# 斯蒂芬·沃尔夫勒姆：物理学、生命与宇宙的基础理论 > 介绍用超图与计算规则重构物理学的尝试，并延伸到生命起源与宇宙本质的思考。 - 原标题：#124 – Stephen Wolfram: Fundamental Theory of Physics, Life, and the Universe - 期数：第 124 期 - 发布日期：2020-09-15 - 嘉宾 / 主题：斯蒂芬·沃尔夫勒姆 - 网页版：https://lexfridman-cn.pages.dev/ep/stephen-wolfram-2/ - 官方页面：https://lexfridman.com/stephen-wolfram-2/ - 精读字数：约 11495 字（阅读约 26 分钟） > 本文为 lex.qiaomu.ai 基于原始访谈的 AI 改写中文精读，非官方翻译；引用请注明出处并链接网页版。 宇宙的规则可能短到能写在一张明信片上。你把它运行 10 的 500 次方次，会得到整个宇宙，包括此刻这场对话。 斯蒂芬·沃尔夫勒姆（Stephen Wolfram）2020 年 4 月启动的 Wolfram Physics Project，目标就是把这句话做实：用最简单的计算规则，推出广义相对论和量子力学，并且说明这两套看起来南辕北辙的理论其实是同一个东西的两种看法。 这是他第二次上莱克斯·弗里德曼（Lex Fridman）的播客。四个半小时，绝大部分时间花在这个项目上。 ## 突破之后，总有一段摘果子的时间 弗里德曼开场问了一个历史问题：物理学史上的突破时刻是什么样子的？ 沃尔夫勒姆给了两个例子。1920 年代，量子力学在五到十年里被一群人建起来：薛定谔、海森堡、玻尔、普朗克，稍晚的狄拉克。另一个是他自己亲历的 1970 年代，量子场论被证明在夸克和胶子的理论里真能用，一大批人涌进去，把能做的都做了。他当时十几岁，恰好混在这个圈子里。 他有一个很朴素的观察：任何一次方法论上的突破之后，都会跟着五到十年的摘果子期。从外面看，历史像是瞬间发生的；从里面看，前面有漫长的积累，某个方法突然能用了，然后一群人冲进去。他说，那些后来被写成历史人物的物理学家，在他记忆里就是日常认识的人，一点也不像雕像。 这个框架他直接套到了深度学习上。神经网络 1940 年代就有了，真正让所有人眼睛亮起来的是 2011 到 2012 年那个节点。方法开始工作，接下来就是快速摘果子。 ## 《一种新科学》改变了什么，没改变什么 2002 年，沃尔夫勒姆出版了《一种新科学》（*A New Kind of Science*），一千两百页。核心观点来自他 1980 年代初那批元胞自动机实验：极简单的程序能产生极复杂的结构。 弗里德曼问得直接：这本书好像没引发你预期的那种革命，人们什么时候会回头重新看它？ 沃尔夫勒姆说已经发生了，只是没有一个英雄叙事。过去三百年，要给世界建模，数学方程是唯一正经的选择。最近十五年，新出现的模型大多数是程序写的，方程写的少了。这件事是不是他这本书直接导致的，说不清。他经常收到反馈，说有人因为读了这本书开始了整条研究路线。这种影响在引用链里看不到。 他失望的另一件事更根本。关于计算宇宙抽象行为的研究，那种像数学又不是数学的学科，本应该有很多人做，一直没成规模。他举规则 30（Rule 30）作例子：一条简单规则生成看起来完全随机的图案，能不能预言其中某一位，本身就是科学哲学层面的核心问题。真正坐下来系统研究的人却很少。 ## 计算不可约性 沃尔夫勒姆 1990 年代初通过大量计算机实验提出了计算等价原理（Principle of Computational Equivalence）。 他的说法是：当你在看一个遵循规则的进程，如果它看起来没有在明显地做简单的事，那么它已经达到了和一切其他计算同等的复杂程度。你的大脑、天气、股市、一个三行的元胞自动机，计算能力上等价。没有谁更高级。 推论叫计算不可约性：知道规则，也跳不过中间步骤。唯一的办法是一步一步跑。这跟哥德尔不完备定理、图灵停机问题属于同一个家族。 > 我们的大脑所做的计算，和所有这些其他系统所做的计算完全等价。这意味着我们没法系统性地跑赢它们。它们在计算上不可约，不存在能跳到答案的捷径。（斯蒂芬·沃尔夫勒姆） 他说，科学之所以还能做，是因为不可约性必然伴随着可约性的口袋。在不可约的汪洋里，散落着一些可以跳步的地方。科学三百年来的全部成就，本质上就是在找这些口袋。 他讲了一个巴比伦人的例子。古巴比伦人试图预测三件事：行星的位置、天气、谁会在战争中获胜。他们不知道这三件事哪个更容易。三千年后我们知道了：行星位置可约，三百年前基本解决；战争胜负没有，博弈论还在努力；天气解决了一半。 科学一直倾向于把注意力集中在自己的方法能成功预测的地方。这既是科学的成就，也是科学视野的盲区。 ## 疫情：科学能给的答案，和公众期待的答案 2020 年 9 月，疫情正酣。沃尔夫勒姆说他在疫情开始时试着做点有用的事：看数据、建模型。结论是，这件事真的很难。你需要大量我们并不掌握的信息，关于人际接触网络、关于病毒本身、关于免疫系统如何运作。 他做了一个区分。有些东西是可以讲出大故事的：因为你体内有 T 细胞免疫，所以这个发生了；因为存在大量无症状感染，所以那个发生了。故事一旦成型，往往意味着找到了一个可约的口袋。但如果你真的从第一性原理出发，想把每一步都模拟出来，你会卡在不可约的泥潭里，因为你不掌握人际接触网络的细节。 还有一件事让他沮丧：公众对科学的期待和科学实际能交付的东西之间的错位。人们认为，既然是科学，就一定有确定答案，而且我们一定能知道那个答案。他说，如果你玩过计算宇宙里那些小程序，你就不会再有这种直觉了。 他有一个说法很扎人：计算动物总比你聪明。你看着一个程序，觉得它不可能做出某件事，然后你运行它，它做出来了。你只能回过头去理解它怎么做到的。科学面对不可约系统时的处境，就是这个。 那么这对疫情意味着什么？他儿子做了一个研究，看不同的人际接触图结构下病毒传播会怎样。结论是，只有极少数结论是稳健的。比如，少数几次大型聚集，比大量小型聚集更糟。这是稳健的。但更细的问题，答案就是“看情况”，取决于细节。在人际接触这个问题上，不可约性真的在起作用，没有一条大一统定理能告诉你答案。 ## 热寂并不无聊 宇宙的远期命运之一叫热寂：所有东西达到热平衡，变成一锅均匀的气体，什么也不再发生。通常这被描述成一个悲观的结局。 沃尔夫勒姆说，不是。那锅气体里的每一个分子都在以极其复杂的方式运动，做着极其精细的计算。只是我们现在的科学和数学，找不到办法对这个计算讲出一个有趣的故事，所以它看起来无聊。 > 人们说热寂是个很糟的结局，其实不是。那是一个所有计算都在发生的结局，那些气体分子都在以非常复杂的方式运动，做着非常精细的计算。只是恰巧，我们还没找到理解它的方式。（斯蒂芬·沃尔夫勒姆） 这个说法让人同时感到谦卑和安心。谦卑的部分是：我们引以为傲的人类智能，在计算上并不比一团气体更高级。安心的部分是：我们做的事之所以特殊，只因为它和我们的目的相连，我们理解自己在做什么。这种特殊性是人类中心的，但它真实存在。 ## 万物理论是什么意思 沃尔夫勒姆的定义很干脆：找一条规则，把它写在纸上。你运行它足够多次，就会重现宇宙中的一切，包括此时此刻。 “足够多次”是多少次？大概 10 的 500 次方。所以你不能拿着这条规则去问它狮子会不会吃老虎。这个问题要么跑不出来，要么要跑太久。他的类比是：这就像你想生成圆周率的数字，有确定的程序，但你得一位一位算下去。 万物理论把物理学问题归约成了数学问题。你有了规则，剩下的是计算。计算本身可能是不可约的。 有个细节值得停下来：他没指望在有生之年能看到这套理论跟真实物理对上，以为顶多能算清楚宇宙最初 10 的负 100 次方秒发生了什么，那就已经很了不起。结果完全出乎他的意料。 ## 空间由超图构成 物理项目的核心假设有两条。 第一条：空间不是连续的。两千三百年前，欧几里得在《几何原本》里的第一条定义是“点是没有部分的东西”。这个假设统治了数学和物理学两千年。但水看起来是连续的，实际上是分子；空间看起来是连续的，可能也有它的原子。 第二条更激进：除了空间，什么都没有。没有额外的物质、没有额外的场。所有东西都是这个空间结构的特征。 这个结构叫超图（hypergraph）。普通的图是节点和边，边连接两个节点。超图允许一条边连接任意多个节点。可以把它想成一张巨大的关系网络：每个节点是一个空间原子，边表示它们之间的关系。节点没有坐标，没有位置，我们唯一知道的是谁连着谁。像一张巨大的社交网络，但没有家庭住址。 宇宙里大概有 10 的 100 次方个这样的节点。单个节点的大小可能是 10 的负 100 米量级。作为对比，质子是 10 的负 15 米。这个尺度比质子还要小 85 个数量级。 从这堆纯粹的关系里，如何涌现出连续的三维空间？他借用了计算机屏幕的类比：屏幕是离散像素，你在正常距离看它，看到的是连续图像。当节点数量足够大，连接方式足够规则，在大尺度上就会表现为连续空间。空间维度可以用一个简单方法估计：从一个点出发走 r 步，能到达多少个点。在二维网格里，这个数量随 r 的平方增长；在三维空间里随 r 的立方增长。指数的那个数字，就是有效维度。 他补充说，三维不本质。宇宙在极早期很可能是无穷维的，随着膨胀和冷却，维度逐渐降下来。甚至可能存在维度涨落：某些地方是 3.01 维，某些地方是 2.99 维。这些是可以做实验去找的。 还有一个数字很说明问题。他估算，我们关心的一切，粒子、原子、电子，这些“有意义”的结构，只占这张超图全部活动量的 10 的负 120 次方。绝大部分活动只是在维持空间本身的结构。用他的话说，我们是在这片汪洋表面的一层薄薄的泡沫上生活。 ## 时间与因果不变性 空间由超图构成，时间又是什么？ 时间是计算的推进。规则说：如果你在超图里看到某个小模式，就把它替换成另一个小模式。每一次替换是一个事件。事件之间的先后由输入输出决定，如果一个事件的输出是另一个事件的输入，后者必须等前者完成。这就定义了一个偏序关系。 这个规则可以在超图的任何地方被应用，应用的顺序也没有全局规定。这就像计算机科学里的异步计算。你可以先更新这里，也可以先更新那里，只要遵守因果约束。 顺序自由，物理定律怎么可能是确定的？因果不变性（causal invariance）在这里登场。沃尔夫勒姆说，对满足因果不变性的系统，不管你以什么顺序应用规则，最终的事件因果图是同一个。事件在时空中的位置可能不同，但连接结构完全相同。 他给了两个类比。一个是代数：一串多项式要相乘，先乘哪两个都一样，结果相同。另一个是排序：一串 A 和 B 的乱序，规则是看到 BA 就换成 AB。你可以在任何位置应用，最终总会得到所有 A 在前、所有 B 在后。不同的应用顺序，同样的结果。 这个性质为什么重要？狭义相对论就是从它推出来的。相对论说，不同惯性参考系对“同时”的定义不同，但物理定律在所有参考系里形式相同。在超图模型里，选择参考系相当于选择如何切割因果图，因果不变性保证了不管怎么切，物理过程都一样。 沃尔夫勒姆还讲了一个思想实验来说明观察者的位置。假设这个宇宙的规则是：全宇宙同一时刻只有一个更新发生，像一台图灵机只有一个读写头在跑。你会觉得这很荒谬，因为我明明看到你在我对面被更新。问题是：我无法知道你被更新了，直到我自己被更新。我跟你之间的因果连接决定了，在我的因果图里，你我的更新关系看起来完全正常。从这个角度看，那个“只有一个读写头”的假设和我们的经验不可区分。 ## 从超图到爱因斯坦方程 如果超图满足因果不变性、计算不可约性，并且在大尺度上收敛到有限维空间，那么广义相对论的爱因斯坦方程就可以被推导出来。 推导思路借用了流体力学。水分子遵循简单的力学规则，但在大尺度上，它们的集体行为服从纳维-斯托克斯方程。这是一步纯粹的数学操作。同理，超图在连续极限下的行为，服从爱因斯坦方程。 具体怎么操作？广义相对论讲的是曲率。曲率怎么从超图里读出来？沃尔夫勒姆用了圆面积的例子。在平面上，圆面积是 πr²。在球面上，圆面积比 πr² 略小，这个修正项跟曲率有关。在超图里，你也可以测量从某点出发 r 步能到达的区域大小，看它跟 r 的 d 次方（d 是维度）之间的偏差。那个偏差就是曲率。 他特别强调，这个推导不依赖具体的规则。只要规则满足那几个一般条件，爱因斯坦方程就会出来。20 世纪物理学的两大支柱之所以能从这套框架里冒出来，原因就在这里：它们是大类系统的通用性质，任何满足条件的底层结构都会长出它们。 ## 量子力学：多路系统与分支空间 量子力学的引入方式很自然。超图的更新规则可以在任何地方应用，所以你可以走这一条路径，也可以走那一条。所有可能路径的集合，又是一个图，沃尔夫勒姆称之为多路图（multiway graph）。 他用井字棋做了例子。开局空白，X 可以先下任何位置，O 接着下任何位置。所有可能的棋局构成一张巨大的多路图。有意思的是，不同的下法会汇合到同一个棋盘状态：你从两条不同的路走到同一个局面。分支和汇合同时存在。 因果不变性在这里的表述是：分支的数量等于汇合的数量。每一次分叉，最终都有对应的合流。这个性质对应量子力学里的客观性：虽然存在多条可能的路径，它们最终指向同样的物理结果。 把多路图在某个“时刻”切一刀，你得到一堆叶节点。这些叶节点代表那个时刻所有可能的量子态。叶节点之间的关系，可以用它们在多路图上的距离来度量：两个态的共同祖先有多远。这个距离结构就是量子纠缠。沃尔夫勒姆说，这构成了一个分支空间（branchial space），它的几何性质跟物理空间非常相似。 然后是最精彩的一步。广义相对论说，能量让物理空间的测地线偏折，偏折由爱因斯坦方程描述。量子力学里有费曼路径积分，它说量子幅是 e 的 iS 次方，S 是作用量。沃尔夫勒姆说，这个相位因子可以理解为分支空间里测地线的偏折角，作用量本质上就是能量。 > 广义相对论讲的是物理空间中的运动，量子力学讲的是分支空间中的运动。描述这两件事的底层方程是同一个。20 世纪物理学的两大支柱，看上去南辕北辙，实际上是同一个理论的不同侧面。（斯蒂芬·沃尔夫勒姆） 双缝干涉在这套框架下也有了图像。光子有两条路可走，这两条路在分支空间里走向了两个相距很远的位置，在物理空间里无法汇合，也就无法产生可观测的干涉。相消干涉的来源就是这个。 ## 量子测量的本质 量子力学一直有个难题：数学给出的是概率幅，我们观测到的却是确定的结果。测量到底发生了什么？ 沃尔夫勒姆的答案是：测量相当于在分支空间里选定一个参考系。在物理空间里选参考系，要决定什么算同时；在分支空间里选参考系，要决定如何切割多路图，把哪些分支归为同一组量子态。 观察者本身也在系统内部，是系统的一部分。观察者计算能力有限，这限制了他能构造出什么样的量子观测框架。这个限制跟热力学里熵增的来源是同一个东西：我们无法追踪每一个分子的运动，所以只能看到宏观的熵增。同样，我们无法追踪每一条量子分支，所以只能看到确定的测量结果。 他说自己越来越觉得真的理解量子力学了。费曼那句“没有人理解量子力学”曾经也是他的立场，现在他正在往“能用初中生听得懂的话解释”的方向努力。还没完全做到，但越来越近。他说，宇宙没有为我们的理解而设计，所以能不能用人话解释，本身都不该被当成理所当然。 ## 量子计算：希望与现实 沃尔夫勒姆 1981 到 1983 年跟费曼一起工作过，试图用量子力学造一个高速随机数发生器。他们发现这行不通，原因跟测量过程有关。这个发现没有公开发表，但他一直记着。 量子计算的承诺是：量子力学天然并行，有些计算可以指数级加速。肖尔算法（Shor's algorithm）是典型例子，它把大数分解从指数时间降到多项式时间。 但有一个脚注：你得把答案读出来。量子系统内部算完了，所有分支都有了结果，你需要把分支合拢成一个经典答案。标准量子力学理论没有告诉你这个过程怎么做。 沃尔夫勒姆说，他们的模型可以告诉你这个过程怎么做。初步结论是：你从并行化得到的加速，会被合拢分支的成本抵消掉。他们目前只算到了 2 乘 3 等于 6 这个级别，跟物理量子计算机达到的水平差不多。 > 从并行化得到的优势，会因为你必须把所有这些并行线程拉回一个经典答案而损失掉。这跟实际量子计算里看到的退相干现象不是无关的。（斯蒂芬·沃尔夫勒姆） 他补了一句很重要的免责声明：这不意味着人们该停止研究量子计算。他们真正在做的是用物理手段把计算推进到新的层次，这本身是完全正当的事业。只是“用量子力学把指数时间问题变成多项式时间问题”这个强命题，他怀疑不成立。 还有一个更疯狂的可能性。宇宙在物理空间里膨胀，也可能在分支空间里膨胀，量子态的数量随时间增加。就像你可以用两个星系之间的弹簧，从宇宙膨胀里“免费”获取能量（这当然是思想实验），也许你可以用分支空间膨胀来“免费”做量子计算。他说物理版本很荒谬，分支空间版本也许没那么荒谬，也许实验室里造得出来。目前还不知道。 ## 费米子、玻色子与自旋 对话进行到后面，沃尔夫勒姆提到他们刚在最近几天想通了费米子和玻色子的区别，还有自旋的量子化。 泡利不相容原理说，两个电子不能占据同一个量子态。这是物质稳定存在的原因，否则所有电子都会塌到最低能级，原子就崩了。玻色子相反，光子喜欢挤在一起，激光就是这么来的。 沃尔夫勒姆的猜测是：玻色子对应多路图里的合流，费米子对应分叉。不相容原理的本质是，在分支空间里，费米子占据一定的范围，被迫彼此分开；玻色子则可以在分支空间里靠拢。这个结论还很新，他自己也说下周可能就要修订。 自旋的量子化是另一个大问题。所有基本粒子的自旋都是整数或半整数，这是 1920 年代发现的，一直没有人解释为什么。沃尔夫勒姆说他们已经很接近了。他的猜测是：这跟超图是有向还是无向有关。自旋为半整数的粒子，波函数是旋量（spinor），转 360 度会变成负的自己，要转 720 度才回到原位。这种奇怪的性质，也许就来自有向超图和无向超图的区别。 他说这个猜测要是成立，解释会非常简单：只有两种可能，所以只有两类粒子。就像莫比乌斯带只有两种绕法。 ## 数学本身也是一张多路图 对话最后一部分转向了一个更大胆的想法：把数学本身也用同样的框架理解。 数学的基础是公理。沃尔夫勒姆在《一种新科学》里把标准数学公理全部列出来，只占一页半。从这些公理出发，可以推导出所有定理。每一次推导，都是从一个表达式变换到另一个表达式。 把所有可能的变换路径放在一起，就得到一张巨大的多路图，他称之为元数学空间（metamathematical space）。一个证明，是这张图里从起点到终点的一条路径。一条定理，是起点和终点等价这个事实。 哥德尔不完备定理在这个图像下看得非常清楚：有些路径的长度没有上界。你问从 A 到 B 要多久，答案是：没有答案，可能存在任意长的路径。这就是不完备。 他举了欧几里得的例子。欧几里得用了 10 条公理，推导出 465 条定理。沃尔夫勒姆把这些定理的依赖关系画成图，还真的算了：最难的一条定理是“正多面体只有五种”，需要 33 步。这也是欧几里得《几何原本》的最后一个命题。 然后是两个关于数学的根本问题：为什么数学难？为什么数学可做？ 难的原因是不可约性：找到证明需要一步一步走，没有捷径。可做的原因是，数学家没有在元数学空间里随机跳跃，他们沿着已经建好的证明路径往外延伸。你不可能从任意一个表达式出发问“它有什么性质”，那样会掉进不可约性的汪洋。人类数学是沿着一条已经修好的路往前走，所以沿途总能看到一点可理解的东西。 > 人类数学是在沿着证明轨迹探索这个世界，不是空降到任意一个地方。你被约束在这条路径上，这就是为什么数学看起来是可做的。（斯蒂芬·沃尔夫勒姆） 他还说了一个观察：为什么逻辑这么简单，而算术就很难？逻辑是真值表，几个变量组合一下就能穷尽；算术一旦涉及无穷多整数，你就掉进了不可约性。这不是数学家的无能，是数本身的性质。 他甚至猜测，同伦类型论里的“一元性公理”（univalence axiom），本质上就是因果不变性在数学空间的表述。原文里说的是“等价的东西可以认为是同一的”，这句话在类型论里就是一条公理，在他的框架里就是因果不变性的另一种说法。这个联系目前还只是猜测，他觉得方向对。 他还提到一个更远的连接：自动定理证明器在搜索证明时，产生的分支对和关键对（critical pairs），在结构上就是多路图里的分支和合流。他团队里的自动定理证明器输出的证明图，画出来跟他们的物理多路图长得很像。他说这两套东西是几年前各自做的，做完之后才发现它们在结构上对齐。 ## 外星人可能有一整套完全不相容的物理学 前面说过，多路系统的不同切割方式，对应不同的参考系。沃尔夫勒姆把这个想法推到了极致：如果不仅规则的应用方式可以自由选择，连规则本身也可以在所有可能规则中自由选择呢？ 他说，结果出人意料。这个包含了所有可能规则的超级多路图，依然满足因果不变性。因为因果不变性，你依然可以选择参考系。在不同的参考系里，你看到的世界遵循不同的规则。 这意味着什么？我们观测到的物理定律，是我们选择的参考系的产物。不同参考系下的观察者，会总结出完全不同的物理学。 > 想象外星智慧。我曾经以为他们至少会经历同样的物理。现在我意识到这不对。他们可能有一套和我们的完全不可通约的宇宙描述。（斯蒂芬·沃尔夫勒姆） 他提到一个概念叫规则空间（ruler space），里面有一个“最大翻译速度”，类似于物理空间的光速和分支空间的最大纠缠速度。它衡量的是不同的宇宙描述语言之间最多能翻译多少信息。这个想法他认为还没完全想清楚，但方向对。 这就把“为什么我们的宇宙规则这么简单”这个问题颠倒过来了：宇宙并没有一条特别的简单规则，所有规则都在跑，我们只在一个特定的参考系里，看到一个特定的投影，那个投影看起来像一条简单规则。 他还把这件事延伸到了智能的定义上。我们习惯把智能想成某种特殊的东西，外星智能、超级智能，好像有什么了不起的东西会出现。他的看法是：计算等价原理说了，极端非确定性图灵机的所有可能路径，构成的就是这个超级多路图，而所有智能都是这个图里的某种结构。所谓超智能，不会比我们更“高级”，它只是计算等价。不同的智能之间的区别，只在于它们选择了什么参考系、构造了什么样的描述语言。 他喜欢引用一句话：“天气有自己的心思。”天气这个系统和我们的脑在计算上等价，只是我们没有一套语言去理解天气在“想”什么。人和外星人的关系，可能也是如此：都在算等价的东西，只是彼此的描述语言翻译不过去。 ## 这东西跟区块链和并行计算有什么关系 沃尔夫勒姆说，这套模型是一个极简的并行计算模型，而且它带了空间和时间。以前并行的模型很难理解，因为大家没有空间和时间的概念去直觉化它。现在物理给了直觉：因果图就是光锥，合流就是不同节点最终达成的共识。 他提到一个具体的点：区块链里的“最终一致性”（eventual consistency），本质就是因果不变性。你不要求全世界的节点在同一时刻都同意，你只要求尽管顺序不同，最终会达成同一个结果。数据库领域摸索了几十年的东西，在这套模型里是内置的。 他年轻时（1980 年代）想做并行计算的语言，想过图重写，想过这些东西，但当时看不出怎么把它变成有用的东西。现在物理告诉他怎么用了。他猜未来人们写并行程序，会像物理学家选参考系一样：宣布“我要在这个参考系里编程”，然后换一个参考系，程序看起来就变了，但底层是同一个程序。 ## 宇宙的硬件规格 弗里德曼念了一个听众问题：运行宇宙的计算机是什么规格？ 沃尔夫勒姆说他真的估算过。基本时间的定义是：一次计算步骤对应的物理时间。基本距离是超图里一次连接跳跃对应的物理距离。这两者的比值就是光速：米每秒。 他用了“每秒 Wolfram 语言操作数”作单位，因为总得有个参照系。他的估算是 10 的 500 次方这个量级。内存那边，超图里大概有 10 的 100 次方到 10 的 400 次方个空间原子。他说这些数字的估算方法“有点不稳”，如果能做实验，有些数字是可以钉死的。 他还提到了另外两个速度上限。一个是分支空间里的最大纠缠速度，相当于量子态空间里的光速。另一个是规则空间里的最大翻译速度，前面说过的那个。他说这两个上限我们以前不知道，其中最大纠缠速度可能在黑洞系统里被测出来。原因很简单：规则只涉及有限数量的元素和关系，有限就意味着有速度上限，这是不可避免的。 他也说了计算不可约性带来的一个坏消息：这套东西没法高效压缩。你不能把一个宇宙的历史压缩成一个短字符串然后解压出来。可约性的口袋有多深，是他一直在被惊讶的地方：他本来以为要理解量子干涉必须先理解电子，结果发现并不需要。有些东西比预想的更早能拿到。 ## 宇宙为什么存在 最后，弗里德曼问了一个哲学问题。如果这个模型是对的，为什么宇宙真的存在？ 沃尔夫勒姆的猜测借用了哥德尔式的结构：从一个形式系统内部，你无法证明这个系统自身的一致性。同理，任何嵌在宇宙内部的观察者，都无法回答宇宙为什么存在。这不是我们不够聪明，问题在结构上超出了内部观察者能回答的范围。 > 对宇宙内部的实体而言，宇宙存在这件事在原理上不可判定。这不是技术限制，逻辑结构本身决定了它。（斯蒂芬·沃尔夫勒姆） 弗里德曼问他，这个答案让他安心还是沮丧。沃尔夫勒姆说就是接受。我们能做的是理解为什么它不可判定，然后接受这就是全部。他还补了一句：这就像我们没法造超计算机一样，不是什么悲剧，只是边界在那里。 ## 工程上的几种可能 话题最后滑向了科幻。弗里德曼问：理解了宇宙的底层结构，能不能做出工程上的突破？比如曲速引擎？ 沃尔夫勒姆说，他最近答应了要去 NASA 一个关于超光速旅行的研讨会做报告，还没想好讲什么。但他以前做过一个思想实验：如果黑洞就在我们后院，能造出什么技术？ 他提到了“空间隧道”，也就是高维时空区域，一端看起来像黑洞，另一端像白洞。高维区域嵌在我们三维空间里，进出口处看起来就像两个黑洞。他还提到了“真空吸尘器”：既然空间结构的维持需要消耗大量能量，能不能把某个区域的这部分活动抽干净，造出一个更简单的真空？那会导致负能量密度，而负质量会产生排斥性引力。 他说他直觉上觉得这些都极难，但铜线上的数据传输速率曾经被认为有上限，后来因为我们对细节理解更深，上限提高了很多个数量级。同样的事情可能发生在这里。 他对未来有一个判断：我们这个时代的人认为热量就是分子的随机运动，没什么好说的，这种态度在未来看来会很天真。就像我们回头看那些认为地球是宇宙中心的人一样。 他也提到了自己想象力的两个边界。一个是外星人的物理：他承认完全想象不出来那会是什么样。另一个是如果宇宙有了终极理论，工程上到底能长出什么：图灵 1936 年发明图灵机的时候，也没法预见到 1950 年代的计算机能干什么。他说这是练习谦卑的好机会。 ## 结尾的一段话 对话快结束时，弗里德曼说了一句很有画面感的话：我们是两只猿的后代，靠一堆超图在交流，还得在蚊子咬人之前把这场关于宇宙最基本结构的对话结束掉。沃尔夫勒姆笑说，这本身就很有象征意味。 他们聊了四个多小时，最后谈到人类在宇宙中的位置。沃尔夫勒姆说，他有时候会想到自己这个“很确定”的物理存在，其实是某个参考系下的无限结构的一个投影，会觉得有点奇怪。但结论是：我们不需要一个更“高级”的智能来说我们不够格。所有智能在计算上等价，我们之所以特殊，只因为我们在这里，而且我们理解自己在做什么。 ## 如果你想动手参与 沃尔夫勒姆在对话里反复说，这个项目最让他意外的地方是，物理学的两大支柱能从他没预料到的地方冒出来。他也反复说，这个领域有大量低垂的果实，门槛比想象中低。如果你被这些内容勾起了兴趣，下面是一些具体的入口： - 先读沃尔夫勒姆 2020 年 4 月发布的那篇项目启动博文。他自己说，很多人从中理解到的深度超过了他的预期。这篇博文覆盖了超图、规则、因果不变性这些核心概念，不需要物理学背景。 - 去 Wolfram Physics Project 官网，所有代码都在上面。你可以直接在笔记本里跑超图演化，观察不同规则产生的空间维度、曲率、因果结构。不需要先学十年物理。 - 如果你有编程背景但没物理背景，从离散数学和计算的角度切入，别从连续场论切入。沃尔夫勒姆说离散版本的好处是“这里有一张图，这就是它做的事”，不需要处理连续极限里那些挥手式的论证。 - 如果你想认真参与，找一两个具体的小问题下手，比如某种规则类的维度分布、多路图的合流模式、因果图的稳健性。这些是高中生能上手做实验、但判断做什么实验需要品味的问题。 - 关注 Jonathan Gorard 的工作，他是这个项目里数学能力最强的合作者之一，写了一系列把模型和标准物理形式对应起来的论文。如果你有物理背景，从这些论文入手比从博文入手更扎实。 - 如果你对数学本身而不是物理感兴趣，试试把欧几里得的 465 条定理依赖图自己重建一遍，或者用他们工具里的自动定理证明器生成证明图，观察分支和合流的结构。这是不需要物理学背景就能玩的沙盒。 - 保持对“简单规则产生复杂行为”这件事的敏感。沃尔夫勒姆说过去十五年新模型大多用程序写、少用方程写，这个转变已经发生。如果你在建模，先想想能不能用规则系统描述你要研究的东西。 - 把“计算不可约性”当成一个日常判断工具。下次有人告诉你某个复杂系统的未来可以精确预测，先问一句：知道规则之后，跑起来需要多少步？如果答案是“得跑很久”，那就是不可约的，任何预测都只是某种可约性口袋，要问清楚那个口袋有多大、边界在哪。