Wolfram物理项目:
一年的更新

即将到来的转播画面

Wolfram物理项目:一年更新Wolfram物理项目:一年更新

进展得怎样?

当我们推出Wolfram物理项目一年前的今天,我相当确定——让我大吃一惊的是——我们终于18l18luck新利 .一年后,情况变得更好了。我们对我们的模型的结构和含义的理解越来越多,它们继续完美地符合我们已经了解的物理知识,特别是与一些最优雅的现有方法相联系,加强和扩展它们,并让开发它们的社区参与进来。

如果说基础物理学还不够,那么我们的模型和形式主义也可以应用到物理学之外,这就意味着我们可以将主要的新方法应用到其他几个领域,并允许这些领域的想法和直觉影响对物理学的理解。

不用说,还有许多艰苦的工作要做。但经过一年的努力,我完全确定我们正在“攀登正确的山峰”。从我们目前所处的位置望去,景色已经相当壮观了。

我们大部分时间仍在探索模型的丰富结构及其与现有理论框架的联系。但我们正走在能够进行直接实验预测的道路上,即使要找到能用当今实验进行的预测是很有挑战性的。但与此相当独立的是,我们现在所做的已经是实用和有用的——为计算几种重要的现有物理结果提供新的流线型方法。

在我看来,到目前为止我们所取得的成就是,似乎我们已经成功地找到了宇宙的“机器代码”的结构——所有丰富的物理学和其他一切事物都是从这个最低层次的过程中涌现出来的。显然,这种“机器代码”并不存在。但我认为我们现在可以确信它是这样的,从某种意义上说,我们的宇宙从根本上来说是计算的。但是,尽管基础不同,值得注意的是出现了什么与重要的数学结构一致我们已经知道,加强和概括它们。

四十年探索计算世界在可能的程序中,我最基本的结论是,即使是简单的程序也能产生非常复杂的行为,而这种行为通常是计算不可约,从某种意义上说,除了运行生成它的显式计算外,任何方法都无法预测它。在机器代码的层面上,我们的模型非常表明,我们的宇宙将充满这样的计算不可约性。

但我现在理解我们物理项目的一个重要部分是它是关于计算有界观测器(与我们一样)可以看出所有这些计算的不可约性。关键是在计算的不可约性中不可避免地存在计算的可约性的切片。而且,值得注意的是,我们所知道的这三个部分恰好与现有物理学的伟大理论相对应:广义相对论、量子力学和统计力学。

从某种意义上说,在过去的一年里,我越来越多地将整个科学的基本故事视为计算不可约性和计算可约性之间的相互作用。事物的计算性质不可避免地导致计算不可约性。但是,其中有计算可约性的片段不可避免地存在于这种不可约性之上,正是这种不可约性使我们作为计算有界的实体能够识别有意义的科学规律并进行科学研究。

这其中有一部分直接导致了特定的形式化开发,例如特定的数学。但也有一部分导致了一种全新的思考方式,例如,它为诸如生命本质之类的问题提供了新的视角清醒状态在过去,这一领域似乎主要属于哲学而不是科学。

我们的宇宙是由什么组成的?

我们的宇宙是由什么组成的?

空间超图。因果图。多路图。鳃图。一年前我们有我们模型的基本结构我们可以看到广义相对论和量子力学是如何从它们中产生的。而且,随着我们进一步深入,并补充更多的细节,我们会开始看到问题和矛盾。但这类事情并没有发生。相反,似乎每一次都有越来越多的现象完美地结合在一起——我们在物理学中所知道的越来越多的现象,似乎不可避免地以我们的模型的简单而优雅的结果出现。

这一切都从元素和关系的集合开始,非常抽象。随着我对我们的模型越来越熟悉,我开始用一个近乎古希腊的术语来指代这些元素:空间原子。其核心概念是,我们所知道的空间是由大量的这些空间原子组成的,这些原子由一个可以用超图表示的关系网络连接起来。在我们的模型中,宇宙中除了空间什么都没有:所有“存在于空间”的物质和其他一切都被编码在与空间相对应的超图的细节中。

在我们的模型中,时间——至少在最初——与空间有着根本的不同:它对应于连续应用规则来转换超图结构的计算过程。从某种意义上说,这些规则的应用代表了宇宙的基本运行。关键是,这将不可避免地显示出计算的不可约性现象——使时间的进展成为一个不可约的计算过程。

我们的模型的一个显著特征是,在最低层次上,我们的宇宙中没有什么是恒定的。每时每刻,甚至连空间都在不断地被潜在规则的作用所重塑——事实上,正是这种作用将整个时空结构编织在一起。尽管我仍然惊讶于它可以如此直接地说,我们有可能将能量本质上定义为空间中活动的数量,而质量实际上是这种活动的“惯性”或持久性。

在最低层次上,一切都只是空间的原子在“做自己的事情”。但关键的结果是,在某些假设下,存在与广义相对论和观测到的时空连续结构完全对应的大规模集体行为。在这一年中,这一结果的推导过程逐渐变得更加简化。很明显,这一切都是关于一个计算有界的观测者能够对潜在的计算不可约过程得出什么结论。

但是这里有一个惊人的统一。因为在形式上,这个过程和气体分子动力学的过程是一样的。在潜在的行为中有计算上的不可约性。还有一个计算上有边界的观察者,通常被认为是“粗粒化”。对于那个观察者——直接类比于时空中的观察者——我们可以得出热力学第二定律的方程连续流体行为

但这两种推导都有一个重要的特点:它们在某种程度上是通用的,从某种意义上说,它们不依赖于诸如气体中分子或空间原子的精确性质之类的基本细节。这意味着热力学和相对论都是广义涌现定律。不管具体的基本规则是什么,它们基本上都是一个人在大规模限制中得到的。

值得注意的是,从某种意义上讲,相对论与热力学来自同一个地方。但在思考我们的模型时,广义相对论的广义性尤为重要。因为它意味着我们可以在不必知道具体应用了什么规则的情况下,得出关于物理学的大规模结论基础hypergraph的级别。

然而,就像气体中的高超声速流动一样,仍然会有一些极端情况,在这种情况下,人们将能够“看到”一般的连续体行为,并告诉空间中存在具有特定行为的离散原子。或者换句话说,它能看见对爱因斯坦方程的修正-取决于空间实际上是一个具有确定规则的超图,而不是一个连续的流形。

我们的空间超图的一个重要特征是,与我们对空间的普通体验不同,它本质上没有任何特定的维度。维度是超图的一个紧急大规模特征,它可以是整数,也可以不是整数,例如,它可以随位置和时间而变化。因此,我们模型的一个意料之外的含义是,我们的宇宙中可能存在维度波动。事实上,似乎我们的宇宙开始基本上无限维度,只有逐渐“冷却”,才能基本变成三维的。虽然我们还没有解决这个问题,但我们预计会有一种“改变维度的宇宙学”,它可能会对我们观测到的宇宙大尺度结构有明确的预测。

在我们的模型中,潜在的空间离散性和可变维度有许多其他含义。传统的广义相对论认为时空中存在某些奇异的现象,比如视界和黑洞,但最终它的局限性在于它依赖于用连续的流形来描述时空。在我们的模型中,有各种各样的可能性新奇特的现象类时空拓扑变化、空间隧道和超图的动态断开。

如果一个人建立了一个旋转过快的黑洞,会发生什么?在我们的模型中,一段时空简单地断开了连接.我们的模型能更直接地分析时空结构,这很有趣,即使传统的广义相对论给了我们一些线索。

微积分几乎是所有传统数学物理的起点。但我们的模型在某种意义上需要微积分的基本推广。我们必须超越与特定维数相对应的整数“变量”的概念,来构建一种“超微积分”,例如,它可以将微分几何推广到分数维空间。

这是一个具有挑战性的数学方向,但我们模型的具体性极大地帮助我们定义和探索该做什么,以及了解“在整个变量之下”意味着什么在过去的一年里,我们一直在稳步地重述微积分数学的历史,逐步定义切线空间、张量、平行传输、纤维束、同伦类、李格等概念的推广oup动作等等,适用于超图的极限以及它们对应的空间类型。

传统广义相对论实际研究的一个讽刺之处是,尽管该理论是根据连续流形和连续偏微分方程建立的,但实际计算通常涉及使用适合数字计算机的离散近似的“数值相对论”。但是我们的模型是“天生的数字”,所以没有必要这样做。当然,在我们真实的宇宙中,空间原子的实际数量远远大于我们所能模拟的任何东西。

但是我们最近发现即使是更适度的超图也足以再现通常用数值相对论发现的同类结果。例如,我们可以在模型中直接看到黑洞合并时的环灭现象。更重要的是,在实际计算中,我们的模型在生成结果方面似乎比数值相对论更有效。因此,这意味着即使人们对基础物理模型和宇宙的“底层机器码”不感兴趣,我们的项目也已经很有用了——它提供了一种新的、有前景的方法来进行广义相对论的实际计算。

顺便说一下,这种方法并不局限于广义相对论:它似乎可以应用于基于类似pdes的应力分析和生物生长的其他类型的系统。通常情况下,人们会考虑取一些空间区域,用一个离散的网格来近似它,这样就可以适应并细分。但在我们的方法中,超图(具有可变维数)提供了一种更丰富的逼近空间的方法,在这种方法中,细分是通过超图演化的实际动态“自动”完成的。

我们最终能理解量子力学吗?

我们最终能理解量子力学吗?

我已经认为我们的模型可以从简单的抽象规则开始并以空间和时间的结构结束,这是非常令人印象深刻和重要的,因为我们知道它们在某种意义上不可避免地出现。但我认为更令人印象深刻和重要的是,这些非常相同的模型18l18luck新利

经常有人说(比如我已故的朋友理查德·费曼)“没有人真正理解量子力学”。但我很高兴能够说,特别是在过去的一年之后,我认为我们终于开始真正理解量子力学。它的某些方面一开始有些令人费解,但鉴于我们的新理解,我们有能力开发出更多更容易理解的方式来思考它。随着我们的新理解,一种形式主义出现了,这种形式主义实际上可以应用于许多其他地方——从这些应用中,我们可以期待,随着时间的推移,现在看起来很奇怪的量子力学特征最终会变得更加熟悉。

在普通的经典物理学中,典型的设置是想象确定的事情发生,从某种意义上说,每个系统都遵循一定的行为线索。但量子力学的关键思想是,设想人们遵循许多可能的行为线索,只有通过观察者的测量才能找到确定的结果。

而在我们的模型中这幅画不仅是可能的,而且是不可避免的。这对我们的基本空间超图操作规则指定的元素和关系的特定配置将被改造成其他一些之一。但通常情况下会出现在哪里可以应用于任何这样的改造空间超图许多不同的地方。而这样的更新事件中的每个可能的序列定义了系统中的特定可能的“历史的主题”。

我们的模型的一个关键思想是考虑所有可能的历史线索,并将它们表示在一个我们称之为多向图的单一对象中。最直接的设置方法是,多路图中的每个节点都是宇宙的一个完整状态,与宇宙中可能发生的所有更新事件所达到的任何状态相连。

宇宙的特定可能历史对应于多路图中的特定路径。关键的一点是,在多路图中存在分支——和合并——通常导致历史可能的线索的复杂交织。

但现在,想象一下横切多路图——从某种意义上说,在它们进化的某个特定阶段对许多历史线索进行抽样。如果我们分开来看这些历史线索,它们之间似乎没有任何联系。但它们嵌入多路图的方式不可避免地定义了它们之间的关系。例如,我们可以想象说,在多路图的一个特定切片中,任何两个状态都是相关的,如果它们有一个共同的祖先,而每一个都只是在那个祖先状态中发生的不同事件的结果。通过连接这些状态,我们就形成了一个鳃图-捕捉多路分支之间关系的图形。

但就像我们想象空间超图的极限是普通连续物理空间,所以我们也可以想象鳃形图的极限是我们可以称之为鳃空间的东西。在我们的模型中,鳃空间对应于一个量子态空间,而鳃图实际上提供了这些态之间纠缠的映射。

在普通物理空间中,我们知道我们可以定义标记不同位置的坐标。我们越来越清楚地了解的一件事是如何建立鳃空间的协调,这样我们就可以更系统地讨论鳃空间中“位置函数”的变化,而不是单独讨论“鳃空间中的点”。

但是“位置”在鳃空间中的解释是什么呢?它实际上是一个量子振幅的相位。在量子力学的传统形式主义中,每一个不同的状态都有一个与之相关的复数,那就是它的量子振幅。在我们的模型中,这个复数应该被分为两部分考虑。它的大小与多路图中可能路径的组合计数有关。但它的相位是“在鳃空间的位置”。

一旦一个人有了位置的概念,他就会开始谈论运动。在经典力学和广义相对论中,一个关键概念是物理空间中的物体在不同位置之间沿着最短路径(测地线)移动。当空间是平坦的时候,这些路径是普通的直线,但是当空间中有曲率时——在广义相对论中与重力的存在相对应——这些路径就会发生偏转。但是爱因斯坦方程说空间中的曲率与能量动量的存在有关。在我们的模型中,这正是所发生的:能量动量与空间超图中更新事件的存在有关,这些导致了测地线的曲率和偏移。

那么,关于在鳃空间运动?在这里,我们在多路图形通过时间怎么感兴趣“附近的历史束”的进展。而事实证明,我们再一次面对的是由更新的事件,我们可以解释为能量 - 动量的存在偏转测地线。

但现在这种偏转不是在物理空间而是在鳃空间。这两种情况下,基本的数学结构是相同的。但传统物理学的解释是不同的。在我看来,我们的模型有一个非常漂亮的结果它给出了物理空间中的爱因斯坦方程给出了鳃空间中的费曼路径积分。换句话说,量子力学和广义相对论是一样的,除了在鳃空间而不是物理空间。

但是,我们如何在鳃空间中分配位置呢?这在数学上是很复杂的。大约一年前,我们发现了一种巧妙的方法来实现标准的简单量子设置:双缝干涉实验中.但在过去的一年里,我们开发了一种更系统的方法基于范畴理论和范畴量子力学。

在通常的数学应用中,范畴理论讨论的是像映射模式(morphisms)这样的东西在确定命名的对象种类之间。但在我们的模型中,我们想要的只是范畴理论的“主体结构”,以及任意未命名物体之间联系模式的一般概念。这很像我们建立空间超图时所做的。有一些象征性的表达,比如Wolfram语言-定义与命名类型的事物相关联的结构,并在其上应用转换。但我们也可以考虑“大量符号表达式”,即实际上不“命名空间的每个元素”,我们只考虑它们的整体结构。

这是一个抽象而复杂的数学故事。但关键的一点是,最终我们的多向形式主义可以被证明与为范畴量子力学而发展的形式主义相对应,而范畴量子力学又被认为等同于量子力学的标准形式主义。

这意味着我们可以描述一个量子系统,比如一个量子电路“编译”成一个等效的多路系统.一件事是,我们可以把这看作是“编译的证明”:我们知道我们的模型复制了标准量子力学,因为标准量子力学实际上可以被系统地编译到我们的模型中。

但在实践中,还有更多的东西:通过真正理解量子力学的本质,我们的模型可以提供做实际计算的更有效的方法在量子力学中。例如,我们在模型中使用自动定理证明方法来更有效地优化实际量子电路,这是最近的结果。就像广义相对论一样,似乎通过“深入”物理学的标准形式主义,我们能够想出更有效的计算方法,即使是对于标准物理学。

更重要的是,我们的形式主义可能适用于物理以外的事物。稍后我会详细讨论这个问题。但这里让我举一个简单的例子,我试图用它来建立关于量子力学的直觉。如果你有类似于抽搐的东西,你可以想出所有可能的方法可以通过多路图来玩的游戏其中节点是井字游戏板的可能配置。就像在量子力学的例子中,我们可以定义一个鳃状图,然后开始思考各种“量子”效应的类似物,以及如何在游戏中只存在几个“经典”结果。

量子力学中的大多数实际计算都是在量子振幅的水平上完成的——在我们的设置中,这本质上相当于计算出鳃空间中密度的演化。但在某种意义上,这只是告诉我们,有很多不同的历史线索,一个特定的系统可以遵循。那么我们是如何感知世界上发生的确定的事情的呢?

量子力学的传统形式主义本质上通过法令引入了所谓的玻恩法则,这实际上说明了鳃空间的密度如何可以转化为不同具体结果的概率。但在我们的模型中,我们可以“进入”这个“测量过程”。

这个关键的想法——在今年的过程中变得越来越清晰——一开始有点令人费解。记住,我们的模型应该是宇宙中所有事物的模型,包括我们作为宇宙的观察者。在思考空间和时间时,我们可能首先会想象我们可以独立地追踪个体的时间演化,例如,不同的空间原子。但如果我们在系统内部,就不可能有这样的“绝对追踪”;相反,我们所能感知到的只是不同事件之间因果关系的图表。从某种意义上说,我们只是通过宇宙对我们的因果效应“插入”到宇宙中。

那么量子的情况呢?我们想知道在所有可能历史的多路图中发生了什么。但我们是这个图表的一部分,我们自己也有很多可能的历史。所以在某种意义上,我们要考虑的是“分支大脑”感知“分支宇宙”.人们经常想象,在量子力学中,有一个“有意识的观察者”对“进行测量”至关重要。我想我们现在可以理解它是如何运作的了。似乎作为一个“有意识的观察者”的本质就是拥有一条“单一的经验线”——或者换句话说,将不同分支的不同历史合并在一起。

当然,这样做是否一致并不明显。但在我们的模型中有因果不变性的概念。最后,这并不一定是特定的低级规则的内在特征一个宇宙的属性;我稍后会讲到,这似乎是我们所说的规则空间结构中不可避免的突现特征。但因果不变性的重要之处在于,它意味着不同可能的历史线索最终必然具有相同的因果结构,以及描述宇宙中发生的相同的可观察的因果图。

正是因果不变性使得物理空间中的不同参照系(例如,对应于不同的运动状态)工作相同,这就导致了相对论不变性。也正是因果不变性(或者至少是最终的因果不变性)使得量子历史的合并是一致的——并且使得量子力学中存在一个有意义的客观现实概念,由不同的观察者共享。

在研究历史线索如何融合的详细机制方面还有更多的工作要做。它可以被认为与在自动定理证明中添加“完成引理”密切相关。它的某些方面可以被认为是一种“约定”-类似于参考系的选择。但模型的结构暗示了某些重要的“物理约束”。

我们经常被问到:“这一切对量子计算意味着什么?”量子计算的基本思想——以最小的形式被捕获,比如多路图灵机就是沿着不同的历史线索并行地进行不同的计算。但关键的问题(我实际上从20世纪80年代初就开始怀疑了),然后是如何把这些历史线索集中在一起,为计算得出一个确定的答案。我们的模型给我们提供了一种方法来观察这个过程的“内部”,看看涉及到什么,以及需要花费多少时间。我们还不确定答案,但初步迹象表明,至少在正式层面上,量子计算机不会领先。(当然,在实践中,研究传统半导体电子学以外的物理过程,肯定会导致甚至可能显著更快的计算机,即使它们不是“正式意义上的量子”。)

今年让我感到惊讶的是,我们在探索量子力学的过程中可以走多远,而无需讨论电子或光子等实际粒子。实际的量子实验通常涉及的粒子以某种方式局限于空间中的特定位置。但似乎量子力学的本质可以不依赖于粒子或空间而被捕获。

模型中的粒子是什么?就像宇宙中的其他事物一样,它们可以被认为是空间的特征。总的来说,在空间超图中,更新是不断进行的,但大多数更新基本上只是关于“维持空间结构”。但在这个结构中,我们想象可以有一些具有一定稳定性的局部部件,允许它们“在空间中基本不变地移动”(即使“空间本身”不断被重制)。这些对应于粒子。

类似于流体中的漩涡,或时空中的黑洞,我们可以将模型中的粒子视为某种“拓扑障碍”,阻止超图的特征“轻易解开”。今年,我们在理解这些拓扑障碍可能是什么样子,以及它们的结构如何与粒子自旋的量子化,以及离散量子数的普遍存在等方面取得了一些进展。

在空间超图的结构中同时编码“外部空间”和“内部量子数”是一件有趣的事情。但是我们已经在研究如何在大型超图的极限下梳理同伦和几何等事物的不同特征,以及如何理解描述超图进化的多路图中的叶状结构和纤维状结构之间的关系方面取得了进展。

我们还没有“发现电子”,但我们已经越来越近了。我们已经开始确认的一件事是纤维束结构如何在超图的演化中出现,以及局部规范不变性如何产生。在离散超图中,甚至像限制旋转对称这样的东西是如何工作的也不是很明显。我们已经很清楚超图如何在大范围内限制为连续的“空间”流形。现在越来越清楚的是,从一个点出发的测地线集合之间的对应关系,是如何限制到连续对称群的。

什么是非常好的关于这一切的是它是如何通用谈到了将。它不依赖于底层的规则细节。是的,这是难以排解,并建立相应的数学。但是,一旦一个人做了,结果是非常稳健的。

但这能走多远?什么是通用的,什么不是?空间各向同性——以及相应的球面对称性——无疑将是普遍的。但是局部规范对称呢?出现在粒子物理标准模型中的SU(3)×SU(2)×U(1)从表面上看似乎相当随意。但是,如果我们发现我们的模型不可避免地暗示了一个规范群,比如说,E(8)的一个子群,那将是非常令人满意的。

我们还没有完成这项工作,但我们已经开始了解粒子物理的特性,如CPT不变性(P和t是空间和时间反转,我们怀疑电荷共轭运算C是“鳃反转”)。另一个有希望的可能性与费米子和玻色子之间的区别有关。我们还不确定,但似乎费米-狄拉克统计可能与我们只看到非合并分支的多向图相关联,而玻色-爱因斯坦统计可能与我们看到所有分支合并的多向图相关联。然后,旋量可能变得与有向空间超图(而非无向空间超图)关联一样简单。

目前还不清楚我们需要对粒子了解多少,才能看到诸如自旋统计联系之类的东西,或者是否像基本量子力学那样,我们将能够在很大程度上“分解”实际粒子的“空间细节”。当我们开始思考量子场论的时候,它又一次看起来好像在“整体”的情况下有很多可以说的,而不需要具体的粒子。就像我们对时空和广义相对论所做的那样,我们希望能够直接从我们的模型中进行量子场论的计算,例如,提供一种替代方法来代替晶格规范理论(大概是更现实的时间处理方法)。

当我们将空间超图与多向图混合在一起时,我们不可避免地会得到非常复杂的结构,而且这些结构至少在第一种情况下往往充满了冗余。在最明显的“全局”多向图中,每个多向图节点实际上是宇宙的一个完整状态,并且在每次更新时总是(至少在概念上)“复制”该状态的每一部分(即每个空间hypergraph节点),即使只有状态的一小部分实际上会受到更新的影响。

我们今年一直在做的一件事是定义多路系统的更多本地版本.其中一个版本是基于我所说的多空间,有效地“从空间开始”,然后让它的部分“退出”,在不同的多路分支之间存在差异。但一个更可伸缩的方法是,不从整个状态,而是从更新事件和单个“令牌”的混合组成一个多路图,这些事件和令牌结合在一起形成状态。

不过,这是一个明显的权衡。我们可以建立一个“令牌-事件图”,几乎完全避免冗余。但代价是很难重新组合完整的状态。重组的全部问题无疑遇到了潜在进化的计算不可约性。但可能有一些有限形式的重组来捕捉实际的物理测量,这可以由计算有限的观察者完成。

对实验的影响

对实验的影响

在评估一个科学理论时,要问的核心问题是不管你付出的比付出的多. 如果你仔细地建立一些非常详细的模型,这是一个不好的迹象,但它仍然不能告诉你很多。如果你只是建立一个简单的模型,这是一个好兆头,它可以告诉你很多事情。按这个标准衡量,我们的模型是我见过的最壮观的。一年前,很明显,这些模型具有丰富的含义。但在今年的过程中,似乎有越来越多的影响在涌出。

令人惊讶的是,它们似乎都与我们从物理学中了解到的一致。没有任何调整。是的,要弄清楚这些模型的含义通常是很有挑战性的。但当我们这样做时,它似乎总是与物理学一致。这让我现在确信我们的模型确实代表了一个正确的物理基础理论。

看到“编译证明”的方法是非常有趣的。我们的模型能正确地再现广义相对论吗?我们可以将广义相对论中的问题“编译”到我们的模型中——然后在我们的“机器代码”级别有效地运行,并生成结果。我们发现,是的,将数据整合到我们的模型中是有效的,得到了和传统理论相同的结果,尽管,当它发生时,可能会更有效。

我们在量子力学中也发现了同样的东西。也许我们在量子场论中也会发现同样的情况(传统的计算要困难得多)。

我们也一直在研究现有物理中的特定效应和现象——我们不仅在模型中重现了它们(并找到了计算它们的方法),而且(通常是第一次)从根本上理解它们,取得了卓越的成功。但是在现有的物理学中没有看到或预期到的新效应和现象呢?尤其令人惊讶的吗?

当一种理论能够有效地解释已知的事物时,它就已经非常重要了。但如果一个理论能说“这是你将看到的”,这就是一个奇妙的“魔术”,然后这就是在实际实验中看到的。不用说,从一个理论中找出详细的预测是非常困难的(历史上常常如此)花了几十年甚至几个世纪).而当你要处理的东西是从来没有过的,它往往很难知道你是否已经包括你需要得到正确的答案,无论是在工作了理论预言的一切,并在作出实验测量。

但我们的模型中有一件有趣的事情,那就是它们在结构上与现有的物理学是多么的不同。甚至在我们设法做出详细的定量预测之前,我们模型的结构本身就暗示了各种意想不到的、通常是奇异现象的可能性。

其中一类现象与这样一个事实有关:在我们的模型中,空间的维度是动态的,而不仅仅是一个固定的整数值。我们的预期是,在宇宙早期,空间的维度实际上是无限的,逐渐“冷却”到大约3。在这种情况下,应该存在“维度波动”,这可能会在宇宙微波背景或宇宙的其他大尺度特征上留下可识别的印记。

还有一种可能性是,我们今天的宇宙中仍然存在维度波动,要么是早期宇宙的遗迹,要么是引力过程的结果。如果光子在这样的尺寸波动中传播,我们可以期待奇怪的光学效应,尽管细节仍有待研究。(人们也可以想象脉冲星计时异常,或者对引力波的影响,或者只是平方反比定律的直接局部偏差。可以想象,量子场理论现象,如轻子的异常磁矩,可能是敏感的维度探测器——尽管在小尺度上,很难区分维度变化和曲率。或者可能会有异常或磁单极子,使之成为可能的非整数维数。)

我们模型的一个核心概念是,空间(和时间)基本上是离散的。那么我们如何看到这种离散性的迹象呢?实际上只有一个基本未知自由参数在我们的模型中(至少在一般水平上),有许多看起来非常不同的实验可以确定它。但如果没有这个参数的值,我们就无法最终知道模型中离散性的规模。

我们有一个(有点不可靠)估计然而,基本长度可能在10左右-90米(和基本时间大约10-100年秒)。但这比现在直接通过实验探测到的任何东西都要小近70个数量级。

那么我们能想象有什么方法来检测这种尺度上的离散性吗?可以想象,在整个宇宙很小的时候可能会有一些效应。在当前的宇宙中,对于足够轻的粒子,可能存在“最大推进”的动量离散特征。或者在粒子传播过程中可能存在“散粒噪声”。但探测时空离散性的最大希望似乎与大型引力场有关。

最终,我们的模型必须包含对爱因斯坦方程的修正。但至少在最明显的估计中,只有当曲率的规模与基本长度相当时,这些才会变得重要。当然,可以想象,可能会有这样的情况,例如,可能会有离散性的对数特征,允许更有效的“重力显微镜”被构建。

在当前的广义相对论研究中,最可能出现的“极端情况”是接近临界角动量的旋转黑洞。在我们的模型中,我们已经有了直接的模拟.我们看到的是,当我们接近临界的时候,开始有一个区域的空间被越来越少的更新事件编织到其他空间中。可以想象,当这种情况发生时,会出现“脉冲噪声”,也就是引力波中可见的噪声。

还有其他影响。在一种真空极化的时空模拟中,时空的离散性应该导致黑洞的风尽管这种效应可能只对基本长度尺度的黑洞有意义。(这种效应可能会通过一种不同于普通引力辐射的“时空变形模式”,导致黑洞的能量损失。)离散结构对空间的另一个影响是,信息传输速率只有“统计”仅限于光速,因此波动是可以想象的,尽管同样很可能只是在基本长度类型的尺度上。

一般来说,时空的离散性导致各种各样的时空中的奇异结构和奇点在普通广义相对论中不存在。显著的潜在特征包括动态拓扑变化、“空间隧道”、“维数异常”和空间断开。

我们想象在我们的模型中,粒子是空间超图中的某种拓扑障碍。也许我们会发现,对于这类障碍物的“频谱”,我们甚至会得到相当普遍的结果。但也很有可能会出现“拓扑稳定”的结构,这种结构不只是点粒子,而是更奇特的东西。顺便说一下,在计算宇宙常数或暗能量特征时,我们需要将“总可见粒子含量”与空间超图的总活跃性进行比较,可能会得到一些一般性的结果。

我们的模型的一个特点是,它们暗示像电子这样的东西本质上并不是零大小的——事实上,与基本长度相比,它们可能相当大。它们的实际大小远远超出了任何预期实验的范围,但它们在潜在的空间超图中涉及如此多的元素,这一事实表明,可能存在粒子——我称之为寡子——涉及的粒子要少得多,而且可能具有可测量的宇宙学或天体物理效应,甚至可以作为某种质量非常低的暗物质直接被探测到。

在考虑粒子,我们的模型也做一个思考一些潜在的高异国情调的可能性。例如,也许不符合给定的能量 - 动量和极化宇宙每个光子实际上是相同的。也许他们有相同的“整体拓扑结构”,但是(比如说)不同的详细配置多通因果关系图。也许这种差异将会对光子的足够大的相干检测的集合效应。(这可能是更合理的,但是,颗粒发挥作用有点像微小黑洞,与他们的“内部状态”并不明显的外部。)

当涉及到量子力学时,我们的模型又有一些一般的预测——其中最明显的是存在一个最大纠缠速度ζ,这是类似于光的速度,但在鳃空间。在我们的模型中,ζ的比例直接与基元长度的比例有关,所以测量一个会决定另一个(而不是不可靠)的估计对于初等长度ζ可能在10左右5.太阳质量每秒。

有许多与ζ相关的“相对论模拟”效应,一个例子是量子芝诺效应,它是与快速重复测量相关的有效时间膨胀。可以想象,有一种原子尺度(或引力波探测器变形尺度)的“环境测量”可能对此敏感——也许与量子计算机的“噪音”有关。(顺便说一句,ζ也可能定义了量子计算有效性的限制,但还不清楚如何解开“工程问题”。)

量子力学和时空结构之间存在潜在的相互作用,比如时空特征对量子相干的影响。但可能最引人注目的效应将与黑洞之类的东西有关,例如,最大纠缠速度应该代表黑洞形成的额外限制——根据我们对ζ的估计,在短期内实际上可能是可观测的。

从历史上看,广义相对论幸运地暗示了不依赖于任何未知尺度(如宇宙常数)的效应。在我们的模型中,最明显的类似效应涉及光子绕黑洞运行的量子行为。但要真正解决这些问题,还有很多详细的物理问题要做。

最后,我们建立的物理基本模型包含了一些明确的基本规则。我们对物理学的一些结论和预测肯定依赖于这一规则的细节。但在我们的模型中,一个持续的惊喜是,有多少物理隐含的特征实际上是对一大类规则的通用。尽管如此,像基本粒子的质量这样的东西至少让人觉得它们必须遵循特定的规则。尽管——谁知道呢——也许整体的对称性是由模型的基本结构决定的,也许费米子的代数与空间的有效维数有关,等等。这些都是我们可以想象的事情我们将在接下来的几年里开始了解。

除了物理

除了物理

当我第一次开始开发人们所称的“Wolfram模型”时,我的主要动机是理解基础物理学。但人们很快就发现,这些模型本身就很有趣,与它们与物理学的潜在联系无关,它们甚至可能在物理学之外有应用。我想,今年最让人惊讶的事情之一,就是这句话的真实性。

我觉得我们的模型已经引入了一种全新的模式,它允许我们以全新的方式思考各种领域,并有可能解决这些领域长期存在的基础问题。

对计算宇宙的一般探索——我在四十多年前就开始了——给我们带来了像计算不可约性这样的现象,并导致了各种重要的见解。但我觉得,随着我们的新模型,我们已经进入了理解计算宇宙的新阶段,特别是看到了计算可约性和计算不可约性之间微妙而强大的相互作用,这与计算有界观察者或测量的引入有关。

我真的不知道如何将物理学的成功融入到我在计算宇宙中所看到的框架中。但现在情况变得明朗了。其结果不仅是我们对物理学的基础有了更多的了解,而且我们可以将物理学的成功引入到我们对计算宇宙及其各种应用的思考中。

在非常务实的层面上,元胞自动机(我在计算领域中最喜欢的例子)为系统提供了最小的模型,其中任意的本地规则在空间和时间的固定阵列上操作。我们的新模型现在提供了在空间和时间上没有这种确定结构的系统的最小模型。元胞自动机是“数组并行”计算过程的最小模型;我们的新模型是分布式、异步计算过程的最小模型。

在像细胞自动机这样的东西中——具有非常有组织的空间和时间结构——很容易看到“什么导致什么”。但在我们的新模型中,它可能要复杂得多——为了表示不同事件之间的因果关系,我们需要构建因果图。对我来说,研究我们的模型的一个结果是,每当我研究任何东西时,我都会例行公事地开始问因果图各种各样的案例这很有启发性。

但除了因果图之外,我们的新模型还有一个特点,那就是它们本质上不可避免的多路特性。对于这个系统的进化,并不是只有一条“历史线索”,而是一个完整的多路图表。在过去,各种系统都有大量的概率或非确定性模型。但从某种意义上说,我一直觉得它们不令人满意,因为它们最终都在谈论“在系统之外”做出武断的选择。多路图不会这样做。相反,它纯粹从系统内部讲述我们的故事。但这是整个故事:“一口气”就抓住了所有可能性的全部动态集合。

现在我们模型的形式主义已经让我习惯了多路图,我到处都能看到它们。所有我认为还没有很好定义的系统我现在意识到它们都可以进行“多路分析”。

有人可能会认为,一个捕捉所有可能性的多路图不可避免地过于复杂而没有用处。但这是我们的物理项目中的另一个关键观察结果:特别是对于因果不变性现象,可以做出一些通用的陈述,而不需要处理所有细节。今年我们所追求的一个重要方向是,利用多向系统的一般理论中的范畴理论的方法来更好地理解。

但是,好吧,我们可以把模型的形式主义应用到哪里呢?很多事情。有些我们至少已经开始认真思考了:分布式计算、数学和元数学、化学、生物和经济学。在每种情况下,这不仅仅是拥有某种“附加”模式的问题;我们的形式主义似乎允许我们开始讨论每个领域中深刻的、基础的问题。

在分布式计算领域,我觉得我们才刚刚开始。几十年来,我一直在思考如何组织分布式计算,以便我们人类能够理解它。现在在我们的形式主义中,我两者都有明白为什么这么难吗,开始思考我们该怎么做。关键在于从物理学中获得直觉:思考“在参考框架中编程”,因果不变性作为最终一致性的来源,量子效应作为结果的模糊性,等等。但在过去的一年里,研究特定的系统也很重要多路图灵机组合子并且能够看到在这些更简单的情况下是如何解决问题的。

作为“锻炼”,我们一直在研究使用从我们的形式主义思想开发分布式模拟的blockchain-in“故意事件”从外部引入系统是由大量的“编织在一起”“自主事件”,几乎以相同的方式一致的“古典”空间出现在我们的物理模型。(“强迫共识”或得出明确结论的类比本质上类似于量子测量的过程。)

尝试将“因果”和“多向”思维应用到实际计算中是很有趣的,例如在Wolfram语言中。什么是计算的因果图?这是一种依赖跟踪。多年来,我们一直在寻找一种方法来获得程序执行的良好的可操作符号表示,这可能最终会告诉我们如何做到这一点。多向图呢?我们习惯于考虑在“数据结构”上完成的计算,比如列表。但是,我们应该如何看待能够产生一整套输出的“多路计算”?(在类似逻辑编程的情况下,人们从多路概念开始,然后通常选择一条路径;真正有趣的是了解如何系统地“在多路级别上进行计算”。)

好的,那么数学呢?多向图和通过应用公理或推理法则生成所有可能的定理而得到的网络在给定的数学理论中。但现在我们对物理学的研究提出了一个建议:如果我们对这个过程进行限制,会发生什么?“体积”或“连续体”元数学是什么样子的?

在人类数学史上,已经有几百万个定理在某种意义上定义了元数学空间的“人文地理学”. 但是“内在几何学”呢?有没有类似于我们的物理理论的理论?“物理化的元数学”?关于数学的“无限时间限制”,或者数学的一般性质,它告诉了我们什么?

如果我们试图将数学完全形式化,我们通常会得到一个非常“非人类”的“机器代码”。在物理学中,在空间原子和我们的典型经验之间可能有100个数量级。在当今的形式化数学中,从“机器代码”到人类将要处理的定理的典型陈述,可能有4或5个数量级。

在机器代码的层次上,有各种各样的计算不可约性和不可判定性,就像在物理学中一样。但不知何故,在“人的层面”,有足够的计算简化能力,人们可以有意义地“做数学”。我过去认为这是某种历史性的意外。但我现在怀疑,就像物理学一样,这是计算受限的人类“观察者”参与的一个基本特征。在形式主义的对应下,人们不禁要问,相对论或量子力学在“体元数学”中的类比是什么,例如,它如何与“计算有界范畴理论”相关。

是的,这对于理解数学的本质是很有趣的。但数学也有它自己的结果和直觉,在用与物理相同的形式主义学习数学时,我们也会用它来努力理解物理。

这些怎么会和化学有关呢?所有可能的化学反应组成的网络也是一个多路图。在化学合成中,人们通常只对选择一个特定的“途径”感兴趣。但如果我们把所有的可能性都考虑为“多路风格”呢?鳃空间是化学物种的分布图。现在,我们必须了解“计算受限的化学传感器”可能在其中“感知”到什么样的定律。

假设我们试图“用分子进行计算”。计算中的“事件”可以看作是化学反应。但是现在,不要只是想象“得到一个单一的分子结果”,而是考虑使用整个多路系统“作为计算”。这和分布式计算基本上是一样的。虽然我们还没有一个好的方法来“编程”像这样,我们的物理项目现在给我们一个明确的方向。(是的,具有讽刺意味的是,这种分子规模的计算可能使用与量子力学相同的形式主义来工作——即使实际涉及的过程并不一定是基础物理意义上的“量子”。)

当我们研究生物系统的时候,人们应该如何思考它们所涉及的复杂的化学过程,这一直是个谜。在遗传学方面,我们有数字信息和DNA的组织概念。但在系统生物学的一般情况下,我们似乎没有总体原则。我当然想知道我们是否缺少了“多路思考”,以及是否利用我们的物理项目的想法,我们可能会得到一个更全面的理解——就像系统生物学的“广义相对论”。

值得指出的是,超图进化的详细技术可能是适用的生物形态发生.是的,人们可以用连续介质反应扩散方程之类的东西做一定量的工作。但最终生物组织,比如我们现在认为,物理空间是由离散元素组成的。特别是当涉及到拓扑变化现象(如原肠胚形成)时,这可能非常重要。

生物学通常不是一个重视正式理论的领域——自然选择理论是一个例外。但是,除了特定的少数全物种动力学结果之外,很难得到关于自然选择的全球结果。我们模型的形式主义可能有帮助吗?也许我们可以开始像思考空间中的原子一样思考个体有机体,然后潜在地得出大规模的“相对论式”结果,可以想象出“物种空间”的一般特征,这些特征之前确实没有被讨论过。

在我们的模型和形式主义可以应用的一长串潜在领域中,还有经济学。有点像自然选择的例子,潜在的想法是考虑在一个经济体中对每个单独的事件或“交易”进行建模。因果图给出了某种广义供应链。但这些交易的影响是什么呢?重要的一点是,几乎不可避免地有很多计算上的不可约性。或者,换句话说,很像热力学第二定律,交易很快就开始不再被计算束缚剂“解开”,而是具有强大的整体“平衡”性质,在经济情况下,这可能代表“有意义的价值”——因此,货币价值概念的稳健性可能与热力学系统具有一定数量热量的稳健性相对应。

但基于这种经济学观点,问题仍然存在:是否存在“类似物理学”的定律?参考系是否有经济上的相似之处?(在一个地理上具有地方性交易的经济体中,人们甚至可能期望看到类似于相对论时间膨胀的效应。)

对我来说,最值得注意的是,我们为思考基础物理而发展出来的形式主义,似乎给了我们一个如此丰富的新框架,来讨论如此多其他类型的领域,并汇集这些领域的结果和直觉。

是的,我们可以继续。我们可以想象一下机器学习——例如,考虑所有可能的学习过程的多路图。我们可以想象一下语言学——从每个基本的“事件”开始,比如,一个人对另一个人说一个词。我们甚至会思考传统物理学中的问题,比如我以前最喜欢的一个问题硬球气体不是用关联函数和配分函数,而是用因果图和多路图来分析它们。

走向终极抽象

走向终极抽象

一年前,当我们接近Wolfram物理项目的启动时,我们越来越自信地认为我们已经找到了宇宙“机器代码”的正确的一般形式主义,我们通过观察数十亿种可能的特定规则建立了直觉,我们发现,在我们的模型中,物理的许多特征实际上是相当普遍的,并且独立于特定的规则。

但我们仍然认为,对于我们这个特定的宇宙,最终必然存在某种特定的规则。我们想过怎样才能找到它。然后我们思考如果我们找到了它会发生什么,以及我们如何想象回答这个问题“为什么是这个规则,而不是另一个?”

但后来我们意识到:其实,宇宙不必仅基于一个特定的规则;在某种意义上,可以运行所有可能的规则,它仅仅是通过我们的看法,即我们赋予一个特定的规则是什么,我们看到了宇宙。

我们已经有了多路图的概念,它是通过应用所有可能的更新事件,并追踪它们所导致的不同历史而生成的。在普通的多路图中,不同的可能更新事件发生在空间超图的不同位置。但是我们想把它推广到rulial多路图,不仅应用发生在所有可能位置的更新,还应用发生在所有可能规则下的更新生成。

一开始,人们可能会认为,如果一个人使用了所有可能的规则,就不会得出任何确定的结果。但是,不同的规则可能导致相同的状态,这一事实导致确定的规则多路图被编织在一起——包括基于所有可能规则序列的所有可能的历史。

嵌入这样一个规则多路图的观察者能感知到什么?就像因果图或普通的多路图一样,我们可以想象定义一个参考框架——这里是一个“规则框架”——使观察者感知到宇宙是通过规则空间的一系列切片演化的,或者实际上是根据某些规则运行的。换句话说,宇宙遵循所有可能的规则,但在特定规则框架中的观察者根据特定规则描述其运行。

临界点是这是一致的因为规则多路图的演化不可避免地显示出因果不变性。乍一看,这一切可能相当令人惊讶。但要意识到的是计算等价原理暗示规则集合将一般地显示计算普遍性.这意味着无论人们选择什么样的规则框架——无论人们使用什么样的规则来描述宇宙的进化——总是有可能用这些规则来模仿任何其他可能的规则。

这一切都有某种终极的抽象和统一。从某种意义上说,人们最终需要知道的关于我们的宇宙的唯一一件事就是它是“计算性的”——从那里,我们模型的整个形式结构接管了一切。它还告诉我们,宇宙最终只有一个,尽管不同的规则框架可能会对其进行不同的描述。

我们应该如何考虑极限规则多路图?事实证明,类似的东西也出现在纯数学的上游,与更高的范畴理论有关。我们可以把基本的多路图看作与普通类别相关的(弱版本)。这和绝对量子力学在我们模型中的运作方式有些不同。但是当我们在多路系统中加入分支之间的等价时,我们得到一个2类。如果我们不断地增加高阶等价,我们就会得到越来越高的类别。但在无限极限下,我们得到的结构正是规则的多路图,所以现在我们可以把它定义为一个无限范畴,或者更具体地说,一个无限群胚。

格罗腾迪克的猜想表明,在某种意义上是存在的无限群胚的必然几何,最终,这个结构似乎从规则的多路图“涓滴而下”到我们看到的所有其他东西,并暗示,例如,物理空间和鳃空间可以有意义的概念。

我们可以把极限多路图看作是物理和宇宙的一种表示。但是,完全相同的结构也可以被认为是所有可能的数学的一种元数学极限——在某种意义上,从根本上把物理学和数学的基础联系在一起。

这其中有很多细节和含义,我们才刚刚开始研究。rulial多向图的最终形成取决于确定何时可以将状态或对象视为相同并合并。在物理学的例子中,这可以看作是观察者的一个特征,以及他们定义的参考系。就数学而言,它可以被视为所使用的基本公理框架的一个特征,同伦类型理论的单价公理是一种可能的选择。

rulial空间的整个概念提出了这样一个问题:为什么我们感知我们所做的物理定律,而不是其他的。最近的一个重要认识是,它似乎与我们所定义的意识有着深刻的联系。

我必须说,我一直对试图为意识建立一个科学框架的做法持怀疑态度。但最近越来越清楚的是,在我们研究物理学的方法中这既是一种潜在的方法,也是解释我们所看到的东西的根本需要

很久以前我就意识到,一旦超越人类,唯一可行的智力的一般定义做复杂计算的能力是什么计算等价原理他说的话非常普遍。有人可能会认为意识是智力的“附加”,但实际上它似乎是一种“退步”。因为似乎我们认为意识的关键要素是通过时间拥有一个明确的“经验线索”的概念,换句话说,是一种体验宇宙的循序渐进的方式。

在我们的模型中,宇宙在做各种复杂的事情,并显示出各种计算的不可约性。但如果我们要以意识的方式取样,我们不可避免地只能挑选出某些可计算约简的切片。而这正是我们所知道的物理定律——包含在广义相对论和量子力学中——所对应的。因此,从某种意义上说,我们看待物理学是因为我们是通过与意识相联系的连续经验来观察宇宙的。

让我在这里不再深入,但足以说明,从我们的科学,我们似乎已经得出了一个有趣的哲学结论,关于我们有效地“创造”我们对宇宙的描述的方式,作为我们自己的感官和认知能力的结果。是的,这意味着具有不同能力的“外星人”(或者只是在物理或鳃空间的不同程度上)对宇宙的描述可能与我们自己的完全不一致。

但是,好吧,那么我们能说些什么呢rulial空间? 对于宇宙的一个特定描述,我们实际上被困在了rulial空间的一个特定位置或框架中。但我们可以通过改变我们对宇宙如何运行的观点来想象“移动”。我们总是可以进行翻译,但这不可避免地需要时间。

最后,就像物理空间中的光锥,或者鳃空间中的纠缠锥一样,一个特定的平移距离所能覆盖的速度是有限制的,这就是“平移锥”的定义。还有一个“最大平移速度”,和光速类似c在空间或鳃空间的最大纠缠速度ζ。在某种意义上ρ定义最终的“处理器速度”为宇宙。

在定义光速时,我们必须引入空间长度单位。在定义ρ时,我们必须引入程序或规则描述长度的单位,例如,ρ可以用“Wolfram语言标记每秒”的单位来测量。我们不知道ρ的值,但不可靠的估计值可能是10450WLT /秒。就如同在广义相对论和量子力学可以预期会有各种发生在rulial空间由ρ缩放效果。(一个例子可能是一个“量子般的不确定性”,通过不让一个区分“宇宙理论”,直到他们已经在rulial空间“的分歧远远不够”提供了归纳推理的限制。)

规则空间是一个非常普遍的概念。它适用于物理学。它适用于数学。它也适用于纯计算。在某种意义上,规则空间提供了一幅计算宇宙的地图。它可以通过图灵机、元胞自动机、Wolfram模型等表示计算来“协调”。但一般来说,我们可以问它的极限几何和拓扑结构。这里我们看到了计算机理论科学中与基本问题的显著融合。

例如,规则空间中的特定测地线路径对应于遵循单一规则的最高效率的确定性计算。测地线球对应的是能够遵循一系列规则的最有效的非确定性计算。所以像P和NP问题就变成了关于规则空间的几何或拓扑问题。

在我们的物理项目中,我们着手寻找物理学的基本理论。但有一点很清楚,在思考物理学的时候,我们发现了一个正式的结构,它不仅仅适用于物理学。我们已经有了计算的所有概括性的概念——包括计算等价原则和计算不可约性。但我们现在发现的是在不同层面上的统一,不是关于所有的计算,而是关于被计算限制的观察者所感知的计算,以及关于我们可以期望使理论变得和我们在物理学中知道的一样强大的东西。

对于每场什么的关键是找出正确的问题。什么是空间或时间,或量子测量,或无论是模拟的?但是,一旦我们知道,我们就可以开始使用我们的形式主义提供机械。其结果是统一和力量的一个显着的新的级别,以应用于科学和超越。

项目过程:做科学的新方法

项目过程:做科学的新方法

如何一个开始寻找物理学的基本理论?没有科学的发展蓝图。而且也没有关于如何进行科学研究的路线图。Wolfram物理项目的发展故事的一部分是关于它的过程,关于做科学的新方法。

什么取得了钨物理项目可能部分是思想。但它的组成部分,也是工具,并在技术特别是高塔也就是Wolfram语言.从某种意义上说,Wolfram语言背后四十年的历史将我们引向了这一点。一般计算语言的概念用来代表一切,现在看来,包括整个宇宙。和非常广泛而紧密整合语言的能力使我们能够流畅而高效地进行所需的每一项不同的研究。

对我来说,Wolfram物理项目是一次激动人心的旅程,是的,它比我想象的要好得多。从一开始,我们就渴望尽可能广泛地分享这段旅程。我们当然希望得到帮助。但我们也希望开放,让尽可能多的人能够在科学前沿体验和参与这一独特的冒险。

一年后,我想我可以说,我们的开放科学方法取得了巨大的、加速的成功。越来越多的有才华的研究人员也参与其中在该项目中,已经能够取得很大的协同和有效性的进展。通过开放我们正在做的事情,我们也能够与非常广泛的人,甚至是专业科学之外的人接触,并希望激励他们。

推动项目前进的一个核心部分是我们的工具和我们使用它们的方式。计算语言的思想——作为Wolfram语言的独特体现——是要有一种以计算术语表示事物的方法,并能够像这样进行通信。这就是Wolfram物理项目中一直在发生的事情。有一个想法或方向。它用Wolfram语言表达。这意味着任何人都可以明确地、重复地理解、运行和探索它。

我们一直在张贴我们的Wolfram语言工作笔记本在过去的一年里,总共有895个.我们我们写了封装函数Wolfram函数库去年就有130起-所有这些都有源代码,都有文档记录,并且都可以在任何Wolfram语言系统中立即公开使用。这已经成为我们研究的节奏。首先在工作笔记本中进行探索,在适当的地方添加解释,使其可读性更好计算论文.然后组织重要的功能并提交到功能库中,然后使用这些功能进行下一步的研究。

这整个设置模块,当人们写他们的成果,有立即的可运行的计算语言代码。And in fact, at least in what I’ve personally written, I’ve had the rule that for any picture or result I show (so far 2385 of them) it must be possible to just click it, and immediately get code that will reproduce it. It might sound like a small thing, but this kind of fluid immediacy to being able to reproduce and build on what’s been done has turned out to be tremendously important and powerful.

考虑到我们在生产软件开发方面的长期经验,有太多的细节在某种意义上成为我们的第二天性。对功能的设计要谨慎一致。知道什么时候以不太灵活的代码为代价进行优化是有意义的。开发健壮的标准化可视化。有很多喜欢那些被证明是重要的小事,比如我们所有人都有一致的配色方案各种各样的图所以,当一个人看到别人做了什么,他马上就知道“这是一个因果图”,“这是一个鳃图”等等,甚至不需要阅读任何解释。

但除了开放功能和我们生产的笔记本之外,我们还做了一些更激进的事情:我们开放了我们的工作流程,例行公事直播我们的工作会议.(一直168小时今年有多少,;我们现在也发布了331小时从项目启动前的6个月开始。)我个人甚至更进一步:我发布了我个人正在进行的工作的“视频工作日志”(到目前为止,343小时例如,一直到这句话的写作。

我们开始做这一切,一部分是作为一个实验,另一部分是因为我们在过去几年中取得了成功直播我们的内部会议设计Wolfram语言.但事实证明,捕捉我们正在完成的物理项目有各种各样的好处,这是我们从未预料到的。你在我写的一篇文章里看到了一些东西。你想知道“这是从哪里来的?”好了,现在你可以一直往下钻,看看到底是什么造成的,失误等等。

很高兴能分享我们解决问题的经验。能在我们的直播中得到这些问题、反馈和建议,真是太棒了。我不认为在其他任何地方你能看到像这样实时进行的科学研究。当然,这很有帮助,因为它非常容易做到用Wolfram语言进行实时编码的严肃研究.但是,的确,在现实世界中暴露一个人正在前进或后退的步伐需要一些勇气(或者是有勇无惧)。但我希望它能帮助人们更多地了解在解决问题时所涉及的内容,无论是总体上还是具体到我们的项目中。

当我们启动这个项目时,我们把将近一千页的材料放到网上,旨在帮助人们了解到目前为止我们所做的事情。在发射后的几个月内,我们有了一个四周跟踪我们的Wolfram暑期学校致力于Wolfram物理项目。我们那儿有30个学生(还有另外4个来自我们学校)高中夏令营)-他们都做了基于Wolfram物理项目的项目。

在暑期班结束后,我们响应了巨大的需求,组织了为期两周的学习课程(有30多名学生参加),然后在一月份又组织了为期两周的学习课程冬季学校(和另外17名学生)。看到这么多人在这个项目上不断进步,真是太好了。到目前为止总共有79年新利18官网客服的出版物比如,“公告”和帖子,这些内容远远超过了我可能在这里总结的内容。

有一个不断扩大的社区的人参与了Wolfram物理项目。为了帮助组织,我们创建了附属研究机构和青年研究联盟计划目前,共有来自世界各地的49人参与。

别的东西,是非常重要的正在发生的事情太多:从广泛的物理,数学和计算机科学领域稳步增加参与。事实上,每过一个月,好像有一个与该项目从事一些新的研究领域。因果设置理论。绝对量子力学。项重写。数值相对论。拓扑斯。更高的范畴论。图重写。和其他社区的主机了。

从某种意义上说,我们可以把项目的成就看作是为物理学提供了“机器代码”。其中一件奇妙的事情是,它似乎与数学物理学中已经完成的大量工作联系得很好,即使当时还不清楚这些工作本身如何与物理现实联系起来。我们的项目似乎为数学物理学提供了一种罗塞塔石碑——一个可以通过各种不同的方法连接、传达和被传达的共同基础。

在过去的一年里,有一个重复的,相当不同寻常的经验。由于某种原因,我们会接触到一些方法或想法。构造函数理论。因果动力三角。本体论基础。合成微分几何。呃= EPR。我们将用我们的模型作为思考这个问题的框架。我们会意识到:“天哪,现在我们明白了!”我们将看到它如何与我们的模型相适应,我们如何从它中学到更多关于我们的模型的知识,以及我们如何使用我们的模型和我们的形式主义来引入新的思想来推进它本身。

在某些方面,我们的项目代表着一个根本性的转变从过去的一个世纪左右的物理学。而更多的,往往不是当这种智力的变化在科学史上制成,他们已经与现有的社区连接伴随着各种困难。不过,我很高兴地报告,在过去的一年我们的项目已经非常出色地与现有的社区,无疑是由它的“罗塞塔石碑”字符帮助连接做的事情。随着我们的进步,我们期待着合作的日益增加的网络,无论是一个已经形成的社区内,并与其他社区。

在未来的一年里,当我们开始更认真地探索我们的模型和形式主义的影响,甚至超越物理学,我期待更多的联系和合作。

个人方面

个人方面

很难相信,自从我们开始认真地在Wolfram物理项目上工作以来,只过去了18个月多一点。发生了这么多,我们走得比我想象的还要远。感觉就像一个全新的世界打开了。有这么多新想法,这么多看待事物的新方法。

我已经足够幸运能够拥有一个漫长而令人满意的职业生涯,在这个阶段拥有一个似乎是全新的开始是一件令人惊讶和了不起的事情。当然,在某些方面,我花了我生命中的大部分时间来准备现在的Wolfram物理项目。但它的现实比我想象的要令人兴奋和振奋得多。几十年来,我一直在积累和思考关于各种不同事物的问题。突然间,一扇我从未意识到存在过的门打开了,现在可以沿着令人眼花缭乱的前方前进了。

我一生中大部分时间都在建造一座由各种东西组成的塔——在科学和技术之间交替。在这座塔里,每一个层次都是建立在以前的基础上的,这是非常了不起的:技术的工具使探索科学成为可能,科学的思想使创造技术成为可能。但一年前,我认为Wolfram物理项目可能最终会结束:一个基础科学,真的只是科学,除了科学什么都不是,对技术没有可预见的影响。

但事实证明,我完全错了。事实上,在我做过的所有基础科学中,Wolfram物理项目可能是对技术有最大短期影响的一个。我们不是在讨论用物理学建造飞船.我们讨论的是将我们为物理学所开发的形式主义应用到分布式计算、建模、化学、经济等各种非常实际的环境中。

最后,回顾这些应用,你可能会说“这并不真的需要物理项目,我们可以直接到达那里”.但根据我的经验,这不是智力进步的方式。它只是通过建立一个工具和思想的塔楼,人们可以看到足够远的地方去理解什么是可能的。如果没有这一点几十年或几个世纪可能会过去,前进的道路隐藏在以后看起来很清晰的视线中

一年前,我想象在Wolfram Physics Project中,我所做的大部分事情都是“明显的物理”。但事实上,这个项目让我追求各种各样的“分心”。我研究过多路图灵机是的,这显然与量子力学有关。但我也学习过组合子标签系统(好吧,这些都是由百周年纪念的到来引起的)。我花了一点时间看欧几里得的经验数学

而且,是的,我处理所有这些事情的方式受到我们的物理项目的强烈影响。但令人惊讶的是,我想做这些项目中的每一个,这也促进了物理项目的发展。“欧几里德”项目已经开始搭建一座桥梁,让我们通过欧几里德的具体例子,导入元数学的直觉和形式主义元素.这个组合子项目加深了我对因果不变性和空间等事物可能结构的理解。甚至关于组合符的历史奖学金教了我很多关于数学基础的问题,这些问题已经被搁置了一个世纪,但我现在意识到它们很重要。

在所有的我在过去一年里写的文章加起来大约有750页的材料(是的,我也是感觉相当富有成效).但还有很多事情要做,很多事情要写。在我的生命中,有几次我有幸发现了一种新的模式,并且能够开始探索其中的可能性。在许多方面,Wolfram物理项目——是的,经过30年的酝酿——是这些经历中最突然的一次。这是令人兴奋的一年。我很期待接下来会发生什么,也很期待看到在物理学和其他领域都有新的发展模式。

指出&谢谢

今年最大的乐趣之一是Wolfram物理项目工作人员的精力和热情。但我特别想提到乔纳森·戈拉德,他已经取得了非凡的生产力和创造力水平,并且是这里描述的许多进步背后的驱动力。

发布:物理学

9评论

  1. 让人难以置信!我很感激能够看到这个项目在我眼前展开!继续保持惊人的工作❤️

    彼得Harket
  2. 读过这篇文章的一个想法是,旧的决定论和自由意志的讨论。在我看来,这项研究似乎强烈地倾向于确定性存在,

    艾伦
  3. 你有没有向同行评议的杂志提交过任何东西,或者都是自己出版的?当然,如果你处在一个统一的物理理论的边缘,世界上的每一本杂志都会争先恐后地发表你所发表的任何东西。

    雅各布
  4. 从你的工作中探索意义总是很有见地的,与我认识和共事的人分享我得到了巨大的乐趣。

    迈克尔·劳埃德
  5. 你还没有提到量子力学和广义相对论同时相关的物理情况。作为一个重要的例子,你不应该在普朗克尺度上找到这种趋同,~10^-34厘米,而不是大大缩小的~10^-100厘米?

    理查德Werthamer
  6. 令人着迷。这是我希望更多的人开始做的事情。我不是物理学家,但有很多奇怪的“巧合”——足以让它值得全面探索。我祝愿你们在这次智力冒险中取得巨大成功,尤其是充满乐趣!

    Renaud
  7. 想到新兴的量子计算将如何支持这些探索,令人兴奋。

    马特
  8. 大家好,我是一个观察者,我叫Mack,是的,时空是纯能量,在弦理论中产生了弦。通过其他弦的振动使时空旋转。比光速更快的旅行或通信与一种新能量有关基本上有两种大爆炸一种是正的,一种是负的。它们存在于同一空间之上或同一空间内。我们生活在负的环境中,因此能量会升温。让我们更难以迈向未来。当电子改变位置时,它们就会从一个宇宙移动到带正电的宇宙,然后再返回。我们可以用这种新能源比光更快地交流。每一个原子和粒子都是完全相连而又彼此不同的。它们每个都有一个关于宇宙的基本信息的代码。 They know what and where they are and what other particle or atom to connect to and what to create in this universe. Completely independent and different than it’s other particle. Its code can tell us were we are in the universe. There individual makeup is known throughout the universe and is connected to everything and I mean all things are connected creating the space tunnels and connection needed to communicate or travel. Hack the universe. There are 3 kinds of spacetime # 1 is a black hole spacetime, which is faster then light of matter and warps spacetime into 5 dimensions and completely different than # 2 Galaxy formation spacetime. The gravity and speed of light is different in all 3 areas. In open space there is no structure or like rocks in water (black holes), or gravitys energy working with spacetime energy to create a smooth spacetime. Both forces of gravity are at work in open space there is no structure yet designed. Makes it look like dark energy and matter. No such thing, just spacetime creating and trying to match the positive universe that is also being created in the same space. That’s why gravity can be in 2 places at one time. +&- This is one observers option if you want to know more please feel free to contact me at my email address. Thanks for the great read, so glad to see you seeing it all start to connect. Its Beautiful when it all connects in your mind. It is almost impossible to completely understand.

Baidu