Новый вид науки
 | Эта статья могла быть создана или отредактирована в обмен на нераскрытые платежи Википедии , что является нарушением условий использования . Может потребоваться очистка в соответствии с политикой Википедии в отношении контента , особенно с нейтральной точки зрения . ( март 2021 г. ) |
 | |
| Автор | Стивен Вольфрам |
|---|---|
| Язык | Английский |
| Предмет | Сложные системы |
| Жанр | Научная литература |
| Издатель | Вольфрам Медиа |
Дата публикации | 2002 |
| Место публикации | Соединенные Штаты |
| Тип носителя | Распечатать |
| Страницы | 1197 (Твердый переплет) |
| ISBN | 1-57955-008-8 |
| ОКЛК | 856779719 |
| Веб-сайт | Новый вид науки, онлайн |
«Новый вид науки» — книга Стивена Вольфрама . [1] опубликовано его компанией Wolfram Research под издательством Wolfram Media в 2002 году. Оно содержит эмпирическое и систематическое исследование вычислительных систем, таких как клеточные автоматы . Вольфрам называет эти системы простыми программами и утверждает, что научная философия и методы, подходящие для изучения простых программ, актуальны и для других областей науки.
Содержание [ править ]
 | Это раздел нуждается в дополнительных ссылок для проверки . ( Апрель 2022 г. ) |
и последствия Вычисления их
Тезис «Нового вида науки» ( NKS ) двоякий: природа вычислений должна быть исследована экспериментально, и что результаты этих экспериментов имеют большое значение для понимания физического мира . [2]
Простые программы [ править ]
Основной предмет «нового вида науки» Вольфрама — изучение простых абстрактных правил — по сути, элементарных компьютерных программ . Практически в любом классе вычислительной системы очень быстро обнаруживаются экземпляры большой сложности среди ее простейших случаев (после временного ряда из нескольких итеративных циклов, применяющих к себе один и тот же простой набор правил, аналогично самоусиливающемуся циклу с использованием список правил). Это похоже на правду независимо от компонентов системы и деталей ее настройки. Системы, рассматриваемые в книге, включают, среди прочего, клеточные автоматы в одном, двух и трех измерениях; мобильные автоматы ; Машины Тьюринга в 1 и 2 измерениях; несколько разновидностей замещающих и сетевых систем; рекурсивные функции; вложенные рекурсивные функции ; комбинаторы ; системы тегов ; регистрировать машины ; обращение-добавление . Чтобы программа считалась простой, существует несколько требований:
- Его работу можно полностью объяснить с помощью простой графической иллюстрации.
- Это можно полностью объяснить в нескольких предложениях человеческого языка .
- Его можно реализовать на компьютерном языке, используя всего несколько строк кода.
- Число его возможных вариаций настолько мало, что все они могут быть вычислены.
Как правило, простые программы имеют очень простую абстрактную структуру. Простые клеточные автоматы, машины Тьюринга и комбинаторы являются примерами таких структур, в то время как более сложные клеточные автоматы не обязательно квалифицируются как простые программы. Также возможно изобрести новые концепции, особенно для отслеживания работы природных систем. Замечательной особенностью простых программ является то, что значительная их часть способна создавать очень сложные программы. Простое перечисление всех возможных вариантов практически любого класса программ быстро приводит к примерам, которые делают неожиданные и интересные вещи. Возникает вопрос: если программа такая простая, откуда сложность? В каком-то смысле в определении программы недостаточно места для непосредственного кодирования всего того, что программа может делать. Поэтому простые программы можно рассматривать как минимальный пример возникновения . Логическим выводом из этого явления является то, что если детали правил программы не имеют прямого отношения к ее поведению, то очень сложно напрямую спроектировать простую программу для выполнения определенного поведения. Альтернативный подход состоит в том, чтобы попытаться разработать простую общую вычислительную структуру, а затем выполнить перебор всех возможных компонентов в поисках наилучшего соответствия.
Простые программы способны на поразительный диапазон поведения. Было доказано, что некоторые из них являются универсальными компьютерами . Другие демонстрируют свойства, знакомые из традиционной науки, такие как термодинамическое поведение, поведение континуума , сохраняющиеся количества, просачивание , чувствительная зависимость от начальных условий и другие. Они использовались в качестве моделей движения , разрушения материалов, роста кристаллов , биологического роста и различных социологических , геологических и экологических явлений. Другая особенность простых программ заключается в том, что, согласно книге, их усложнение мало влияет на их общую сложность . В книге «Новый вид науки» утверждается, что это является свидетельством того, что простых программ достаточно, чтобы уловить суть практически любой сложной системы .
вычислительной вселенной анализ Картирование и
Вольфрам утверждает, что для изучения простых правил и их зачастую сложного поведения необходимо систематически исследовать все эти вычислительные системы и документировать то, что они делают. Далее он утверждает, что это исследование должно стать новой отраслью науки, подобной физике или химии . Основная цель этой области — понять и охарактеризовать вычислительную вселенную с помощью экспериментальных методов.
Предлагаемая новая отрасль научных исследований допускает множество различных форм научного производства. Например, качественные классификации часто являются результатом первоначальных набегов в вычислительные джунгли. С другой стороны, допустимы и явные доказательства того, что определенные системы вычисляют ту или иную функцию. Существуют также некоторые формы производства, которые в некотором смысле уникальны для этой области исследований. Например, открытие вычислительных механизмов, которые возникают в разных системах, но в причудливо разных формах.
Другой вид производства предполагает создание программ для анализа вычислительных систем. В рамках НКС это сами по себе должны быть простые программы, преследующие одни и те же цели и методологию. Расширением этой идеи является то, что человеческий разум сам по себе является вычислительной системой, и, следовательно, предоставление ему необработанных данных максимально эффективным способом имеет решающее значение для исследований. Вольфрам считает, что программы и их анализ должны визуализироваться как можно более непосредственно и тщательно изучаться тысячами и более. Поскольку эта новая область касается абстрактных правил, она в принципе может решать проблемы, относящиеся к другим областям науки. Однако в целом идея Вольфрама заключается в том, что новые идеи и механизмы могут быть обнаружены в вычислительной вселенной, где они могут быть представлены в их простейших формах, а затем другие области могут выбирать среди этих открытий те, которые они считают значимыми.
абстрактная наука Систематическая
Хотя Вольфрам выступает за простые программы как научную дисциплину, он также утверждает, что их методология произведет революцию в других областях науки. В основе его аргументов лежит то, что изучение простых программ — это минимально возможная форма науки, основанная в равной степени как на абстракции , так и на эмпирическом экспериментировании. Каждый аспект методологии, предлагаемой в NKS, оптимизирован, чтобы сделать экспериментирование максимально прямым, простым и содержательным, одновременно максимизируя вероятность того, что эксперимент приведет к чему-то неожиданному. Подобно тому, как эта методология позволяет изучать вычислительные механизмы в их простейших формах, Вольфрам утверждает, что этот процесс затрагивает математическую основу физического мира и, следовательно, может многое предложить науке.
Вольфрам утверждает, что вычислительные реалии Вселенной затрудняют науку по фундаментальным причинам. Но он также утверждает, что, понимая важность этих реалий, мы можем научиться использовать их в свою пользу. Например, вместо того, чтобы перепроектировать наши теории на основе наблюдений, мы можем перечислить системы, а затем попытаться сопоставить их с поведением, которое мы наблюдаем. Основная тема NKS — исследование структуры пространства возможностей. Вольфрам утверждает, что наука слишком ситуативна, отчасти потому, что используемые модели слишком сложны и излишне организованы вокруг ограниченных примитивов традиционной математики. Вольфрам выступает за использование моделей, вариации которых можно перечислить, а последствия которых легко вычислить и проанализировать.
Философские основы [ править ]
Вычислительная неприводимость [ править ]
Вольфрам утверждает, что одним из его достижений является создание последовательной системы идей, которая оправдывает вычисление как организующий принцип науки . Например, он утверждает, что концепция вычислительной неприводимости (некоторые сложные вычисления не поддаются упрощению и не могут быть «сокращены») в конечном итоге является причиной, по которой вычислительные модели природы должны рассматриваться в дополнение к традиционным математическим моделям . Точно так же его идея создания внутренней случайности — что естественные системы могут генерировать свою собственную случайность, а не использовать теорию хаоса или стохастические возмущения — подразумевает, что вычислительные модели не обязательно должны включать явную случайность.
Принцип вычислительной эквивалентности [ править ]
Основываясь на своих экспериментальных результатах, Вольфрам разработал принцип вычислительной эквивалентности ( PCE ): принцип гласит, что системы , встречающиеся в мире природы, могут выполнять вычисления до максимального («универсального») уровня вычислительной мощности . Большинство систем могут достичь этого уровня. Системы, в принципе, вычисляют то же самое, что и компьютер. Таким образом, вычисления — это просто вопрос перевода входных и выходных данных из одной системы в другую. Следовательно, большинство систем вычислительно эквивалентны. Предлагаемыми примерами таких систем являются работа человеческого мозга и эволюция погодных систем.
Этот принцип можно переформулировать следующим образом: почти все процессы, которые не являются очевидно простыми, имеют эквивалентную сложность. Из этого принципа Вольфрам делает ряд конкретных выводов, которые, как он утверждает, подкрепляют его теорию. Возможно, самым важным среди них является объяснение того, почему мы испытываем случайность и сложность : зачастую системы, которые мы анализируем, столь же сложны, как и мы сами. Таким образом, сложность — это не особое качество систем, как, например, понятие «тепло», а просто ярлык для всех систем, вычисления которых сложны. Вольфрам утверждает, что понимание этого делает возможной «нормальную науку» парадигмы NKS .
Приложения и результаты [ править ]
есть ряд конкретных результатов и идей В книге NKS , и их можно объединить в несколько тем. Одна из общих тем примеров и приложений — демонстрация того, как мало сложности требуется для достижения интересного поведения и как правильная методология может обнаружить это поведение.
Во-первых, есть несколько случаев, когда книга NKS представляет то, что на момент написания книги было простейшей известной системой в некотором классе, имеющей определенную характеристику. Некоторые примеры включают первую примитивную рекурсивную функцию, которая приводит к сложности, самую маленькую универсальную машину Тьюринга и самую короткую аксиому для исчисления высказываний . Подобным же образом Вольфрам также демонстрирует множество простых программ, демонстрирующих такие явления, как фазовые переходы , сохраняющиеся величины , поведение континуума и термодинамику , известные из традиционной науки. Простые вычислительные модели природных систем, такие как рост раковин , турбулентность жидкости и филлотаксис, являются последней категорией приложений, подпадающих под эту тему.
Другая распространенная тема — это брать факты о вычислительной вселенной в целом и использовать их для целостного рассуждения о полях . Например, Вольфрам обсуждает, как факты о вычислительной вселенной влияют на эволюционную теорию , SETI , свободу воли , теорию сложности вычислений и такие философские области, как онтология , эпистемология и даже постмодернизм .
Вольфрам предполагает, что теория вычислительной нередуцируемости может дать ответ на вопрос о существовании свободы воли в номинально детерминированной вселенной. Он утверждает, что вычислительный процесс в мозгу существа со свободной волей на самом деле достаточно сложен , поэтому его нельзя охватить более простыми вычислениями из-за принципа вычислительной нередуцируемости. Таким образом, хотя процесс действительно детерминирован, нет лучшего способа определить волю существа, чем, по сути, провести эксперимент и позволить существу его осуществить.
Книга также содержит ряд отдельных результатов — как экспериментальных, так и аналитических — о том, что вычисляет конкретный автомат или каковы его характеристики с использованием некоторых методов анализа.
Книга содержит новый технический результат по описанию тьюринговой полноты клеточного автомата по Правилу 110 . с двумя состояниями и пятью символами Очень маленькие машины Тьюринга могут имитировать правило 110, которое Вольфрам демонстрирует с помощью универсальной машины Тьюринга . Вольфрам предполагает, что конкретная 3-символьная машина Тьюринга с двумя состояниями является универсальной. В 2007 году, в рамках празднования пятилетия книги, компания Вольфрама предложила приз в размере 25 000 долларов за доказательство универсальности этой машины Тьюринга. [3] Алекс Смит, студент-компьютерщик из Бирмингема (Великобритания), позже в том же году получил премию, доказав гипотезу Вольфрама. [4] [5]
Прием [ править ]
 |
Периодические издания освещали «Новый вид науки» , включая статьи в The New York Times , [6] Newsweek , [7] Проводной , [8] и Экономист . [9] Некоторые учёные [ ВОЗ? ] раскритиковал книгу как резкую и высокомерную и заметил фатальный недостаток - что простые системы, такие как клеточные автоматы, недостаточно сложны, чтобы описать степень сложности, присутствующую в развитых системах, и заметил, что Вольфрам игнорировал исследования, классифицирующие сложность систем. Хотя критики принимают результат Вольфрама, демонстрирующий универсальность вычислений, они считают его незначительным и оспаривают утверждение Вольфрама о смене парадигмы. Другие обнаружили, что работа содержит ценную информацию и свежие идеи. [10] [11] Вольфрам обратился к своим критикам в серии сообщений в блоге. [12] [13]
Научная философия [ править ]
Принцип NKS заключается в том, что чем проще система, тем больше вероятность того, что ее версия будет повторяться в самых разных более сложных контекстах. Поэтому NKS утверждает, что систематическое исследование пространства простых программ приведет к созданию базы знаний, которые можно использовать повторно. Однако многие учёные считают, что из всех возможных параметров во Вселенной на самом деле встречаются лишь некоторые. Например, из всех возможных перестановок символов, составляющих уравнение, большинство будет по существу бессмысленным. NKS также подвергался критике за утверждение, что поведение простых систем каким-то образом характерно для всех систем.
Методология [ править ]
Распространенной критикой NKS является то, что он не следует установленной научной методологии . Например, НКС не устанавливает строгих математических определений. [14] он также не пытается доказать теоремы ; и большинство формул и уравнений написаны в Mathematica , а не в стандартных обозначениях. [15] В этом отношении NKS также критиковали за то, что он сильно визуален, поскольку большая часть информации передается с помощью изображений, не имеющих формального значения. [11] Его также критиковали за неиспользование современных исследований в области сложности , особенно работ, изучающих сложность со строгой математической точки зрения. И его критиковали за искажение теории хаоса .
Утилита [ править ]
NKS критиковали за то, что он не предоставил конкретных результатов, которые можно было бы немедленно применить к текущим научным исследованиям. [11] Также высказывалась критика, скрытая и явная, по поводу того, что изучение простых программ мало связано с физической вселенной и, следовательно, имеет ограниченную ценность. Стивен Вайнберг отметил, что ни одна система реального мира не была объяснена с использованием методов Вольфрама удовлетворительным образом. [16] Математик Стивен Г. Кранц писал: «Только потому, что Вольфрам может изобрести клеточный автомат, который, по-видимому, создает рисунок пятен на леопарде, мы можем с уверенностью заключить, что он понимает механизм образования пятен на леопарде почему или есть ли пятна, или какую функцию (эволюционную, или брачную, или маскировочную, или другую) они выполняют?» [17]
Принцип вычислительной эквивалентности PCE ) (
Принцип вычислительной эквивалентности (PCE) подвергался критике за то, что он расплывчатый, нематематический и не позволяет делать прогнозы, поддающиеся прямой проверке. [15] Его также критиковали за то, что он противоречит духу исследований в области математической логики и теории сложности вычислений, которые стремятся провести детальные различия между уровнями сложности вычислений, а также за ошибочное объединение различных видов свойств универсальности. [15] Более того, такие критики, как Рэй Курцвейл, утверждают, что он игнорирует различие между аппаратным и программным обеспечением; хотя два компьютера могут иметь одинаковую мощность, из этого не следует, что любые две программы, которые они могут запускать, также эквивалентны. [18] Другие предполагают, что это не более чем новое название тезиса Чёрча-Тьюринга .
Фундаментальная теория ( НКС Глава 9) [ править ]
Предположения Вольфрама о направлении фундаментальной теории физики подверглись критике как расплывчатые и устаревшие. Скотт Ааронсон , профессор компьютерных наук Техасского университета в Остине, также утверждает, что методы Вольфрама не могут быть совместимы как со специальной теорией относительности , так и с нарушениями теоремы Белла , и, следовательно, не могут объяснить наблюдаемые результаты тестов Белла . [19]
Эдвард Фредкин и Конрад Цузе первыми выдвинули идею вычислимой вселенной : первый, написав в своей книге строчку о том, что мир может быть похож на клеточный автомат, а позже Фредкин развил ее с помощью игрушечной модели под названием «Соль». [20] Утверждалось, что NKS пытается принять эти идеи как свои собственные, но модель Вселенной Вольфрама представляет собой переписывающую сеть, а не клеточный автомат, поскольку сам Вольфрам предположил, что клеточный автомат не может учитывать релятивистские особенности, такие как отсутствие абсолютного времени. рамка. [21] Юрген Шмидхубер также заявил, что его работа по на машине Тьюринга, , вычислимой физике была украдена без указания авторства, а именно его идея о перечислении возможных вселенных, вычислимых по Тьюрингу. [22]
В обзоре NKS в 2002 году нобелевский лауреат и физик элементарных частиц Стивен Вайнберг написал: «Сам Вольфрам — бывший физик элементарных частиц, и я полагаю, он не может устоять перед попыткой применить свой опыт работы с цифровыми компьютерными программами к законам природы. Это привело его к мнению (также рассмотренному в статье Ричарда Фейнмана 1981 года), что природа скорее дискретна, чем непрерывна. Он предполагает, что пространство состоит из набора изолированных точек, как клетки в клеточном автомате, и что даже время. течет дискретными шагами, следуя идее Эдварда Фредкина, он заключает, что сама Вселенная тогда была бы автоматом, подобным гигантскому компьютеру. Это возможно, но я не вижу никакой мотивации для этих предположений, кроме того, что это своего рода. системы, к которой Вольфрам и другие привыкли в своей работе над компьютерами. Точно так же плотник, глядя на луну, может предположить, что она сделана из дерева». [23]
Естественный отбор [ править ]
Утверждение Вольфрама о том, что естественный отбор не является фундаментальной причиной сложности биологии, побудило журналиста Криса Лаверса заявить, что Вольфрам не понимает теорию эволюции . [24]
Оригинальность [ править ]
NKS подвергся резкой критике как недостаточно оригинальный или важный, чтобы оправдать свое название и претензии.
Авторитетная манера, с которой NKS представляет огромное количество примеров и аргументов, подверглась критике за то, что заставила читателя поверить в то, что каждая из этих идей была оригинальной для Вольфрама; в частности, один из наиболее существенных новых технических результатов, представленных в книге, о том, что клеточный автомат по правилу 110 является полным по Тьюрингу , не был доказан Вольфрамом. Вольфрам приписывает доказательство своему научному помощнику Мэтью Куку . [25] Однако раздел примечаний в конце его книги признает многие открытия, сделанные этими другими учеными, со ссылкой на их имена вместе с историческими фактами, хотя и не в форме традиционного раздела библиографии. Кроме того, идея о том, что очень простые правила часто порождают большую сложность, уже является устоявшейся идеей в науке, особенно в теории хаоса и сложных системах .
См. также [ править ]
- Цифровая физика
- Научный редукционизм
- Расчет пространства
- Маркуса Хаттера. Алгоритм «Универсального искусственного интеллекта»
Ссылки [ править ]
- ^ Розен, Джудит (2003). «Взвешивание «нового вида науки» Вольфрама » . Издательский еженедельник .
- ^ Мир согласно Вольфраму
- ^ «Премия Вольфрама 2,3 за исследования машин Тьюринга» . Архивировано из оригинала 15 мая 2011 года . Проверено 31 марта 2011 г.
- ^ «Машина Тьюринга Вольфрам 2,3 универсальна!» . Проверено 24 октября 2007 г.
- ^ «Технический комментарий [к доказательству универсальности машины Тьюринга Вольфрама 2,3]» . Проверено 24 октября 2007 г.
- ^ Джонсон, Джордж (9 июня 2002 г.). « Новый вид науки: вы знаете эту штуку пространства-времени? Неважно» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 28 мая 2009 г.
- ^ Леви, Стивен (27 мая 2002 г.). «Великие умы, великие идеи» . Newsweek . Проверено 28 мая 2009 г.
- ^ Леви, Стивен (июнь 2002 г.). «Человек, который взломал код всего…» Wired . Архивировано из оригинала 27 мая 2009 года . Проверено 28 мая 2009 г.
- ^ «Наука обо всем» . Экономист . 30 мая 2002 года . Проверено 28 мая 2009 г.
- ^ Ракер, Руди (ноябрь 2003 г.). «Обзор: новый вид науки» (PDF) . Американский математический ежемесячник . 110 (9): 851–61. дои : 10.2307/3647819 . JSTOR 3647819 . Архивировано (PDF) из оригинала 28 марта 2004 г. Проверено 28 мая 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Берри, Майкл; Эллис, Джон; Дойч, Дэвид (15 мая 2002 г.). «Революция или снисходительная шумиха? Как ведущие ученые относятся к Вольфраму» (PDF) . «Дейли телеграф» . Архивировано (PDF) из оригинала 19 мая 2012 г. Проверено 14 августа 2012 г.
- ^ Вольфрам, Стивен (7 мая 2012 г.). «Прошло 10 лет: что случилось с новым видом науки ?» . Блог Стивена Вольфрама . Проверено 14 августа 2012 г.
- ^ Вольфрам, Стивен (12 мая 2012 г.). «Жить в условиях смены парадигмы: оглядываясь назад на реакцию на новый вид науки » . Блог Стивена Вольфрама . Проверено 14 августа 2012 г.
- ^ Бейли, Дэвид (сентябрь 2002 г.). «Затворнический вид науки» (PDF) . Вычисления в науке и технике : 79–81 . Проверено 20 марта 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Грей, Лоуренс (2003). «Математик смотрит на новый вид науки Вольфрама» (PDF) . Уведомления АМС . 50 (2): 200–211. Архивировано (PDF) из оригинала 8 марта 2003 г.
- ^ Вайс, Питер (2003). «В поисках научной революции: противоречивый гений Стивен Вольфрам продвигается вперед» . Новости науки .
- ^ Кранц, Стивен Г. (2003). «Обзор нового вида науки » (PDF) . Бюллетень Американского математического общества . 40 (1): 143–150. дои : 10.1090/S0273-0979-02-00970-9 . Архивировано (PDF) из оригинала 17 марта 2012 г.
- ^ Курцвейл, Рэй (13 мая 2002 г.). «Размышления о книге Стивена Вольфрама «Новый вид науки» . Блог Kurzweil Accelerating Intelligence .
- ^ Ааронсон, Скотт (2002). «Рецензия на книгу « Новый вид науки (Постскриптум)» . Квантовая информация и вычисления . 2 (5): 410–423. дои : 10.26421/QIC2.5-7 .
- ^ «ЦУЗЕ-ФРЕДКИН-ТЕЗИС» . usf.edu .
- ^ «Фундаментальная физика: новый вид науки | Интернет, Стивен Вольфрам» .
- ^ Шмидхубер, Юрген. «Зарождение основных идей в книге Вольфрама «Новый вид науки» » . ЦЕРН Курьер.
- ^ Вайнберг, С. (24 октября 2002 г.). «Является ли Вселенная компьютером?» . Нью-Йоркское обозрение книг . 49 (16).
- ^ Лаверс, Крис (3 августа 2002 г.). «Как у гепарда появились пятна» . Хранитель . Лондон . Проверено 28 мая 2009 г.
- ^ «Примечание (C) к правилу 110 «Клеточный автомат: новый вид науки | Интернет», Стивен Вольфрам [страница 1115]» .
Внешние ссылки [ править ]
- Новый вид науки» Бесплатная электронная книга «
- Что мы узнали из плейлиста NKS на YouTube — подробное обсуждение каждой главы NKS; (По состоянию на 2022 год Стивен Вольфрам обсуждает главы NKS с учетом последних событий. Проект Wolfram Physics Project )