斯蒂芬·沃爾弗拉姆責怪自己沒有更早地改變物理學的面貌。
這位從物理學家轉行為軟體企業家的人士說：“我確實責怪自己 20 年前沒有做這件事。” “公平地說，我也責怪物理學界的一些人在 20 年前試圖阻止它發生。他們成功了。” 早在 2002 年，經過多年的努力，沃爾弗拉姆自費出版了 1200 頁的鉅著《一種新的科學》，詳細闡述了自然界按照超簡單的計算規則執行的總體思想。這本書一問世就成為暢銷書，並獲得好評。《紐約時報》稱其為“一流的智力刺激”。但沃爾弗拉姆的論點很少有科學家接受。他們的工作繼續進行，而他則回去經營他的軟體公司 Wolfram Research。事情就一直保持這樣——直到上個月，在令人興奮的新聞報道（以及一篇 448 頁的預印本論文）的伴隨下，沃爾弗拉姆宣佈了一條基於他的非傳統思想的可能的“通往物理學基本理論的道路”。物理學家們再次不相信——他們說，這在很大程度上是因為現有的理論比他的模型做得更好。
沃爾弗拉姆的新方法的核心是對宇宙的計算圖景——宇宙遵循的基本規則類似於計算機程式碼行。這段程式碼作用於一個圖，一個點與點之間連線的網路，隨著程式碼的數字邏輯向前推進，一步一步地增長和變化。根據沃爾弗拉姆的說法，這個圖是宇宙的基本物質。從一個小圖和一小組規則的 humble 開始，可以迅速出現極其複雜的結構。他在一篇總結這一想法的博文中寫道：“即使一個系統的基本規則非常簡單，整個系統的行為也可能在本質上是任意豐富和複雜的。” “這讓我思考：宇宙會以這種方式執行嗎？” 沃爾弗拉姆和他的合作者喬納森·戈拉德，劍橋大學物理學博士候選人和 Wolfram Research 的顧問，發現這種模型可以重現量子理論和愛因斯坦廣義相對論的某些方面，這兩者是現代物理學的兩個基本支柱。
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但沃爾弗拉姆的模型納入當前公認物理學的能力不一定那麼令人印象深刻。“這是一種無限靈活的哲學，無論任何人說物理學的真相是什麼，他們都可以斷言，‘哦，是的，你可以將類似的東西嫁接到我們的模型上’，”德克薩斯大學奧斯汀分校的量子計算機科學家斯科特·阿倫森說。
當被問及此類批評時，戈拉德在某種程度上表示同意。“我們只是在做一些擬合，”他說。“但我們這樣做只是為了我們可以真正去進行系統化的搜尋”，以尋找符合我們宇宙規則的特定規則。
然而，沃爾弗拉姆和戈拉德尚未找到任何符合這些要求的計算規則。如果沒有這些規則，他們就無法做出任何明確的、具體的、可以進行實驗驗證的新預測。事實上，批評者認為，沃爾弗拉姆的模型甚至還沒有重現傳統物理學最基本的定量預測。“[量子物理學和廣義相對論]的實驗預測已經得到許多小數位的證實——在某些情況下，精度達到[百億分之一]，”麻省理工學院的物理學家丹尼爾·哈洛說。“到目前為止，我沒有看到任何跡象表明可以使用沃爾弗拉姆提倡的簡單型別的[計算規則]來做到這一點。他聲稱的成功充其量只是定性的。” 此外，即使是定性上的成功也是有限的：現代物理學中至關重要的特徵在該模型中缺失。它可以定性地重現的物理學部分主要是因為沃爾弗拉姆和他的同事一開始就將它們放入其中。阿倫森說，這種安排類似於宣佈，“‘如果我們假設一隻兔子會從帽子裡出來，那麼值得注意的是，這隻兔子會從帽子裡出來’。” “然後[繼續]沒完沒了地談論它是多麼了不起。”
毫不奇怪，沃爾弗拉姆不同意。他聲稱他的模型已經複製了大部分基本物理學。“從一個極其簡單的模型中，我們能夠重現狹義相對論、廣義相對論和量子力學的核心結果，”他說，“當然，這些結果在過去一個世紀中導致瞭如此多精確的物理學定量預測。”
即使是沃爾弗拉姆的批評者也承認他在至少一件事上是對的：簡單的計算規則可以導致如此複雜的現象，這確實很有趣。但是，他們趕緊補充說，這絕不是一個原創發現。哈洛說，這個想法“可以追溯到沃爾弗拉姆之前很久”。他引用了 20 世紀 30 年代計算機先驅艾倫·圖靈和 20 世紀 50 年代約翰·馮·諾伊曼的工作，以及 20 世紀 70 年代初數學家約翰·康威的工作。（康威是普林斯頓大學的教授，上個月死於 COVID-19。） 與此相反，沃爾弗拉姆堅持認為，他是第一個在 20 世紀 80 年代發現幾乎無限的複雜性可以從簡單規則中產生的。“約翰·馮·諾伊曼，他絕對沒有看到這一點，”沃爾弗拉姆說。“約翰·康威，也是一樣。”
從神童到浪子科學家
沃爾弗拉姆於 1959 年出生於倫敦，是一位神童，曾在伊頓公學和牛津大學學習，然後在 1979 年在加州理工學院獲得理論物理學博士學位——年僅 20 歲。獲得博士學位後，加州理工學院立即聘請沃爾弗拉姆與他的導師一起工作，其中包括物理學家理查德·費曼。“在這個領域，我不認識任何其他人像沃爾弗拉姆博士那樣具有廣泛的理解力，”費曼在 1981 年推薦他參加首輪麥克阿瑟“天才獎”的信中寫道。“他似乎研究過所有內容，並且對任何主題都有一些原創或謹慎的判斷。” 沃爾弗拉姆獲得了該獎項——21 歲，成為獲得該獎項的最年輕的人之一——併成為加州理工學院的教員，然後成為新澤西州普林斯頓高階研究院的長期成員。在後者工作期間，他對簡單的計算系統產生了興趣，然後在 1986 年搬到伊利諾伊大學，創辦了一個研究中心，研究複雜現象的出現。1987 年，他創立了 Wolfram Research，不久之後，他完全離開了學術界。這家軟體公司的旗艦產品 Mathematica 是一款功能強大且令人印象深刻的數學軟體，已售出數百萬份，如今在世界各地的物理學和數學系幾乎無處不在。
然後在 20 世紀 90 年代，沃爾弗拉姆決定重返科學研究——但沒有傳統研究環境提供的支援和投入。據他自己說，他把自己封閉了大約十年，在他的一小隊員工的協助下，整理出了最終成為《一種新的科學》的書稿。
該書出版後，媒體被這位從荒野歸來的英雄局外人單槍匹馬地改變所有科學的浪漫形象所迷惑。《連線》雜誌在封面上稱沃爾弗拉姆為“破解萬物程式碼的人”。《紐約時報》宣稱：“沃爾弗拉姆贏得了一些吹噓的權利。” “沒有人比他對這種思考世界的新方式做出更具開創性的貢獻。” 然而，當時和現在一樣，研究人員在很大程度上忽視和嘲笑了他的工作。“科學家們有一種傳統，即在走向衰老時提出宏大的、不可能的理論，”已故物理學家弗里曼·戴森在 2002 年告訴《新聞週刊》。“沃爾弗拉姆的與眾不同之處在於他在 40 多歲時就這麼做了。”
沃爾弗拉姆的故事正是許多人想聽到的那種，因為它符合他們已經知道的科學史劇性故事的熟悉節奏：孤獨的天才（通常是白人男性），在默默無聞中辛勤工作，被權威機構拒絕，從孤立中走出來， triumphantly 掌握了真理的一部分。但這很少——甚至從未——是科學發現的實際展開方式。科學史上有一些例子表面上符合這種形象：想想阿爾伯特·愛因斯坦在 20 世紀初作為瑞士專利局的默默無聞的職員，為了相對論而辛勤工作。或者，舉一個更近期的例子，考慮一下數學家安德魯·懷爾斯在他的閣樓裡工作多年來證明費馬最後定理，然後在 1995 年最終宣佈了他的成功。但是，將這些發現描繪成獨行天才的工作，雖然很浪漫，但掩蓋了科學的真正工作過程。科學是一項集體努力。愛因斯坦與他那個時代的研究人員保持密切聯絡，而懷爾斯的工作遵循了其他數學家在他開始工作前幾年鋪設的道路。他們兩人都是更廣泛科學界的積極、 regular 參與者。即便如此，他們仍然是規則的例外。大多數重大的科學突破都遠更具協作性——例如，量子物理學是由世界各地數十位物理學家在四分之一世紀的時間裡緩慢發展起來的。
“我認為，物理學家都在尋找他們將發現萬物理論的 eureka 時刻的普遍觀念是不幸的，”北卡羅來納州立大學的宇宙學家凱蒂·麥克說。“我們確實想找到更好、更完整的理論。但我們實現這一目標的方式是測試和改進我們的模型，尋找不一致之處，並逐步努力改進、更完整的模型。”
大多數科學家都會欣然告訴你，他們的學科是——而且一直都是——一個協作的、公共的過程。沒有人能在沒有首先獲得同行批判性評估和最終驗證的情況下徹底改變一個科學領域。如今，這種要求是透過同行評審來執行的——沃爾弗拉姆的批評者說，他透過他的宣告繞過了這個過程。“當然，沒有理由認為沃爾弗拉姆和他的同事應該能夠繞過正式的同行評審，”麥克說。“如果他們以我們實際有工具處理的格式發表他們的結果，他們絕對有更好的機會從物理學界獲得有用的反饋。”
麥克並不是唯一有這種擔憂的人。“很難期望物理學家在沒有任何論文、研討會和會議演示形式的鋪墊的情況下，從頭到尾梳理數百頁的新理論，”加州理工學院的物理學家肖恩·卡羅爾說。“就我個人而言，我認為更有效的方法是撰寫簡短的論文，解決這種方法的具體問題，而不是在沒有太多審查的情況下宣佈突破。”
那麼，沃爾弗拉姆為什麼要以這種方式宣佈他的想法呢？為什麼不走傳統路線呢？“我真的不相信匿名同行評審，”他說。“我認為它是腐敗的。我會說，這完全是一個有點腐敗的遊戲的故事。我認為在這些非常龐大的系統中發生這種情況是不可避免的。這很可惜。”
那麼沃爾弗拉姆的目標是什麼？他說他想要物理學界的關注和反饋。但他非常規的方法——就一篇極其冗長的論文徵求公眾意見——幾乎確保它將仍然晦澀難懂。沃爾弗拉姆說他想要物理學家的尊重。為本文諮詢的物理學家表示，要獲得尊重，他需要承認並參與科學界其他人的先前工作。
當被問及其他物理學家對他工作的一些回應時，沃爾弗拉姆顯得格外不感興趣。“我對你傳達的問題的幼稚感到失望，”他抱怨道。“我值得更好的待遇。”