Stephen Wolfram

Od wielu wieków mistycy powtarzali, że świat, który widzimy jest jedynie ułudą, iluzją.

W czasach nowożytnych potwierdził tę opinię najpierw Albert Einstein, a potem zrobiła to nowa dziedzina nauki – fizyka kwantowa,

Pewien problem pojawia się w sytuacji, kiedy reguła 110 dotyczy jakiegoś określonego układu węzłów, a układ taki występuje w kilku różnych miejscach w sieci.

Który z nich powinien zostać zaktualizowany pierwszy?

         Zmiana kolejności aktualizowania prowadzi na ogół do różnych sieci przyczynowo – skutkowych.

Zamiast pojedynczej historii, taki wszechświat będzie miał kilka różnych historii.

Światy równoległe?

        A my nie będziemy wiedzieć, dlaczego jesteśmy w tej konkretnej historii, a nie w innej, co stanowiłoby dyskomfort.

Na szczęście istnieje wyjście z tej niepożądanej sytuacji. Otóż istnieją pewne reguły, które sprawiają, że kolejność aktualizowania staje się nieistotna.

"Przy zastosowaniu tych reguł zawsze istnieje tylko jeden wątek czasu we wszechświecie" – mówi Wolfram.

Opowieści, w których przestrzeń i materia wyłania się z sieci, mogą przeciętnemu człowiekowi wydawać się mętne, ale na fachowcach teoria Wolframa zrobiła wrażenie jeszcze z innego powodu.

Otóż potrafi ona wyjaśnić teorię grawitacji Einsteina.

Ujmując rzecz w skrócie:

         Materia porusza się w zakrzywionej czasoprzestrzeni, a czasoprzestrzeń jest zakrzywiona z powodu obecności materii.

Masa Ziemi zakrzywia czasoprzestrzeń, wytwarzając obok siebie

zagłębienie. 

Nie widzimy tego, ponieważ zakrzywienie trójwymiarowej przestrzeni może zobaczyć tylko istota czterowymiarowa, a my jesteśmy trójwymiarowi i możemy widzieć tylko trzy wymiary.

       Czasoprzestrzeń jest czterowymiarowa, ponieważ obejmuje jeden wymiar czasowy i trzy wymiary przestrzenne. Wymiar czasowy rozciąga się oczywiście wzdłuż kierunku przeszłość – przyszłość. Natomiast trzy wymiary przestrzenne wzdłuż kierunków wschód – zachód, północ – południe i góra – dół.

       Wolfram twierdzi, że nieustannie aktualizowana sieć przestrzenna zachowuje się dokładnie tak, jak zakrzywiona czasoprzestrzeń Einsteina.

Ciekawostką jest, że do matematycznych obliczeń tej zakrzywionej czasoprzestrzeni jest niezbędne użycie tzw. ''tensora Ricciego''.

Wolfram potrafi, przy zaledwie kilku założeniach, wyprowadzić

warunki, które musi spełniać „tensor Ricciego”.

No i zgadnijmy, jakie to są warunki?

Oto oglądamy równania grawitacji Einsteina!

Program generujący świat

Wolfram jest przekonany, że program komputerowy generujący nasz wszechświat jest nie tylko bardzo prosty, ale także może być jednym z najprostszych programów zdolnych do wygenerowania wszechświata.

       To przekonanie, to na razie jest tylko akt Wiary przez duże w.

Odkrywca sądzi, że nasz wszechświat jest jednym z najprostszych wszechświatów, jedynie z dodanym pojęciem przestrzeni i czasu.

Dlatego warto najpierw popróbować i sprawdzić proste reguły, bo któraś z nich może się okazać poszukiwaną regułą.

       Jeżeli program generujący nasz wszechświat jest rzeczywiście jednym z najprostszych, to musi zawierać bardzo mało treści.

Z tego powodu Wolfram uważa, że wszechświat nie może być automatem komórkowym, bo z definicji automat jest określonym zbiorem komórek w przestrzeni. A wbudowana w program koncepcja przestrzeni, to już dla niego zbyt dużo.

        Uważa, że przestrzeń wyłoni się z czegoś jeszcze bardziej fundamentalnego, i wyłoni się wraz ze wszystkimi innymi atrybutami wszechświata w miarę działania programu.

Wolfram sądzi, że przestrzeń jest rodzajem sieci punktów, połączonych „węzłami”. To niesamowite, ale prosta sieć węzłów potrafi naśladować własności absolutnie każdej wyobrażalnej przestrzeni, czy to będzie przestrzeń jednowymiarowa, dwuwymiarowa, czy 279 wymiarowa.

Zdaniem Wolframa przestrzeń nie jest niczym więcej, jak siecią połączonych ze sobą węzłów.

Wyobraża on sobie przestrzenną sieć, która zmienia swój stan podobnie, jak automat komórkowy.

Okazuje się, że wszystko w naszym wszechświecie może powstać z takiej sieci przestrzennej.

Weźmy na przykład cząstki materii. 

W automacie komórkowym funkcjonującym w regule 110, szybko pojawiają się zorganizowane struktury, które są trwałe i zachowują się tak, jakby poruszały się w przestrzeni. Takie samo zachowanie wykazują elementarne cząstki materii – kwarki, elektrony i inne cząstki. 

      W rzeczywistości struktury te są nieustannie niszczone i natychmiast się regenerują. Podobnie działa zwykły telewizor.

W automacie z regułą 110 czasami dochodzi także do zderzenia cząstek. W rezultacie tego zderzenia pojawia się grupa innych cząstek, rozchodząca się z miejsca zderzenia.

       Takie zjawiska obserwują fizycy w akceleratorach cząstek, na przykład Europejskim Laboratorium CERN w Genewie.

Podobne zjawiska można również zaobserwować w sieci przestrzennej, gdzie cząstki są reprezentowane przez sieć węzłów – trwałe układy połączeń.

Wolfram odkrył, że regularnie odświeżany układ węzłów może reprezentować zarówno przestrzeń w której żyjemy, jak i materię, z której jesteśmy zbudowani.

Przypominają się słowa Einsteina:

„Rzeczywistość to jedynie iluzja, aczkolwiek całkiem trwała” .

Reguła 110

Skoro nie da się matematycznie opisać zjawisk złożonych, to czy jest jakiś inny sposób, aby to zrobić?

Nad takim właśnie zagadnieniem zaczął pracować Wolfram, bo było dla niego jasne że wszechświat przestrzega jakieś reguły.

Przecież w przyrodzie są struktury, regularności i cykle, a więc wszechświat nie może być i nie jest siedliskiem przypadkowości i chaosu.

Dla Wolframa było więc jasne, że musi być coś bardziej ogólnego od czystej matematyki, za pomocą czego można będzie opisać złożoność, czyli wszystko.

Musi coś być i wiedział, że prędzej czy później on to coś znajdzie.

Wiedział, wierzył, uporczywie szukał i znalazł, bo musiał znaleźć!

Tą jedyną rzeczą która spełniała wszystkie warunki był program komputerowy.

          Wielka tajemnica natury

Wolfram próbował teraz odkryć, jaki rodzaj nauki można zbudować, wychodząc od najbardziej ogólnych reguł ujętych w programach komputerowych,

       Najprostszy program, od którego Stephen zaczął swój fantastyczny kwantowy rajd, nazywa się automatem komórkowym.

W streszczeniu taki program rozrasta się w działaniu i zachowuje jak wąż, który zjada własny ogon. Takie działanie nosi nazwę rekursji.

Okazuje się, że w przypadku jednowymiarowego, dwukolorowego automatu komórkowego z regułą zależną od sąsiednich komórek, istnieje 256 możliwych programów.

       Bardzo szybko okazało się, że niektóre reguły i niektóre dane początkowe nie prowadzą do niczego interesującego.

W miarę powstawania kolejnych linii komórek, początkowy układ zanikał. Natomiast w niektórych przypadkach pewien konkretny układ zaczynał powtarzać się w nieskończoność.

Od czasu do czasu zdarzało się jednak coś znacznie bardziej interesującego.

W pierwszej połowie lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku zaczęła się era tanich komputerów osobistych, więc Wolfram mógł generować swoje automaty komórkowe na ekranie komputera, a nie na kartce papieru.

       Tak, tak – do tej pory robił to ręcznie na kartce papieru!

(Tu wtrącenie od autora bloga: - przypomina mi się, jak przez dziesięć lat poszukiwałem działających Liczb Planetarnych za pomocą ołówka, kartki papieru i kalkulatora – sprawdzając żmudnie kolejne wyliczone Liczby metodą prób i błędów na wykresie świecowym dziennym Wig 20, a także Dow Jones).

Obserwowanie linii komórek maszerujących miarowo w górę ekranu, jest jak oglądanie ciekawego filmu. (Podobnie mamy my, inwestorzy daytraderzy obserwując powstawanie świeczek na wykresie świecowym wybranego rynku, w małym interwale)

      Od czasu do czasu układy czarnych komórek tworzą na ekranie obiekty, które pozostają trwałe, mimo, że są nieustannie przetwarzane, niszczone, a potem regenerowane przez działający w komputerze program.

       Stephen godzinami bawił się swoimi automatami komórkowymi, zafascynowany wędrującymi po ekranie kształtami. Pewnego dnia zauważył coś naprawdę wyjątkowego.

„Odkryłem układ, który się nigdy nie powtarzał”.

W biologii, gdzie czynnikiem sprawczym jest ślepy dobór naturalny, złożoność organizmów stanowi rezultat skomplikowanej serii procesów fundowanych przez miss Ewolucję w ciągu miliardów lat.

       W otaczającym nas świecie, proste przyczyny prowadzą do powstania prostych zjawisk, a złożone przyczyny do powstawania zjawisk lub rzeczy skomplikowanych.

Nasz bohater odkrył wyjątek od tej reguły: - złożone zjawisko, które miało prostą przyczynę.

Czytelnicy pamiętają myśl Edwarda Stachury: „Wyjątek nie potwierdza reguły – on ją kompromituje”.

Dla Wolframa był to moment, który zmienił jego życie.

Wpatrując się w ekran komputera na którym bez końca ewoluował „obiekt”, zadawał sobie pytanie:

„ - Czy to tu kryje się pochodzenie złożoności wszechświata ?

Kiedy powstaje róża, galaktyka, albo ludzki umysł, czy natura po prostu stosuje i wciąż powtarza te same proste reguły?

Czy to jest ta wielka tajemnica?”.

Od tej chwili pochodzenie złożoności stało się dla Wolframa obsesją.

W momencie, gdy doznał swego objawienia, pracował w California Institute of Technology w Pasadenie. W połowie lat osiemdziesiątych przeniósł się do Princetown, do placówki naukowej, która była dawniej Instytutem Einsteina.

       W końcu założył własną firmę – Ośrodek Badań Układów Złożonych i zaczął wydawać pierwsze naukowe czasopismo o złożoności.

Stworzył nowy język komputerowy- Mathematica, którym posługiwał się w badaniach.

       Otworzył drugą własną firmę – Wolfram Research. Zatrudniał w niej matematyków i przedstawicieli innych dziedzin nauki, aby wspólnie rozwijać oprogramowanie.

Język programowania okazał się nie tylko narzędziem, ale także inspiracją. Mathematica była zbudowana z prostych modułów, lecz potrafiła wykonywać niezwykle złożone zadania.

      „Wbiła mi ponownie do głowy, że proste programy mogą mieć niezwykle złożone rezultaty” - mówi Wolfram.

W tym czasie pojawiły się dwie wiadomości, początkowo wydawało się, że jedna jest dobra, a druga niedobra.

Ta niedobra była taka, że nie było zbyt wielu chętnych do współpracy przy badaniach nad złożonością, a Stephen do tej pory opierał się na sponsorach – potrzebował pieniędzy.

Dobrą wiadomością stał się stan konta Wolframa – okazało się, że niemal z dnia na dzień został multimilionerem.

Mathematica zdobyła bowiem miliony użytkowników na całym świecie.

       Wolfram nie musiał już szukać sponsorów do finansowania swoich badań. Miał wystarczające środki na działanie samodzielne, a pieniędzy wciąż przybywało.

Tak więc potencjalnie niedobra wiadomość stała się wiadomością bez znaczenia.

Teraz odkrywca postawił przed sobą zadanie iście gargantuiczne i dlatego na dziesięć lat zamilkł. W tym czasie nie opublikował ani jednego artykułu naukowego, skoncentrował się na badaniach złożoności i zniknął z naukowej sceny.

   

Mijał miesiąc za miesiącem, a rok za rokiem, kiedy świat kręcił się swoim własnym rytmem, a Wolfram swoim, kładąc pracowicie podwaliny nowej nauki.

Mówi matematyk Gregory Chaitin z ośrodka IBM: - „Wolfram starał się zbadać komputerowo wszystkie możliwe światy, a przynajmniej te, które wynikają z prostych reguł”.

W rezultacie powstała cała skarbnica interesujących, małych programów komputerowych.

       Wśród wielu odkryć Stephena, na szczególną uwagę zasługuje reguła 110 automatu komórkowego.

Automat komórkowy z regułą 110 stanowi „uniwersalną maszynę Turinga” - mimo że jest zdumiewająco prosty, może symulować dowolny, nowoczesny komputer i zrealizować dowolne obliczenia, do których zdolny jest jakikolwiek komputer.

        Właściwości reguły 110 są niezwykle sugestywne.

Skoro tak prosty, jednowymiarowy automat, jest zdolny do wygenerowania nieskończonej złożoności, to dowodzi, że natura ma do dyspozycji niezmiernie potężne narzędzie.

I Wolfram jest przekonany, że natura – (czytaj; miss Ewolucja) korzysta z tego narzędzia.

        „Sadzę że układy fizyczne, poddane rekursywnie prostym regułom – gdy wyniki są wielokrotnie podawane na wejście – mogły stworzyć wszystko, od czubka naszego nosa, po najdalsze gromady galaktyk”.

Czy zatem wszechświat jest gigantycznym automatem komórkowym – trójwymiarową wersją jednowymiarowych gier, którymi Wolfram bawił się na ekranie swojego komputera?

Okazuje się, że on sam jest odmiennego zdania.

„Sądzę, ze prawda jest znacznie dziwniejsza i jeszcze bardziej interesująca”.