equivalence)：幾乎所有達(dá)到一定復(fù)雜程度的系統(tǒng)都等價(jià)于規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī),也即等價(jià)于一臺(tái)普適圖靈機(jī).新科學(xué)的寫(xiě)作似乎就是實(shí)踐了沃爾夫勒姆鐘愛(ài)的信條：從簡(jiǎn)單可以產(chǎn)生復(fù)雜.全書(shū)巨大的篇幅歸根結(jié)底只圍繞了一個(gè)單一的主題規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī).沃爾夫勒姆從元胞自動(dòng)機(jī)出發(fā)招惹了各個(gè)學(xué)科的各種問(wèn)題,試圖給出宇宙間所有問(wèn)題的答案.4沃爾夫勒姆的新科學(xué)革命波及了如此廣泛的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域,他的一些過(guò)激言論自然遭到一些領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家的反駁.對(duì)生物學(xué),他寫(xiě)道：生物系統(tǒng)常被當(dāng)成自然界中復(fù)雜系統(tǒng)的極好例證,人們?cè)O(shè)想它們的復(fù)雜性必定從根

15、本上要比其他系統(tǒng)的要高,這是毫不稀奇的而我相信,生物系統(tǒng)中許多最為明顯的復(fù)雜性例子事實(shí)上與適應(yīng)環(huán)境或自然選擇幾乎沒(méi)有關(guān)系.相反,它們主要只是我所發(fā)現(xiàn)的基本現(xiàn)象的一個(gè)結(jié)果.12沃爾夫勒姆以某些軟體動(dòng)物的殼為例,指出這些殼上的圖案與一些元胞自動(dòng)機(jī)生成的圖案非常類(lèi)似.而這種類(lèi)似絕非巧合：殼的圖案由一層層的色素分泌細(xì)胞(生物細(xì)胞)沉淀而成,這些色素分泌細(xì)胞與相鄰的細(xì)胞交換化學(xué)信號(hào),其行為與元胞自動(dòng)機(jī)非常相似.這種類(lèi)似性雖然不是由沃爾夫勒姆首次提出來(lái),但是他進(jìn)一步指出了某種元胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則類(lèi)型中所有可能的規(guī)則都可以在不同的軟體動(dòng)物的殼上找到.事實(shí)上沃爾夫勒姆所舉的只是一些有限的簡(jiǎn)單的生物學(xué)例子,就得出結(jié)論

16、說(shuō)許多生物體上的差異最終幾乎都與自然選擇無(wú)關(guān),這未免過(guò)于草率.評(píng)論者認(rèn)為對(duì)進(jìn)化生物學(xué)的論述是新科學(xué)中最站不住腳的部分,13也有人批評(píng)作者缺乏必要的生物學(xué)知識(shí),而元胞自動(dòng)機(jī)也從來(lái)沒(méi)有產(chǎn)生出一種比一條蚯蚓更復(fù)雜的生物來(lái),所以沃爾夫勒姆作為一個(gè)研究復(fù)雜系統(tǒng)方面的專(zhuān)家,就這樣冒冒失失地闖入生物學(xué)領(lǐng)域,只是愚弄他自己而已.14或許應(yīng)該肯定沃爾夫勒姆在新科學(xué)里給出了一些好的事例,它們說(shuō)明自然選擇學(xué)說(shuō)還不能解釋某一種生物體上的復(fù)雜特征.這屬于科學(xué),但不是新的.生物學(xué)家們知道得很清楚,自然選擇學(xué)說(shuō)不能預(yù)言某一匹斑馬身上的特殊條紋,就好比物理學(xué)家們知道通過(guò)解算微分方程不能預(yù)測(cè)一年之后的天氣.復(fù)雜性和隨機(jī)性可謂此

17、書(shū)的中心論題,但是沃爾夫勒姆一直不對(duì)它們作出嚴(yán)格的定義,直到第550頁(yè)才稍稍正面論及它們.沃爾夫勒姆是從觀察者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的感覺(jué)如何,而不是從復(fù)雜系統(tǒng)本身如何產(chǎn)生,來(lái)定義復(fù)雜性和隨機(jī)性.也就是說(shuō),它看上去是復(fù)雜的,它就是復(fù)雜的.在處理混沌這個(gè)概念時(shí),沃爾夫勒姆也有意把混沌等價(jià)于對(duì)初始條件敏感的現(xiàn)象.對(duì)初始條件敏感而產(chǎn)生混沌,只是混沌產(chǎn)生的一個(gè)方面.人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到一些簡(jiǎn)單的系統(tǒng)也能產(chǎn)生混沌效應(yīng).議者猜測(cè),沃爾夫勒姆避免提到這點(diǎn),是為了好讓讀者以為是他發(fā)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的規(guī)則能產(chǎn)生復(fù)雜,隨機(jī)的效應(yīng).全書(shū)有超過(guò)30處作出了這樣的暗示.15新科學(xué)中有關(guān)數(shù)學(xué)方面的論述也讓一些數(shù)學(xué)家們感到疑慮.關(guān)于哥德?tīng)柖?沃爾

18、夫勒姆寫(xiě)道：此處的構(gòu)造可以被視為提供了哥德?tīng)柖伤阈g(shù)體系中存在無(wú)法證明的陳述的一個(gè)簡(jiǎn)單證明.16但評(píng)論者指出,這個(gè)說(shuō)法是不對(duì)的.書(shū)中提供的證明依賴規(guī)則110的不可判定性(undecidability),因此相比其他哥德?tīng)柖傻淖C明,書(shū)中的證明要復(fù)雜得多.17沃爾夫勒姆的計(jì)算等價(jià)原理是一條讓人褒貶不一的大膽設(shè)想.他認(rèn)為,所有過(guò)程,無(wú)論是由人力產(chǎn)生的還是自然界中自發(fā)的,都可以視作一種計(jì)算過(guò)程.在他看來(lái),從山頂滾下的巖石也是計(jì)算機(jī),因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)每一步都有輸入,按照固定的規(guī)則更新系統(tǒng),就如PC機(jī)一樣.沃爾夫勒姆之所以產(chǎn)生這樣的觀點(diǎn),是因?yàn)榘凑账亩x,宇宙就是一臺(tái)電腦.在接受紐約時(shí)報(bào)的一次采訪中,沃爾

19、夫勒姆承認(rèn)在角落里靜靜地生銹的一桶鐵釘也是一臺(tái)普適計(jì)算機(jī),其相關(guān)特征與人的智能是可有一比的.18總而言之,來(lái)自各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的評(píng)論者對(duì)新科學(xué)的評(píng)價(jià)往往不高.譬如,一位來(lái)自人工智能領(lǐng)域的專(zhuān)家評(píng)論第十章知覺(jué)和分析的過(guò)程中有關(guān)于人工智能的論述時(shí)說(shuō),這一章的論述讓他很失望.19另一位評(píng)論者則說(shuō),每當(dāng)他(沃爾夫勒姆)寫(xiě)到我很了解的東西時(shí),他往往是錯(cuò)的.20一位研究相變的評(píng)論者則指出了書(shū)中第981頁(yè)和983頁(yè)上關(guān)于相變的兩處論述是錯(cuò)誤的.215正如書(shū)名所強(qiáng)調(diào)的,沃爾夫勒姆要展示給讀者的是一種新科學(xué).而正是這個(gè)新字召來(lái)了更多批評(píng).對(duì)于書(shū)中反復(fù)宣稱(chēng)的復(fù)雜的行為和現(xiàn)象源于簡(jiǎn)單的規(guī)則,議者指出這完全不是什么新知識(shí),在

20、過(guò)去15年里有1000多篇專(zhuān)業(yè)論文和好幾十本通俗著作介紹過(guò)這個(gè)主題.22就是在作者自己的研究領(lǐng)域里,也是數(shù)十年前的老新聞了.計(jì)算等價(jià)原理也只是作者上個(gè)世紀(jì)八十年代一些工作的復(fù)述.書(shū)中很多內(nèi)容只是對(duì)于那些不熟悉元胞自動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的讀者才是新的.作者所謂的新發(fā)現(xiàn)其實(shí)大多是相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)家所熟知的事實(shí),而所謂的新科學(xué)只是我們稱(chēng)之為復(fù)雜性科學(xué)或復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)的那種科學(xué).23沃爾夫勒姆往往站到他稱(chēng)之為傳統(tǒng)科學(xué)的對(duì)立面,命令傳統(tǒng)科學(xué)家們對(duì)他們不感到驚奇的東西感到驚奇.24本書(shū)的諸多發(fā)現(xiàn)暗示了一種新的完全不同的機(jī)制,我相信這種機(jī)制確實(shí)對(duì)很多復(fù)雜系統(tǒng)譬如我們?cè)谏飳W(xué)中看到的例子發(fā)生作用.25新科學(xué)中充滿類(lèi)似的聲稱(chēng),

21、然而書(shū)中有關(guān)進(jìn)化論的觀點(diǎn)與古爾德(Stephen Jay Gould)的一些觀點(diǎn)如出一轍,但沒(méi)有對(duì)后者的著作進(jìn)行引用.26至于發(fā)現(xiàn)了新科學(xué)這樣的聲稱(chēng)也不再是新鮮事了.蓋雷克(James Gleick)在1988年出版的混沌：制造一種新科學(xué)(Chaos,Making aNew Science)中就已經(jīng)這樣聲稱(chēng)過(guò),書(shū)中也介紹了復(fù)雜源于簡(jiǎn)單的道理.似乎是要與發(fā)布一種新科學(xué)的創(chuàng)舉相稱(chēng),沃爾夫勒姆還實(shí)踐了一種全新的科學(xué)寫(xiě)作和出版發(fā)行模式.評(píng)論者戲稱(chēng),沃爾夫勒姆不僅發(fā)明了一種新科學(xué),還發(fā)明了一種新的科學(xué)寫(xiě)作法.27新科學(xué)全書(shū)可以分成前后兩大部分：850多頁(yè)的正文和350多頁(yè)小字號(hào)排印的注釋,各25萬(wàn)字左右

22、.全書(shū)無(wú)致謝,無(wú)參考文獻(xiàn),所作注釋也不遵守公認(rèn)的學(xué)術(shù)規(guī)范.有人認(rèn)為后半部分的注釋似乎比正文更值得一讀,因?yàn)樵谧⑨屩凶髡呓忉屃怂挠^點(diǎn)是如何得來(lái)的,并與其他觀點(diǎn)作了比較.而在正文中他表現(xiàn)得他的觀點(diǎn)似乎是從石頭縫里蹦出來(lái)的,與別人毫無(wú)關(guān)系.28沃爾夫勒姆在書(shū)中還大量使用他自己發(fā)明的術(shù)語(yǔ)而不使用已有的,通用的科學(xué)語(yǔ)言；他堅(jiān)持使用數(shù)學(xué)軟件中的數(shù)學(xué)符號(hào)而不用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)符號(hào),這大概只能方便感興趣的數(shù)學(xué)軟件使用者就書(shū)中的某些問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn).新科學(xué)沒(méi)有經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的出版發(fā)行渠道,而是由作者自己擁有的沃爾夫勒姆媒體公司(Wolfram Media,Inc.)出版發(fā)行,因此被人稱(chēng)作私人出版物.沃爾夫勒姆10多年來(lái)閉

23、門(mén)造車(chē),1990年以后不再在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表文章,遠(yuǎn)離了學(xué)術(shù)圈子的監(jiān)督和評(píng)價(jià).或許沃爾夫勒姆認(rèn)為這是發(fā)布與傳統(tǒng)科學(xué)不同的新科學(xué)所必需的舉動(dòng)吧.但是學(xué)術(shù)同行的評(píng)閱可以迫使作者把他證明了的,用實(shí)驗(yàn)演示了的,和僅僅是一種推測(cè)這三種情況明確區(qū)別開(kāi)來(lái),但沃爾夫勒姆在書(shū)中顯然沒(méi)有很好區(qū)分這三種情況,以致出現(xiàn)了上文所提及的很多錯(cuò)誤.一位評(píng)論者說(shuō),新科學(xué)贏得了我的興趣,甚至贏得了我的欽慕,但不能贏得我的信任.29看來(lái)通過(guò)編輯審稿,同行評(píng)閱的傳統(tǒng)出版方式即使對(duì)新科學(xué)來(lái)說(shuō)也是一種需要堅(jiān)持的學(xué)術(shù)規(guī)范.在一則題為簡(jiǎn)明和謙虛的注釋中,沃爾夫勒姆解釋說(shuō),他不得不犧牲后者來(lái)達(dá)到前者.他在夸大自己的成就方面確實(shí)毫不謙虛,在書(shū)中

24、他稱(chēng)他的發(fā)現(xiàn)比整個(gè)理論科學(xué)史上許多單個(gè)發(fā)現(xiàn)更為重要.30書(shū)中到處彌漫的這種傲慢與自負(fù)讓很多人感到很不舒服.一位評(píng)論者寫(xiě)道：沃爾夫勒姆極端狂妄自大地把他的關(guān)于元胞自動(dòng)機(jī)的書(shū)取名為一種新科學(xué),但這不是新的,這也不是科學(xué).31衛(wèi)報(bào)的一篇文章說(shuō)沃爾夫勒姆的新科學(xué)在許多方面都是不一般的,它顯然是我迄今所見(jiàn)的最為傲慢自大的科學(xué)著述.32另一篇衛(wèi)報(bào)上的文章則奉勸沃爾夫勒姆應(yīng)該收起他的傲慢,重新開(kāi)始與他的同行們交流.他們至少能讓他保持誠(chéng)實(shí).33還有人不無(wú)惋惜地說(shuō)：假如沃爾夫勒姆少一點(diǎn)自我吹噓,多一點(diǎn)謙虛,假如他更好地引用了而不是忽視了前人的工作,假如他進(jìn)行了更多獨(dú)立的同行評(píng)議,那么新科學(xué)將會(huì)是迄今最權(quán)威的關(guān)于

25、元胞自動(dòng)機(jī)的著作,人們也將更樂(lè)意閱讀它.34在對(duì)待前人的工作方面,沃爾夫勒姆的做法也被人指責(zé)不合乎學(xué)術(shù)規(guī)范.在新科學(xué)正文中沒(méi)有引用一次他人的相關(guān)成果.譬如在講到軟體動(dòng)物的貝殼圖案時(shí),他完全沒(méi)有提到赫爾曼(G.T.Herman)和合作者在1973年提出一個(gè)用來(lái)模擬貝殼圖案的元胞自動(dòng)機(jī).35在論述流體的湍流時(shí)他也沒(méi)有提到斯威夫特(Jack Swift)和卡達(dá)諾夫(Leo P.Kadanoff)發(fā)表在1968年物理評(píng)論(Phys.Rev.165 310)和弗里希(Frisch)等人發(fā)表在1986年物理評(píng)論通信(Phys.Rev.Lett.56 1595)上的模擬水流的元胞自動(dòng)機(jī).36當(dāng)然他在正文中很

26、小心地避免了把別人的成果說(shuō)成是他自己的,但他善于作出這樣的暗示.在書(shū)的注釋中沃爾夫勒姆雖然介紹了一些概念的發(fā)展歷史和前人的成果,但也巧妙地使用被動(dòng)語(yǔ)態(tài),從而隱去了成果的主語(yǔ).沃爾夫勒姆在新科學(xué)前言中宣稱(chēng)這種新科學(xué)是從1991年以來(lái)的這段時(shí)間里發(fā)現(xiàn)的.但是書(shū)中的成果和思想與前人的工作有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,有些思想直接得之于前人.譬如沃爾夫勒姆在書(shū)中鼓吹的宇宙就是一臺(tái)電腦的思想最先由元胞自動(dòng)機(jī)界的前輩,麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室前主任弗雷德金(Edward Fredkin)提出.弗雷德金回憶起在大約20年前的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上,他向沃爾夫勒姆提出宇宙就象一臺(tái)元胞自動(dòng)機(jī),沃爾夫勒姆不接受他的觀點(diǎn),并在后來(lái)的討

27、論中說(shuō)他的觀點(diǎn)是瘋狂的.新科學(xué)出版之后,面對(duì)媒體沃爾夫勒姆反復(fù)強(qiáng)調(diào)他已經(jīng)給予了包括弗雷德金在內(nèi)的發(fā)展和完善元胞自動(dòng)機(jī)理論的前輩們合適的評(píng)價(jià).在一次電話采訪中,他說(shuō)我已盡我所能把過(guò)去的事情講清楚.這是一個(gè)涉及很多人的復(fù)雜故事.37沃爾夫勒姆的新科學(xué)很大程度上是建立在規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī)等價(jià)于普適圖靈機(jī)這一條重要定理之上的.這條定理的證明由沃爾夫勒姆研究公司前雇員庫(kù)克(Matthew Cook)在1994年給出.但是沃爾夫勒姆用公司與雇員之間的合同約束庫(kù)克在新科學(xué)出版之前不得發(fā)表他的證明.38在這里沃爾夫勒姆簡(jiǎn)直把學(xué)術(shù)當(dāng)做商業(yè)來(lái)運(yùn)營(yíng)了.科學(xué)知識(shí)的增長(zhǎng)是一個(gè)積累過(guò)程,任何科學(xué)研究都是在前人的工作基礎(chǔ)

28、上繼續(xù).所以在學(xué)術(shù)論文和專(zhuān)著中引述前人和同行的工作不單單是一個(gè)學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范問(wèn)題,也是證明自己工作的正確性和取信于讀者的重要手段.成就著卓如牛頓者,雖然在為人處世上多為后人詬病,但是在科學(xué)上他是謙虛的,諸如巨人的肩膀和海濱嬉戲的孩子之類(lèi)的名言,后世傳誦不絕.6被尊為古希臘科學(xué)鼻祖的泰勒斯說(shuō)：萬(wàn)物的本原是水；他的學(xué)生畢達(dá)哥拉斯說(shuō)：萬(wàn)物的本原是數(shù)；到了如今這個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)代,終于有人站出來(lái)說(shuō)：萬(wàn)物的本原是計(jì)算.控制論鼻祖韋納(Norbert Weiner)在1948年的控制論(Cybernetics)中提出宇宙的基本構(gòu)件是信息的傳遞,而不是能量.弗雷德金將這一思想發(fā)揚(yáng)光大,在20世紀(jì)80年代早期提

29、出了他的新物理學(xué)理論,認(rèn)為宇宙由最基本的計(jì)算軟件構(gòu)成.終極的實(shí)在不是粒子或力,而是根據(jù)計(jì)算規(guī)則變化的數(shù)據(jù)比特(bit).39弗雷德金熱情地宣稱(chēng)：在這世界中,沒(méi)有什么是象比特這樣具體的構(gòu)件,它比光子或電子更具體,它不是實(shí)在的模仿,它不是假扮實(shí)在的東西,它就是實(shí)在.40西方人的一句諺語(yǔ)也許有點(diǎn)道理：在木匠眼里,月亮是木頭做的.在整天與比特打交道的計(jì)算機(jī)專(zhuān)家眼里,世界也就是由一份一份的信息構(gòu)成,在他們眼里宇宙是離散的而不是連續(xù)的.費(fèi)曼在1981的一篇論文里也表達(dá)過(guò)這樣的觀點(diǎn),而沃爾夫勒姆沿著這條路走得更遠(yuǎn).在他的新科學(xué)里,基本粒子只是一種偶發(fā)現(xiàn)象,物體的運(yùn)動(dòng),幾何學(xué)之類(lèi)僅僅是幻象.時(shí)間和空間由離散的

30、最小單元構(gòu)成,就如元胞自動(dòng)機(jī)的細(xì)胞.宇宙間的一切變化只是細(xì)胞之間的信號(hào)傳遞.按照他的計(jì)算等價(jià)原理,宇宙就是一臺(tái)普適元胞自動(dòng)機(jī).認(rèn)識(shí)到宇宙是一臺(tái)元胞自動(dòng)機(jī)對(duì)我們?nèi)祟?lèi)自身有什么意義嗎它有助于我們回答一些最基本的問(wèn)題嗎譬如弗雷德金曾經(jīng)思考過(guò)的三個(gè)哲學(xué)問(wèn)題：生命是什么意識(shí),思想和記憶是什么宇宙怎么運(yùn)轉(zhuǎn)一些科學(xué)家,如牛津大學(xué)著名的進(jìn)化論學(xué)者道金斯(Richard Dawkins),主張用元胞自動(dòng)機(jī)模仿生物的進(jìn)化.他們構(gòu)造出模仿昆蟲(chóng)進(jìn)化的元胞自動(dòng)機(jī),在電腦屏幕上觀察昆蟲(chóng)的變異,繁殖和互相吞噬.弗雷德金對(duì)他的三個(gè)問(wèn)題深思熟慮之后,竟也得出：有一個(gè)更高級(jí)的智慧生物在觀察我們?nèi)祟?lèi)的進(jìn)化,繁殖,相互殘殺,人類(lèi)只是

31、存在于高級(jí)生命設(shè)定的一種元胞自動(dòng)機(jī)中,人類(lèi)所相信的實(shí)在只是宇宙幻覺(jué),只是高級(jí)生命的電腦實(shí)驗(yàn).我們?nèi)祟?lèi)的存在或許是被高級(jí)生命用于解決某個(gè)難題的.對(duì)弗雷德金的這種近乎科幻的思想,有人開(kāi)玩笑說(shuō),好消息是我們的生命有了目的了；壞消息是這個(gè)目的是為了幫助某個(gè)遙遠(yuǎn)的黑客來(lái)算值小數(shù)點(diǎn)后第億萬(wàn)萬(wàn)萬(wàn)位是個(gè)什么數(shù).41電影楚門(mén)事件(Truman Show)和十三度兇間(The Thirteenth Floor)里的主角們最后都覺(jué)醒了,弗雷德金和沃爾夫勒姆們難道是我們?nèi)祟?lèi)當(dāng)中最早覺(jué)醒的幾個(gè)拋開(kāi)哲學(xué)層面上的意義不談,作為一種新科學(xué),人們期望它有更為具體的含義和更為實(shí)在的用途.但是沃爾夫勒姆在新科學(xué)正文最后一章最后一個(gè)

32、段落里表達(dá)的意思把人們的期望變成了失望：最后,計(jì)算等價(jià)原理真正濃縮了科學(xué)的極端威力和科學(xué)的根本缺點(diǎn).因?yàn)樗馕吨?所有宇宙間的奇跡都成了幾條簡(jiǎn)單規(guī)則的俘虜,然而它也表明,除了實(shí)實(shí)在在地注視,觀看這些規(guī)則會(huì)如何呈現(xiàn)其結(jié)果之外,沒(méi)有任何辦法去預(yù)先知道這些結(jié)果.第四類(lèi)規(guī)則元胞自動(dòng)機(jī)的一個(gè)屬性就是它們即將生成的圖案是不可預(yù)測(cè)的.既然屬于第四類(lèi)規(guī)則的規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī)是普適的,任何相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)又都等價(jià)于規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī).因此,大到宇宙,小到一桶生銹的鐵釘,所有這些復(fù)雜系統(tǒng)的行為都不可能被預(yù)測(cè).新科學(xué)家們所能做的就是象植物學(xué)家一樣瞪大眼睛觀察.想知道規(guī)則110元胞自動(dòng)機(jī)第30000步會(huì)是什么結(jié)果那

33、么等它運(yùn)行到第30000步自然就知道了(當(dāng)然沃爾夫勒姆幫著算好的不算).想知道明天的宇宙是什么樣子的那么耐心地等到明天吧.因?yàn)闆](méi)有比實(shí)際運(yùn)行宇宙這臺(tái)元胞自動(dòng)機(jī)更快的方法來(lái)讓你知道明天的宇宙是什么樣子的.沃爾夫勒姆的新科學(xué)就這樣把人類(lèi)置于不能預(yù)測(cè),只能被動(dòng)觀察的境地,它除了在可能會(huì)興起的觀測(cè)數(shù)學(xué)這樣一種學(xué)科中有所作用外,對(duì)于譬如象筆者本人這樣的一個(gè)已初窺傳統(tǒng)科學(xué)門(mén)徑,并享受著傳統(tǒng)科學(xué)帶來(lái)的種種便利的人來(lái)說(shuō),實(shí)在看不出新科學(xué)相對(duì)于傳統(tǒng)科學(xué)有什么優(yōu)勢(shì).伽利略說(shuō)過(guò)：大自然這本書(shū)是用數(shù)學(xué)這種語(yǔ)言寫(xiě)成的.伽利略首創(chuàng)把從實(shí)驗(yàn)中觀察到的規(guī)律用數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來(lái),被尊為現(xiàn)代科學(xué)也即沃爾夫勒姆筆下的傳統(tǒng)科學(xué)的奠基人.1638年伽利略出版關(guān)于兩種新科學(xué)的談話,那里的科學(xué)才是真正意義上的新科學(xué).此后,從牛頓到愛(ài)因斯坦,傳統(tǒng)科學(xué)極大地滿足了人類(lèi)探索宇宙