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談談狂人Wolfram及其新科學
送交者: jiapa 2005年07月22日16:18:46 於 [教育學術] 發送悄悄話

如果一個理工科大學畢業生不知道Mathematica軟件或者Stephen Wolfram這個人,那麼他的學位應該算不合格的。

Wolfram1959年出生於倫敦,父親是相當成功的作家,母親是牛津大學的哲學教授。他幼年聰慧,13歲入伊頓(Eton)公學,15歲發表首篇粒子物理方面的學術論文,到17歲,他的科學論文發到了《核物理》(Nuclear Physics)雜誌上。在獲得牛津大學獎學金並在牛津學習一年之後,即到美國阿貢國家實驗室的理論高能物理小組工作。1978年,19歲的Wolfram受著名物理學家穆雷·蓋爾曼(Murray Gell-Mann)之邀赴加州理工學院,從事基本粒子物理學方面的研究,一年內獲得理論物理學博士學位。1981年他成為歷史上最年輕的麥克阿瑟“天才”獎(MacArthur "Genius" Fellowship)獲得者。他早年研究粒子物理,後來轉搞元胞自動機,取得了一系列突出成績,開創了複雜系統研究這一新領域。

Wolfram在2002年出了一本他寫了十幾年的科學巨著,象辭海那麼厚,名字叫《A New Kind Of Science》。這本書在世界科學領域引起了廣泛的爭論。是的,非常牛,他正在探索一門以計算科學為基礎的,繼數學和物理學之後人類認識世界的新的基礎科學。很顯然,不會有人給他評諾貝爾獎的,他也不是任何一個大學的教授。早在1988年他就辭去了UIUC大學物理系教授職位,從此幾乎脫離學術界,僅僅在UIUC掛了一個兼職教授的頭銜。他也沒有企業贊助。這正是他最牛的地方。他是個獨立科學家,年輕時發明Mathematica軟件,其Mathematica改變了數學世界。後來公司交予他人運營,收入資助他進行長期開拓性的研究。

Wolfram認為,傳統的科學建立在數學基礎上,新的科學建立在計算機程序上;數學只能表達相對簡單的科學規律,不能描述複雜現象,比如生物世界、湍流、社會、思維、經濟、股票等。他的新科學的要點在於,宇宙的一切規律都可以由簡單的程序經過反覆計算而得到。這可能揭示了前所未知的科學本質。

Wolfram當年留下的最大成果都是有關元胞自動機(Cellular Automata)的理論,現在也成了其最新成果————《一種新科學》的出發點。

  誕生:從遊戲到科學

元胞自動機本來是現代計算機之父———馮·諾伊曼(Von Neumann)及其追隨者提出的想法,但是Wolfram卻將這種帶有強烈的純遊戲色彩的原始想法從學術上加以分類整理,並使之最終上升到了科學方法論。元胞自動機的基礎就在於“如果讓計算機反覆地計算極其簡單的運算法則,那麼就可以使之發展成為異常複雜的模型,並可以解釋自然界中的所有現象”的觀點。

  受挫:主流眼中的異端

  20世紀80年代這一理論成了人們議論的話題,比如“雪花的結晶”、“海螺的圖案”或者“基於相對論的扭曲時空”等自然界的各種各樣的模型都確實可以由這種“反覆計算”而生成,這一切不斷地證明了Wolfram的觀點。但是他的觀點當時卻被科學界中的主流斥為“異端”。

  淡出:十年磨一劍

  此後,Wolfram開發了名為Mathematica的、在工作站上使用的Calculus(以微積分為主的解析計算)工具,並在商業上獲得了成功,由此也積累了相當的財富。他利用這筆財富成立了專用於科學計算的Mathematica軟件開發公司,該公司進入正常發展軌道後,他實際上就已經脫離了經營領域。

  進入90年代後Wolfram完全沉默了。悠然自得的他把生活中的全部時間都用在了思考和計算上,專心致志地從事闡明宇宙原理的工作。作為10年的努力成果而產生的就是這部《一種新科學》,甚至有人傳言就連Wolfram本人也自信地表示,這部著作是“與牛頓發現的萬有引力基本原理相媲美的科學金字塔”。

  顛覆:學科分類

  根據《一種新科學》中的觀點,認為截目前數千年來發展而成的全部科學從某種意義上講,依賴的是一種完全無法預測的方法。從物理學、化學、生物學到心理學,甚至各種社會學等現有學術領域本來就不應該進行如此分類。

  這些科學領域中各種各樣的現象,說到底實際上都在受同一種運算法則的支配,利用各種方法對此反覆計算就可以生成各種領域的複雜現象。Wolfram認為,“支持整個宇宙的原理無非就是區區幾行程序代碼”。

  從“完全打破現有的學術體系,按照完全不同的原理來理解自然界”的意義出發,新作被命名為《一種新科學》。

  核心:計算機萬能

  也可以把Wolfram的觀點稱作是計算機萬能理論。以物理學和數學為中心的傳統科學是以方程式為基礎而演繹推導出來的,但是在自動機方面,則是通過反覆計算單純的程序代碼,也可以說是遞歸推導而出的。

  在牛頓生活的17世紀,由於還沒有像現在一樣的先進計算機,因此當時的科學家不得不依賴於演繹的方法(算式計算)。這一切也可以說是歷史上的必然、科學上的偶然。Wolfram認為:真正意義上的正確的科學方法是利用像現有那樣的計算機來進行的算法運算。

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