2020年4月，來自美國的Stephen Wolfgram宣布通過他的計算科學模型，發現了世界的萬實體論，不過很快他自己又收回了這個聲明，但是在世界實體學界引起了軒然大波。
今天就來介紹一下這個最近幾十年出現的新興研究方向-計算科學。
01何為萬實體論？
我在介紹霍金《時間簡史》的文章裡提到過，時間有沒有終點？讓我們一起和時間做場旅行！
我們的科學界有一個非常大的難題，就是缺乏一個統一的理論（或者公式）來解釋我們所在世界運作的規律，這是過去50年科學界一直在激烈交鋒和發展的領域。
今天的科學家是按照兩個基本的理論——廣義相對論和量子力學來描述宇宙運作規律。
廣義相對論是描述引力和宇宙的大尺度結構，也就是從隻有幾公裡到大至1億億億公裡，即可觀測到的宇宙範圍尺度的結構。另一方面，量子力學處理極小尺度的現象，例如萬億分之一厘米。
然而，這兩個理論不可能都對。比如在宏觀次元，相對論适用于重力（萬有引力）的分析和推論，比如分析恒星、天體等運作規律。
而在微觀次元，比如原子、電子、小到誇克和玻色子等微觀尺寸上面，量子力學成立，但是這兩種理論之間存在一個明顯的差異或者說是沖突，比如量子糾纏、不确定原理都與相對論沖突。
當代科學界主要的研究方向之一，就是尋求一個能将相對論和量子力學合并在一起的理論公式——霍金将其稱為量子引力論——萬實體論。
02Stephen Wolfgram何許人也？
計算科學理論的創始人Stephen Wolfgram有一個非常強大的履曆：
他1959年出生于英國，11歲自學實體，12歲迷戀上《統計實體學》，寫了第一本關于實體學的書籍。
15歲就發表了關于粒子場理論和粒子實體科學論文，17歲從伊頓公學進入牛津大學，20歲拿到了加州理工的理論實體學博士學位，27歲寫出了Mathematica軟體——當今世界最重要的科學計算軟體，成立公司并擔任CEO進行商業運作。
2002年他出版了《一種新科學——計算科學》，開創了計算科學，2009年上線Wolfgram Alpha自動問答系統，挑戰Google, 我們現在廣泛使用的蘋果Siri, 三星S Voice和第二大搜尋引擎微軟Bing都部分采用了這個技術，被譽為最可能實作人工智能的未來産品之一。
Wolfgram除了是一個頂尖的實體學家，還是優秀的數學家、軟體工程師和公司管理者，是著名大學UIUC的兼職教授，也是美國數學協會的首席研究員，集天才、勤奮和榮譽于一身。
03計算科學的由來
早在1981年，22歲的Wolfgram就開始關注實體世界的起源問題，試圖使用軟體和電腦計算來解釋各種複雜的實體現象，在随後的20年裡，他利用業餘時間——同時擔任各種職務——來研究這一方法的改進和應用。
他一般在晚上10點整坐到他的電腦前開始他的科學工作，直到天亮，再睡到中午，在總共4000多個漆黑的夜晚裡，Wolfgram敲擊了一億次鍵盤，移動了一百多英裡的滑鼠，做了上萬頁的筆記，産生的研究結果占了10G的硬碟空間，編制了近一百萬行的“數學”軟體指令，運作了一千萬億次的電腦運算。最後形成了一本1200多頁、5磅重的大部頭。
這些研究方法和成果，都概括在2002年Wolfgram發表的著作《一種新科學》裡面，這本書系統性的介紹了計算科學的由來、研究方法和部分成果。
Wolfgram聲稱此書是科學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。這當然引起了大量的非議，很多人諷刺他是自大狂，誇誇其談。
但是不可否認的是，這本書幫助很多科學家開拓了視野，提供了一種獨特的研究方向和思路。
04計算科學的重要性在哪裡？
計算科學的目的是利用日益強大的計算能力，來倒推計算出我們所在世界的本質規律，也就是這個世界的基本實體模型——萬實體論，它可能是是一個公式、一個規則、一個原理或者一個模型。
作為我們世界的終極規則，這個規則或者模型或者公式在無限疊代之後，形成了我們這個世界的時間、空間、物質、過去、現在和未來。
說起來是不是很玄？是的，這又回歸到最著名的終極三問“我是誰？我從哪裡來？我到哪裡去”，或者說“這個世界是什麼？這個世界是從哪裡演變而來？這個世界未來發展成什麼樣子？”
Wolfgram想通過計算的方法來找到這三個問題的答案：找到這個世界的萬實體論。
古往今來，無數先知先哲都在找尋答案，從基督教的“上帝說，要有光，是以有了光”，從佛教的“萬物由心造”，道教的“道生一，一生二，二生三，三生萬物”，現代實體學的宇宙大爆炸的奇點，光、心、道、奇點等等都是嘗試從不同角度來解釋世界的本源。
05計算科學的研究成果
Wolgram發現，一組簡單的規則在經過多次疊代衍生之後，會産生意想不到的複雜性，比如我們制定一個很簡單的規則：“從一個六邊形的黑色元胞開始，如果一個元胞相鄰的元胞有黑色的話，這個元胞就變為黑色。”于是我們可以看到：
這是疊代30次之後的樣子，從理論上講，無限次疊代之後，生成的模型會無限複雜。是以Wolgfram在電腦中假設了大量的不同的基本規則，利用電腦強大的計算能力進行疊代計算和模拟，産生不同的模型。
讓人驚訝的是，在大量疊代之後，某些簡單規則産生的模型中出現了空間和運動記錄（也就是時間）的演化。
如果把這個疊代次數無限放大下去，會不會産生一個無限大的空間（也包括時間）？
是不是越來越有趣？這個形成的獨特的無限的空間，也可以看作是一個宇宙，跟我們所在的宇宙什麼關系？算平行宇宙嗎？
于是Wolgram在此基礎上假設了大量的規則和公式，進行疊代運算，在無數次的疊代之後，在所産生的模型中選擇有可能産生空間和時間的結果裡面進行篩選，和我們所在的世界規律進行類比，找出相似性。
理論上，如果模拟出的宇宙模型的運作規律和我們所在宇宙的運作規律的相似度為100%，那就可以倒推出我們這個世界的由來。
在2020年4月，Wolfgram聲稱萬實體論已被發現，後來又推翻聲明，可以想象他利用計算科學做了多麼大量的計算和嘗試。
當然，這也說明了計算科學的局限性。
06計算科學的局限
計算科學當然也有局限性，個人将其歸納為三點：
（1）現有科學體系對于世界規律的探索和發現遠遠沒有達到這個世界的本質，簡單來講，就是我們人類對于這個宇宙的認識太少了，不說無限的宇宙空間，就是對于人類本身，對于地球的認識，都遠遠沒有達到最基本的認知水準，沒有這些，談何對比和确認Wolfgram通過計算科學計算得出的模型結果？
（2）計算能力是否足夠，現有計算機的計算能力是否能夠滿足無限次的計算，所花費的時間是否在可預計範圍内。當然，随着量子計算技術的進步，更強大的計算能力會不斷出現。
（3）第三點，也是最關鍵的一點，我們對于基本規則的認知是否能夠窮盡所有可能？
這個基本規則是一個公式，一個定義，一組數列，一個模型，甚至是我們的一個想法，這些都受我們人腦本身的限制？如果這個規則不能窮盡，甚至是在我們人類的認知之外的規則，那可能我們永遠也無法找到這個萬實體論。
計算科學為人類尋找世界本源提供了一個方法，這個方法是否能夠實作我們尋找世界本源規律的目的，目前還無法驗證。但是Wolfgram使用計算科學的思路和角度，為更多的科學家打開了一扇窗，讓更多人能夠沿着這個方向進行研究，找到更多的可能。
吾生也有涯，而知也無涯，人類的探索和追求是沒有窮盡的。随着更多的方法和工具的出現，人類探索世界也會更加深入。
也許在未來的某一天，計算科學會帶給我們一個大大的驚喜。
本文作者孫楊正，源自公衆号“思想者劄記”（ID:swot 0101)