數(shù)學(xué)模型解釋宇宙本質(zhì)

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)的獎學(xué)金并在牛津?qū)W習(xí)一年之后,即到了美國阿格納國家實驗室(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,與費曼(Richard Feynman)共事.1981年被授予麥克阿瑟天才人物獎(MacArthurGeniusFellowship),并成為該獎最年輕的獲得者.之后他又到了愛因斯坦度過后半生的普林斯頓高級研究所(the Institute for Advanced Study)工作,再后來又成為伊利諾斯大學(xué)(the University of

3、 Illinois)的物理學(xué),數(shù)學(xué)和計算機科學(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)運算,解方程,求導(dǎo)數(shù),求積分,求矩陣的逆,畫三維圖形等等不再是一件煩人的苦差事.溫伯格說他學(xué)會使用數(shù)學(xué)軟件的那一天是個快樂的日子,因為那樣他可以擺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、軟件稱作有史以來最重要的科學(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)目超過一百萬,沃爾夫勒姆因此也成為千萬富翁.在學(xué)術(shù)和商業(yè)上都取得了如此的成功,沃爾夫勒姆無疑是一個絕頂聰明的人,但是他怎么會寫出新科學(xué)這樣一部愚蠢的書呢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)雜性的起源問題,試圖通過電腦運算來解釋各種復(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)管公司的運營,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,沃爾夫勒姆開始抽出一部分時間來繼續(xù)先前的研究.他一

5、般在晚上10點整坐到他的電腦前開始他的科學(xué)工作,直到天亮,再睡到中午,然后與他的前數(shù)學(xué)家妻子和三個孩子度過下午.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,都是單打獨斗了好幾年的.6在總共4000多個漆黑的夜晚里,沃爾夫勒姆敲擊了一億次鍵盤,移動了一百多英里的鼠標(biāo),作了上萬頁的筆記,產(chǎn)生的研究結(jié)果占了10G的硬盤空間,編制了近一百萬行的數(shù)學(xué)軟件命令,運行了一千萬億次的電腦運算.7最后形成了一本1200多頁,5磅重的大部頭.沃爾夫勒姆聲稱此書是科學(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早在該書面世以前,沃爾夫勒姆在接受

6、福布斯雜志記者采訪時就夸耀了他將在書中給出的幾個主要發(fā)現(xiàn),譬如,向自然選擇學(xué)說作出挑戰(zhàn)；時間為什么單向流逝；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)如何蘊藏著智能；樹葉,樹木,貝殼,雪花和幾乎所有其他東西的形狀為什么是那個樣子的,等等等等.9這些屬于絕然不同的研究領(lǐng)域,看起來似乎風(fēng)馬牛不相及的問題,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)為了研究機器人自我復(fù)制的可能性,提出一種叫做元胞自動機(Cellular Automaton)的離散型動力系統(tǒng)(Discrete

7、Dynamical Systems).元胞自動機是研究復(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),每一個網(wǎng)格就是一個細(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.在每個特定的時刻每個細(xì)胞只能處于一種特征狀態(tài)中.隨著時間的增加,或者叫做疊代過程的進(jìn)行,每個細(xì)胞根據(jù)周圍細(xì)胞的狀態(tài),按照相同的規(guī)則自動地改變它的狀態(tài).這就構(gòu)成了一臺元胞自動機.決定一個元胞自動機的先決條件有四個：1,決定細(xì)胞活動的空間維度,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)定元胞自動機中各細(xì)胞的初始狀態(tài).1982年沃爾夫勒姆發(fā)表了第一篇關(guān)于元胞自動機的學(xué)術(shù)論文,從此開始了對元胞自動機的系統(tǒng)研究.沃爾夫勒姆著重研究空間維度為二維的元胞自動機,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,一個細(xì)胞只根據(jù)上一行中與該細(xì)胞緊相鄰的三個細(xì)胞的狀態(tài)來改變自己的狀態(tài).被這樣設(shè)定的元胞自動機叫做一維元胞自動機.考慮并排的三個格子,它們分別被賦予黑白兩種狀態(tài),通過簡單的排列后,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機種類中,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,譬如第110號規(guī)則是這樣的：用文字來敘述就是：當(dāng)某細(xì)胞的上一行相鄰三個細(xì)胞為全黑,全白或者左側(cè)一個細(xì)胞為黑時,該細(xì)胞為白色,否則為黑色.設(shè)定一個簡單的細(xì)胞初始狀態(tài),譬如在第一行只有一個黑色細(xì)胞,根據(jù)規(guī)則110,元胞自動機就可以自動把其余的細(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)開始既不是周期性地也不是完全隨機地出現(xiàn)在畫面上.上右圖就是按規(guī)則110運行到700步的情況.1984年沃爾夫勒姆把256種規(guī)則分成了四類：第一類只生成簡單重復(fù)的圖案,比如全黑,全白,或

10、黑白相間如國際象棋棋盤等等；第二類規(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)；第三類規(guī)則產(chǎn)生的圖案具有明顯的隨機性；第四類規(guī)則產(chǎn)生復(fù)雜的圖案,但不簡單重復(fù).這些圖案既不是規(guī)則的也不是完全隨機的.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規(guī)則.規(guī)則110是第四類規(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).通過規(guī)則110元胞自動機可以實現(xiàn)從簡單的規(guī)則和簡單的初始條件產(chǎn)生出復(fù)雜的圖形模式.發(fā)現(xiàn)規(guī)則110和規(guī)則30元胞自動機是沃爾夫勒姆對元胞自動機理論所作出的巨大貢獻(xiàn).新科學(xué)以如下驚人之言開始它的鴻篇巨制：三個世紀(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.在此書中我的目的是將要用簡單的電腦程序來表達(dá)更為一般類型的規(guī)律,并在此種規(guī)律基礎(chǔ)上建立一種新的科學(xué),從而啟動另一場科學(xué)變革.10作者沃爾夫勒姆在這里所指的三個世紀(jì)前那場發(fā)生在科學(xué)上的轉(zhuǎn)變就是我們常說的科學(xué)革命,那場革命以哥白尼發(fā)表天體運行論為開端,經(jīng)過伽利略和開普勒等人的推進(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.所以他要發(fā)動一場新的科學(xué)革命,革命的內(nèi)容就是要用簡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單的電腦程序就是上文介紹的元胞自動機.新科學(xué)首

12、先用元胞自動機完成了乘法,除法運算,和求素數(shù),求平方根,求值,甚至解偏微分方程.并把一維元胞自動機擴展到*元胞自動機,產(chǎn)生更高的復(fù)雜程度,模擬了雪花,生物細(xì)胞等等.沃爾夫勒姆在書中進(jìn)一步把元胞自動機與周圍的真實世界聯(lián)系起來,彈子球,紙牌游戲,布朗運動,三體問題等等問題中的隨機性都可以用元胞自動機來解釋；流體的湍流,晶體生長的規(guī)律,華爾街股票的漲落也都可用元胞自動機來模擬；還有自然界中的樹葉,貝殼,生物色素沉著等,元胞自動機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角.他很聰明地構(gòu)建了一種保守的的元胞自動機,這種元胞自動機產(chǎn)生的

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

14、勒姆原理的計算等價原理(the Principle of Computational Equivalence)：幾乎所有達(dá)到一定復(fù)雜程度的系統(tǒng)都等價于規(guī)則110元胞自動機,也即等價于一臺普適圖靈機.新科學(xué)的寫作似乎就是實踐了沃爾夫勒姆鐘愛的信條：從簡單可以產(chǎn)生復(fù)雜.全書巨大的篇幅歸根結(jié)底只圍繞了一個單一的主題規(guī)則110元胞自動機.沃爾夫勒姆從元胞自動機出發(fā)招惹了各個學(xué)科的各種問題,試圖給出宇宙間所有問題的答案.4沃爾夫勒姆的新科學(xué)革命波及了如此廣泛的專業(yè)領(lǐng)域,他的一些過激言論自然遭到一些領(lǐng)域內(nèi)專家的反駁.對生物學(xué),他寫道：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,人們設(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)雜性例子事實上與適應(yīng)環(huán)境或自然選擇幾乎沒有關(guān)系.相反,它們主要只是我所發(fā)現(xiàn)的基本現(xiàn)象的一個結(jié)果.12沃爾夫勒姆以某些軟體動物的殼為例,指出這些殼上的圖案與一些元胞自動機生成的圖案非常類似.而這種類似絕非巧合：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,其行為與元胞自動機非常相似.這種類似性雖然不是由沃爾夫勒姆首次提出來,但是他進(jìn)一步指出了某種元胞自動機規(guī)則類型中所有可能的規(guī)則都可以在不同的軟體動物的殼上找到.事實上沃爾夫勒姆所舉的只是一些有限的簡單的生物學(xué)例子,就得出結(jié)論

16、說許多生物體上的差異最終幾乎都與自然選擇無關(guān),這未免過于草率.評論者認(rèn)為對進(jìn)化生物學(xué)的論述是新科學(xué)中最站不住腳的部分,13也有人批評作者缺乏必要的生物學(xué)知識,而元胞自動機也從來沒有產(chǎn)生出一種比一條蚯蚓更復(fù)雜的生物來,所以沃爾夫勒姆作為一個研究復(fù)雜系統(tǒng)方面的專家,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,它們說明自然選擇學(xué)說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)家們知道通過解算微分方程不能預(yù)測一年之后的天氣.復(fù)雜性和隨機性可謂此

17、書的中心論題,但是沃爾夫勒姆一直不對它們作出嚴(yán)格的定義,直到第550頁才稍稍正面論及它們.沃爾夫勒姆是從觀察者對復(fù)雜系統(tǒng)的感覺如何,而不是從復(fù)雜系統(tǒng)本身如何產(chǎn)生,來定義復(fù)雜性和隨機性.也就是說,它看上去是復(fù)雜的,它就是復(fù)雜的.在處理混沌這個概念時,沃爾夫勒姆也有意把混沌等價于對初始條件敏感的現(xiàn)象.對初始條件敏感而產(chǎn)生混沌,只是混沌產(chǎn)生的一個方面.人們早就認(rèn)識到一些簡單的系統(tǒng)也能產(chǎn)生混沌效應(yīng).議者猜測,沃爾夫勒姆避免提到這點,是為了好讓讀者以為是他發(fā)現(xiàn)了簡單的規(guī)則能產(chǎn)生復(fù)雜,隨機的效應(yīng).全書有超過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)于哥德爾定律,沃爾

18、夫勒姆寫道：此處的構(gòu)造可以被視為提供了哥德爾定律算術(shù)體系中存在無法證明的陳述的一個簡單證明.16但評論者指出,這個說法是不對的.書中提供的證明依賴規(guī)則110的不可判定性(undecidability),因此相比其他哥德爾定律的證明,書中的證明要復(fù)雜得多.17沃爾夫勒姆的計算等價原理是一條讓人褒貶不一的大膽設(shè)想.他認(rèn)為,所有過程,無論是由人力產(chǎn)生的還是自然界中自發(fā)的,都可以視作一種計算過程.在他看來,從山頂滾下的巖石也是計算機,因為這個系統(tǒng)每一步都有輸入,按照固定的規(guī)則更新系統(tǒng),就如PC機一樣.沃爾夫勒姆之所以產(chǎn)生這樣的觀點,是因為按照他的定義,宇宙就是一臺電腦.在接受紐約時報的一次采訪中,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普適計算機,其相關(guān)特征與人的智能是可有一比的.18總而言之,來自各專業(yè)領(lǐng)域的評論者對新科學(xué)的評價往往不高.譬如,一位來自人工智能領(lǐng)域的專家評論第十章知覺和分析的過程中有關(guān)于人工智能的論述時說,這一章的論述讓他很失望.19另一位評論者則說,每當(dāng)他(沃爾夫勒姆)寫到我很了解的東西時,他往往是錯的.20一位研究相變的評論者則指出了書中第981頁和983頁上關(guān)于相變的兩處論述是錯誤的.215正如書名所強調(diào)的,沃爾夫勒姆要展示給讀者的是一種新科學(xué).而正是這個新字召來了更多批評.對于書中反復(fù)宣稱的復(fù)雜的行為和現(xiàn)象源于簡單的規(guī)則,議者指出這完全不是什么新知識,在

20、過去15年里有1000多篇專業(yè)論文和好幾十本通俗著作介紹過這個主題.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.計算等價原理也只是作者上個世紀(jì)八十年代一些工作的復(fù)述.書中很多內(nèi)容只是對于那些不熟悉元胞自動機領(lǐng)域的讀者才是新的.作者所謂的新發(fā)現(xiàn)其實大多是相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的專家所熟知的事實,而所謂的新科學(xué)只是我們稱之為復(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之為傳統(tǒng)科學(xué)的對立面,命令傳統(tǒng)科學(xué)家們對他們不感到驚奇的東西感到驚奇.24本書的諸多發(fā)現(xiàn)暗示了一種新的完全不同的機制,我相信這種機制確實對很多復(fù)雜系統(tǒng)譬如我們在生物學(xué)中看到的例子發(fā)生作用.25新科學(xué)中充滿類似的聲稱,

21、然而書中有關(guān)進(jìn)化論的觀點與古爾德(Stephen Jay Gould)的一些觀點如出一轍,但沒有對后者的著作進(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)這樣聲稱過,書中也介紹了復(fù)雜源于簡單的道理.似乎是要與發(fā)布一種新科學(xué)的創(chuàng)舉相稱,沃爾夫勒姆還實踐了一種全新的科學(xué)寫作和出版發(fā)行模式.評論者戲稱,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)寫作法.27新科學(xué)全書可以分成前后兩大部分：850多頁的正文和350多頁小字號排印的注釋,各25萬字左右

22、.全書無致謝,無參考文獻(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,因為在注釋中作者解釋了他的觀點是如何得來的,并與其他觀點作了比較.而在正文中他表現(xiàn)得他的觀點似乎是從石頭縫里蹦出來的,與別人毫無關(guān)系.28沃爾夫勒姆在書中還大量使用他自己發(fā)明的術(shù)語而不使用已有的,通用的科學(xué)語言；他堅持使用數(shù)學(xué)軟件中的數(shù)學(xué)符號而不用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)符號,這大概只能方便感興趣的數(shù)學(xué)軟件使用者就書中的某些問題進(jìn)行數(shù)學(xué)實驗.新科學(xué)沒有經(jīng)過傳統(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,因此被人稱作私人出版物.沃爾夫勒姆10多年來閉

23、門造車,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)督和評價.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)所必需的舉動吧.但是學(xué)術(shù)同行的評閱可以迫使作者把他證明了的,用實驗演示了的,和僅僅是一種推測這三種情況明確區(qū)別開來,但沃爾夫勒姆在書中顯然沒有很好區(qū)分這三種情況,以致出現(xiàn)了上文所提及的很多錯誤.一位評論者說,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看來通過編輯審稿,同行評閱的傳統(tǒng)出版方式即使對新科學(xué)來說也是一種需要堅持的學(xué)術(shù)規(guī)范.在一則題為簡明和謙虛的注釋中,沃爾夫勒姆解釋說,他不得不犧牲后者來達(dá)到前者.他在夸大自己的成就方面確實毫不謙虛,在書中

24、他稱他的發(fā)現(xiàn)比整個理論科學(xué)史上許多單個發(fā)現(xiàn)更為重要.30書中到處彌漫的這種傲慢與自負(fù)讓很多人感到很不舒服.一位評論者寫道：沃爾夫勒姆極端狂妄自大地把他的關(guān)于元胞自動機的書取名為一種新科學(xué),但這不是新的,這也不是科學(xué).31衛(wèi)報的一篇文章說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的最為傲慢自大的科學(xué)著述.32另一篇衛(wèi)報上的文章則奉勸沃爾夫勒姆應(yīng)該收起他的傲慢,重新開始與他的同行們交流.他們至少能讓他保持誠實.33還有人不無惋惜地說：假如沃爾夫勒姆少一點自我吹噓,多一點謙虛,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)行了更多獨立的同行評議,那么新科學(xué)將會是迄今最權(quán)威的關(guān)于

25、元胞自動機的著作,人們也將更樂意閱讀它.34在對待前人的工作方面,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)正文中沒有引用一次他人的相關(guān)成果.譬如在講到軟體動物的貝殼圖案時,他完全沒有提到赫爾曼(G.T.Herman)和合作者在1973年提出一個用來模擬貝殼圖案的元胞自動機.35在論述流體的湍流時他也沒有提到斯威夫特(Jack Swift)和卡達(dá)諾夫(Leo P.Kadanoff)發(fā)表在1968年物理評論(Phys.Rev.165 310)和弗里希(Frisch)等人發(fā)表在1986年物理評論通信(Phys.Rev.Lett.56 1595)上的模擬水流的元胞自動機.36當(dāng)然他在正文中很

26、小心地避免了把別人的成果說成是他自己的,但他善于作出這樣的暗示.在書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語態(tài),從而隱去了成果的主語.沃爾夫勒姆在新科學(xué)前言中宣稱這種新科學(xué)是從1991年以來的這段時間里發(fā)現(xiàn)的.但是書中的成果和思想與前人的工作有千絲萬縷的聯(lián)系,有些思想直接得之于前人.譬如沃爾夫勒姆在書中鼓吹的宇宙就是一臺電腦的思想最先由元胞自動機界的前輩,麻省理工學(xué)院計算機實驗室前主任弗雷德金(Edward Fredkin)提出.弗雷德金回憶起在大約20年前的一次學(xué)術(shù)會議上,他向沃爾夫勒姆提出宇宙就象一臺元胞自動機,沃爾夫勒姆不接受他的觀點,并在后來的討

27、論中說他的觀點是瘋狂的.新科學(xué)出版之后,面對媒體沃爾夫勒姆反復(fù)強調(diào)他已經(jīng)給予了包括弗雷德金在內(nèi)的發(fā)展和完善元胞自動機理論的前輩們合適的評價.在一次電話采訪中,他說我已盡我所能把過去的事情講清楚.這是一個涉及很多人的復(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元胞自動機等價于普適圖靈機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直把學(xué)術(shù)當(dāng)做商業(yè)來運營了.科學(xué)知識的增長是一個積累過程,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)論文和專著中引述前人和同行的工作不單單是一個學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范問題,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：萬物的本原是水；他的學(xué)生畢達(dá)哥拉斯說：萬物的本原是數(shù)；到了如今這個計算機時代,終于有人站出來說：萬物的本原是計算.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算軟件構(gòu)成.終極的實在不是粒子或力,而是根據(jù)計算規(guī)則變化的數(shù)據(jù)比特(bit).39弗雷德金熱情地宣稱：在這世界中,沒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,它不是實在的模仿,它不是假扮實在的東西,它就是實在.40西方人的一句諺語也許有點道理：在木匠眼里,月亮是木頭做的.在整天與比特打交道的計算機專家眼里,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.費曼在1981的一篇論文里也表達(dá)過這樣的觀點,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,物體的運動,幾何學(xué)之類僅僅是幻象.時間和空間由離散的

30、最小單元構(gòu)成,就如元胞自動機的細(xì)胞.宇宙間的一切變化只是細(xì)胞之間的信號傳遞.按照他的計算等價原理,宇宙就是一臺普適元胞自動機.認(rèn)識到宇宙是一臺元胞自動機對我們?nèi)祟愖陨碛惺裁匆饬x嗎它有助于我們回答一些最基本的問題嗎譬如弗雷德金曾經(jīng)思考過的三個哲學(xué)問題：生命是什么意識,思想和記憶是什么宇宙怎么運轉(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),主張用元胞自動機模仿生物的進(jìn)化.他們構(gòu)造出模仿昆蟲進(jìn)化的元胞自動機,在電腦屏幕上觀察昆蟲的變異,繁殖和互相吞噬.弗雷德金對他的三個問題深思熟慮之后,竟也得出：有一個更高級的智慧生物在觀察我們?nèi)祟惖倪M(jìn)化,繁殖,相互殘殺,人類只是

31、存在于高級生命設(shè)定的一種元胞自動機中,人類所相信的實在只是宇宙幻覺,只是高級生命的電腦實驗.我們?nèi)祟惖拇嬖诨蛟S是被高級生命用于解決某個難題的.對弗雷德金的這種近乎科幻的思想,有人開玩笑說,好消息是我們的生命有了目的了；壞消息是這個目的是為了幫助某個遙遠(yuǎn)的黑客來算值小數(shù)點后第億萬萬萬位是個什么數(shù).41電影楚門事件(Truman Show)和十三度兇間(The Thirteenth Floor)里的主角們最后都覺醒了,弗雷德金和沃爾夫勒姆們難道是我們?nèi)祟惍?dāng)中最早覺醒的幾個拋開哲學(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

32、段落里表達(dá)的意思把人們的期望變成了失望：最后,計算等價原理真正濃縮了科學(xué)的極端威力和科學(xué)的根本缺點.因為它意味著,所有宇宙間的奇跡都成了幾條簡單規(guī)則的俘虜,然而它也表明,除了實實在在地注視,觀看這些規(guī)則會如何呈現(xiàn)其結(jié)果之外,沒有任何辦法去預(yù)先知道這些結(jié)果.第四類規(guī)則元胞自動機的一個屬性就是它們即將生成的圖案是不可預(yù)測的.既然屬于第四類規(guī)則的規(guī)則110元胞自動機是普適的,任何相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)又都等價于規(guī)則110元胞自動機.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.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元胞自動機第30000步會是什么結(jié)果那

33、么等它運行到第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.因為沒有比實際運行宇宙這臺元胞自動機更快的方法來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)就這樣把人類置于不能預(yù)測,只能被動觀察的境地,它除了在可能會興起的觀測數(shù)學(xué)這樣一種學(xué)科中有所作用外,對于譬如象筆者本人這樣的一個已初窺傳統(tǒng)科學(xué)門徑,并享受著傳統(tǒng)科學(xué)帶來的種種便利的人來說,實在看不出新科學(xué)相對于傳統(tǒng)科學(xué)有什么優(yōu)勢.伽利略說過：大自然這本書是用數(shù)學(xué)這種語言寫成的.伽利略首創(chuàng)把從實驗中觀察到的規(guī)律用數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來,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,從牛頓到愛因斯坦,傳統(tǒng)科學(xué)極大地滿足了人類探索宇宙