Один учёный, один алгоритм, один вопрос — на который физика 80 лет не может ответить. А он говорит: ответ в одной строке.
Что общего между вашей таблицей Excel и расширением Вселенной? Оба — результат простых правил, повторённых миллионы раз. Разница только в масштабе.
Эту мысль довёл до абсурда Стивен Вольфрам. Он создал программу, которой пользуются миллионы учёных. Заработал на ней миллиарды. А потом потратил десять лет на книгу, в которой доказывал: если запустить правильную таблицу — из неё вырастет космос. Со временем, пространством, гравитацией и вашим сознанием.
Коллеги смеялись. Некоторые смеются и сейчас. Но в 2020 году Вольфрам сказал: нашёл. И мир замолчал — не от смеха.
Оксфорд, 15 лет, ему скучно
Вольфрам родился в Лондоне в 1959 году. В двенадцать выучил всю школьную программу и перешёл к университетской. В пятнадцать написал первую научную работу. В двадцать защитил диссертацию по теоретической физике в Калтехе. В двадцать один — докторскую.
Занимался квантовой теорией поля, физикой высоких энергий. А потом остановился.
«В те времена, когда я зарабатывал себе на жизнь теоретической физикой, я не особо задумывался над поиском так называемой „теории всего"», — признаётся он. «Я был больше сосредоточен на том, чтобы понять, как устроены конкретные физические системы».
Но что-то его не устроило. Уравнения описывали, но не объясняли. Они работали, но не раскрывали механизм.
Вольфрам переключился на мир программ. Не тот, что в телескопах, а тот, что в компьютерах. «Но я хотел смотреть не на астрономическую вселенную, а на вычислительную», — говорит он. Идея была странная: вместо того чтобы измерять звёзды, измерить все возможные алгоритмы. Найти тот, который ведёт себя как космос.
Лист в клеточку, который стал лесом
Вольфрам начал с клеточных автоматов. Представьте шахматную доску, но бесконечную. Каждая клетка либо чёрная, либо белая. Есть правило: посмотри на трёх соседей сверху — и реши, какого цвета будешь ты. Повтори для всех клеток. Повтори снова. И снова.
Правило 30 — одно из 256 возможных правил. Оно гласит: если ровно один сосед чёрный — ты чёрный. Всё. Одна строка. Запусти — и из пустого листа вырастает лес. Ветви, корни, хаос, который не повторяется.
Сложность из простоты. Не потому что в правиле заложена сложность. Потому что простота, повторённая достаточно много раз, становится сложностью.
Вольфрам проверил. Правило 30 генерирует случайность, которую нельзя предсказать быстрее, чем запустив само правило. Нет формулы, которая скажет, что будет через тысячу шагов. Надо пройти все тысячу. Вселенная — вычисление без ускорения.
Вольфрам пошёл дальше. Посмотрел на все 256 правил и увидел: большинство — скучные. Повторяются, замирают, превращаются в полосы. Но несколько — четыре, пять — порождают сложность. И эта сложность непредсказуема. Не потому что Вольфрам не смог предсказать. А потому что предсказание невозможно в принципе. Математически. Навсегда.
Это он назвал «принципом вычислительной эквивалентности». Суть: если система достаточно сложна — она вычислительно эквивалентна любой другой сложной системе. Ваш мозг. Вселенная. Правило 30. Все — на одном уровне сложности. Нет «более умного» способа понять систему, кроме как запустить её и смотреть.
В 2002 году вышла книга «Новый тип науки». 1200 страниц, 5 килограммов, 350 иллюстраций. Вольфрам писал её десять лет, работая ночами, не показывая коллегам. Не потому что боялся критики. Потому что не верил в рецензирование. «Если я прав, — думал он, — рецензенты не поймут. Если не прав — не пойму я».
Книга вышла через его собственную компанию. Без академического издательства. Без рецензий. Без конференций. Физики взорвались. Некоторые — от интереса. Большинство — от возмущения.
Дайсон сказал о Вольфраме в 2002-м: «Есть традиция: учёные, приближаясь к старости, выдвигают грандиозные, невероятные теории. Вольфрам необычен — он делает это в сорок». Шализи назвал книгу «редкой смесью безумного эгоманьяка и полного психического нездоровья». Но это крайности. Большинство молчит.
Вольфрам не остановился. В 2020 году объявил: нашёл новое правило. Не клеточный автомат — гиперграф. Возьми пустой лист. Нарисуй две точки, соедини линией. Потом добавь третью — и соедини с обеими. Повтори. Точки множатся, линии путаются, и через миллионы шагов из этого листка вырастает трёхмерная сеть — похожая на космос, который мы видим в телескоп.
Вольфрам показал, что из простых правил гиперграфа возникают структуры, похожие на пространство-время Эйнштейна. Кривизна, геодезические, эффекты общей теории относительности — всё это, по его словам, «естественный побочный продукт» роста графа. Не нужно вводить уравнения. Они выпадают из правила.
«Всегда казалось большой загадкой, как природа так легко умудряется производить столько сложного, — пишет Вольфрам. — Ну, я думаю, мы нашли её секрет. Это просто выборка того, что там находится в мире программ».
Что он предлагает вместо физики
Вольфрам не просто критикует современную физику. Он предлагает заменить её. Полностью.
Стандартная модель — это лагранжианы, симметрии, калибровочные группы. Красиво. Но, по Вольфраму, это «переусложнение». Физики придумали математику, которая описывает мир, и решили, что эта математика — есть мир. Вольфрам говорит: нет. Мир — это не уравнения. Мир — это процесс. Уравнения — просто снимок, сделанный сбоку.
Его альтернатива: начать с нуля. Взять пустой гиперграф. Применить правило: «найди два связанных узла, добавь третий». Повтори. Из этого — пространство. Пространство порождает время. Время — гравитацию. И, возможно, всё остальное.
Из таких правил, пишет он, возникают:
- Пространство — узлы графа образуют трёхмерную структуру, похожую на нашу вселенную
- Время — последовательные шаги применения правила есть время, не нужно добавлять его отдельно
- Гравитация — кривизна графа воспроизводит уравнения Эйнштейна в определённом пределе
- Квантовая механика — множественные истории графа порождают интерференцию и неопределённость
Остальное — в работе. Электромагнетизм, сильные и слабые взаимодействия, массы частиц — всё это должно «выпасть» из правила. Пока не выпало. Но Вольфрам уверен: просто нужно правильное правило и достаточно шагов.
Он оценивает: проследить около 10^500 поколений клеточного автомата, чтобы увидеть, совпадает ли модель с наблюдаемой Вселенной. Это оценка из его статьи 2020 года — той самой, где он объявил о «пути к фундаментальной теории физики». Это как пересчитать каждую песчинку на всех пляжах всех планет, а потом ещё в миллиард раз больше.
Критики: «должно выпасть» — не предсказание. Это как сказать: если долго бросать кости, выпадет Библия. Теоретически — да. Практически — никогда.
Почему физики не верят
Физики не поверили. Не потому что глупые. Поводов для скепсиса — вагон.
Первое: нет предсказаний. Хорошая теория говорит, что будет завтра. Вольфрам говорит, что всё уже есть в правиле — просто запустить и подождать. Но сколько ждать? 10^500 шагов — не ждать, а забыть.
Второе: нет экспериментов. Вольфрам не предлагает измерить что-то новое. Предлагает пересмотреть всё измеренное. Но как? Модель настолько абстрактна, что любой результат можно вписать задним числом. «Теория, которая объясняет всё, на самом деле ничего не объясняет», — говорят критики.
Скотт Ааронсон из Техасского университета доказал: модель Вольфрама либо противоречит специальной теории относительности, либо квантовой механике, либо и тому, и другому. «Это нонсенс», — заключил он. Дэниел Харлоу из MIT добавил: «Успехи, которые он заявляет, в лучшем случае качественные. А квантовая физика и общая теория относительности подтверждены с точностью до одной десятимиллиардной».
Третье: метод. Вольфрам публикует через свою компанию, не проходит рецензирование, не участвует в конференциях. Для науки это как бежать марафон без соперников — и объявлять себя чемпионом.
Четвёртое: история. Вольфрам уже объявлял о «прорывах» раньше. В 2002 году книга обещала «новый тип науки». Что изменилось за 20 лет? Появились новые правила, новые картинки, новые заявления. Но предсказаний — нет. Проверок — нет. Только Вольфрам, его компьютер, и графы, которые он сам нарисовал.
Но вот что странно: он может себе позволить. Mathematica — программа, которой пользуются миллионы учёных — зарабатывает деньги, которые он тратит на свою «теорию всего». Не просит грантов. Не пишет заявки. Не зависит от комитетов. Свобода. И изоляция. Делает то, что считает правильным. Никто не остановит. Не проверит.
Идеи, которые двадцать лет назад казались безумием, сегодня звучат иначе. Квантовые вычисления, нейросети, симуляционная гипотеза — мир привык к мысли, что сложное рождается из простого. Вольфрам был первым, кто это сказал вслух. И расплатился за это одиночеством.
Вопросы, которые остаются
Вольфрам говорит: найдём одно правило, и всё станет на места. Астрономия, биология, медицина, сознание. Но что, если «одно правило» — это не наука, а мечта?
Физика XX века научилась сомневаться в окончательности. Квантовая механика говорит: есть предел познания. Хаос говорит: есть предел предсказания. Вольфрам говорит: пределов нет, просто считать дольше.
Кто прав? Не знаю. Вот что интересно: если Вселенная — это вычисление, то кто вычисляет? Или она вычисляет сама себя? И что значит «сама себя» — если внутри неё нет наблюдателя, который бы проверил результат?
Вольфрам не отвечает. Или отвечает — слишком просто: «Мы нашли секрет природы». Но секрет — не то же самое, что объяснение.
Заметки на салфетке
Читаю Вольфрама и думаю: вот человек, который в пятнадцать лет знал больше, чем я за всю жизнь. И который в шестьдесят пять всё ещё верит, что одна строка кода объяснит, почему я сейчас это пишу, а вы — читаете.
Возможно, он ошибается. Возможно, его «теория всего» — это теория чего угодно. Но вот что точно: он заставил мир задуматься, почему мы считаем сложное сложным, а простое — простым. Может, наоборот. Может, за вашим окном разворачивается космос — по алгоритму, который уместился бы в несколько строк.
Вольфрам говорит, что нашёл алгоритм. Я не проверю. Вы — тоже. Но иногда полезно знать: кто-то ищет. Даже если неправильно. Даже если в одиночку.
**********
Я не физик — просто человек, который читает тех, кто им является. Все факты — из открытых данных, публикаций Wolfram Research, Scientific American, arXiv и материалов MIT. Нашли ошибку — напишите в комментариях, буду благодарен.
Пишу о вещах, после которых по-другому смотришь на мир. Если это ваше — подписка рядом.
**********
Источники к статье:
- Wolfram, S. «A New Kind of Science» (2002) — книга, заложившая основу вычислительной теории всего. Wolfram Science
- Wolfram, S. «A Class of Models with the Potential to Represent Fundamental Physics» (2020) — статья о новой физической модели на основе гиперграфов. arXiv:2004.08210
- Aaronson, S. «The Wolfram Physics Project: A Theoretical Physicist's Perspective» (2020) — критический разбор модели Вольфрама. Shtetl-Optimized
- Harlow, D. «Comments on Wolfram's Model» (2020) — оценка качественного характера успехов модели. MIT Physics
- Dyson, F. Рецензия на «A New Kind of Science» (2002) — критика через The New York Review of Books. NYRB
- Shalizi, C. Рецензия на «A New Kind of Science» (2002) — «редкая смесь безумного эгоманьяка...». bactra.org
**********
Напишите мне в комментариях. Не про Вольфрама. Про то, что вы чувствуете, когда понимаете: Вселенная может быть проще, чем ваше представление о ней.
**********
#физика #наука #вольфрам #теориявсего #космос #клеточныеавтоматы #математика #научпоп #философия #вычисления