斯蒂芬 · 沃尔弗拉姆是一个“神童”,他在15岁时就发表了第一篇论文。现在他说,他已经基于简单的计算机程序而不是基于方程式创建了一门新的科学。这是一个大胆的想法,但是却整整耗费了他20年时间——他用了前10年时间进行思考,每天工作到深夜,而且没有发表过一篇文章。具有讽刺意义的是,智力的空间是他靠转让一个名叫“Mathematica”的计算机程序而得到的几百万元钱买来的,这个程序使复杂的数学变得对普通民众十分容易操作。现在,当他41岁准备发表自己这些年来的所有成果时,他正忙于设法使自己适应在公众场合抛头露面。最近,他接受了一位记者的采访。以下是沃尔弗拉姆与记者的访谈内容。
问:你是21世纪的牛顿吗?
答:我认为我已经发现了某些重大的和重要的事情。但是,我更感兴趣的是我发现了什么,而不是我被放到了世界上的什么位置。我有时觉得我只是乐于去发现某些事情并自我欣赏,我已经付出了大量的精力去准备与人共享它们。而如果人们真的已开始理解我所发现的东西,我就将会被迫成为一个很著名的科学家。对此,我的感情是复杂的。但我认为,重要的是我没有试图太多地去避开这些思想。
问:在这一新的科学发明背后有什么故事吗?一切是如何开始的?
答:在1980年前后,我的兴趣在几个完全不同的问题上——星系的形成和大脑的工作机制。它们似乎都在同一条道路上受阻。我开始认识到,真正的问题与科学的基础有关。300多年来,运用数学方程来模拟自然的思想在大多数科学中是占有统治地位的。数学方程式确实为牛顿和他的朋友们帮了大忙,并发现了行星和物体的运动轨迹,但是他们实际上从来没有与物理学上更复杂的现象打过交道,例如,液体的湍流,在生物学上他们更是寸步难行。
问:如果方程式不是模拟客观世界的正确的基础结构,那么什么才是呢?
答:简单的程序。如果你完全能够制造出所有的科学理论,那么自然界的系统还是遵循确定的规则为好。但是,这些规则为什么都应该以人类构造的数学结构为基础呢?以前,没有任何框架可用于思考更一般的规则。但现在,人们已经可能把它们看成如同计算机程序一样。20多年前,我就决定试图去弄明白哪一类科学可以建立在这些更一般的科学规则的基础之上。首先的一个大问题是这些规则一般能够做什么?简单的程序一般能够做什么?
问:你是不是做实验来求解的?
答:是的,我是从很简单的、被称为元胞自动机的程序开始的。我运用的形式开始时是一行元胞,每个元胞或者是黑的或是白的。然后,你可以在下面作出新的一行元胞。你运用一个确定的规则,通过观察上一行对应的邻居的颜色来得出下一行每个元胞的颜色。你一次又一次地重复进行这样的操作,它是一个简单的组织体系,这样的操作程序共有256种。问题是,当你这样做的时候例如从一个黑的元胞开始的时候会看到什么。你也许会猜想应该看到某些简单的序列。大概在20年前,我所得到的一个重要发现是,以上的直觉是完全错误的。你会看到,在256个可能的元胞自动机中,有些元胞自动机会产生十分复杂的图像,它们看起来几乎是完全随机的,而且你决不会想象这些图像只是由于将一个这样简单的规则应用于一个简单的黑色方块而产生的。
问:因此,实验使你相信自然界是用简单的程序去产生出我们周围所看到的复杂性的……
答:是的,我认为,这就是自然界的主要秘密。
它使自然界出现了看起来要比我们过去能够发现的任何东西还要复杂的万事万物。有些人说,生物界的复杂性不可能从自然选择中产生。他们是对的,但问题是在于自然界运用了我们所没有预期的工具。这就是我的发现。
问:你是怎样接着研究这个问题的?
答:我已经获得了大量的细节,并发表了许多论文,而且我使很多人对此发生了兴趣。关于复杂性的整个课题得到了普及。我甚至创办了一本杂志,还建立了一个研究中心。但是人们所理解的仅仅是我已经完成的工作的一部分。其余的工作需要有观念上的一个大飞跃。如果你想继续探究这些内容,那么历史将会告诉你,你在很大的程度上不得不“孤军奋战”。
问:新的科学需要新的工具——这是你发明“Mathematica”的原因吗?
答:部分原因如此,我需要建成一个程序,然后发现它们能最有效地做什么。达到这一点需要建立关于软件系统的新的思想。由此,我能够弄明白如何从一个相当简单的“原始序列”建造“数学”的全部复杂性,这个事实对我就成为一个重要的激励。它使我认识到,我可以搞清楚原始自然界是用什么来建造它的规则的。因此,Mathematica既是一个工具,又是一个激励。
问:Mathematica确实做了什么工作吗?
答:对于技术上的计算,它是一个完整的环境。
它使人们去完成大量的计算,创造许多文件和图形,与网络发生相互作用,等等。所有这些都基于一种语言,它使人们建立复杂程序时要比以前容易得多。有几百万人在运用这种语言。
问:这使你成为百万富翁了吗?
答:是的,我已因此而赚了不少钱,但我始终把我的精力倾注在最感兴趣的事情上。最激励我的动力是发现新的东西和建立新的观念。
问:请讲讲你那无声无息的10年……
答:这始于1991年我在自己的公司里建立了一很大的团队之后,我开始在管理和基础科学之间分配自己的时间。我希望能够完成一门新的科学,这门科学是我在20世纪80年代初就开始创建的。我想不到会耗费那么长的时间。我不断地发现越来越多的东西,每次我翻转一块砖石时都会在它下面发现一个巨大的新天地。它是激动人心的,但有大量的事情要做,而且要花费巨大的精力去做好这些事情。我常常喜欢去作演讲和旅游,但为了完成工作计划,我不得不停做这些事情。
问:向记者发表谈话吗?
答:是的。我现在还会这样做。
问:那么,你发现了什么?
答:我的发现足够可以写成几百页——可能几千页论文。我已经积累了大量的证据来证明自己的思想——如元胞自动机那样的简单程序是理解千姿百态自然界的关键。我最终能够对物理学上的热力学第二定律做出解释——即为什么许多物理系统都随时间而不可逆地变得越来越混乱。在生物学上,我现在已经知道,大量的复杂性是怎样产生的。我发现许多人们可能认为只是生命和智慧所特有的东西,也会发生于所有的物理系统。因此,我不相信“人类学”上的论证,这个论证认为,为了我们在这里的存在,所以需要那里有星体、银河系等的存在。
问:你为什么不把这种观点写成文章公之于众?
答:因为它只是一个巨幅图像的部分,这幅图像只能通过显示互相组合在一起的所有事物才能进行正确的交流。我想,如果某个人为我的工作付出代价,我可能只能给他进展报告。幸运的是,我已有可能把各种事物巧妙、和谐地集合在一本书中,书名叫做《一门新科学》。这是一个宏大的课题,我已经为此付出了成千上万次的努力。为了使我的思想尽可能表述得条理清晰,我承受了大量的麻烦。通常,在科学上的新方向总是有许多人卷入,逐渐地开始的。但是我现在从事的工作是完全不同的,我只能靠自己建立一整个崭新的智力结构。
问:这本书是写给谁看的?
答:每一个人。因为它完全是一种新的思想,因此在这方面还不存在任何专家。可以得出这样的结论:具有很好的智力修养但可能对科学知之不多的人,将会更容易接受这样的思想。
问:你是否已经发现了产生宇宙的简单程序?
答:还没有,但是我已经发现了能够证明这种程序确实存在的日益增长的证据。它可能如同“Mathematica”的几条数学编码那样简单。我认为,不需要太多的年代就能发现它们。
问:所以可认为斯蒂芬 · 霍金关于科学家已接近于发现“一切事物的理论”的观点是正确的?
答:哎,我思考的事情与通常的量子场论和弦理论是完全不同的。当我们思考着简单的程序而不是方程式和诸如此类的事情时,我们就会感觉到它们确实是不同的。一个重要的问题是,得到了物理学的基本理论并不意味着物理学的终结。这就如同我们说,一旦有了计算机,计算并没有消失那样。假设宇宙的程序只有四行的长度,那么在这四行程序中没有任何余地来存放我们所认识到的四维时空的所有熟悉的要素、存放质量为电子的206倍的介子以及其他粒子等等。几乎没有什么来自日常世界的事物在程序中是显而易见的。这些事物只有在程序运行时才显示出来。说清楚程序是怎样运行的和确实能产生出什么,是十分困难的。
问:产生宇宙的程序只能在它运行130亿年后产生出我们在周围见到的东西,是这样吗?
答:是的,我认为这个看法是部分正确的。但即使宇宙整体的演化可能在计算上是不可逆的,但那里仍将有一些小块碎片是可逆的——在那里我们可能发现宇宙所做的一切要比它正在做的事情快得多。事实上,几乎所有传统的基于方程式的科学所做的事情只是在注视着计算上可逆的那部分。
问:所以,爱因斯坦认为关于宇宙的最不可理解的事情是在于它是可以理解的,这一著名见解也就不足为奇了?
答:嗯,我认为这主要是对科学实践的一种表述,而不是对宇宙的表述。历史给予我们的一个明显的教训是,科学的许多领域倾向于按照能让它们成功地进行研究的方法来界定。我的发现是,如果你利用程序思考的话,那么在你的视野外还有着许多其他东西。
问:如果巴比伦人在几何学以前发明了计算机程序,科学可能会变得更有效吗?
答:嗯,我所发现的相当多的内容是可能被巴比伦人发现的。如果你知道什么东西是你寻找的对象,你就可能用一个简单的规则,通过重新排列“碎石瓦砾”的方法来找到它们。今天的年青人当然可以做到这一点。如果我的这门科学已经存在很多年,那么或许仅仅是现在才会出现一个“牛顿”来发明微积分。