Stephenas Wolframas atnaujino visko teorijos paieškas. Ir jam galima padėti

Balandžio viduryje garsus britų fizikas ir programuotojas Stephenas Wolframas pradėjo projektą Wolfram Physics Project, kurio tikslas – vieninga (fundamentali) visko teorija, kuri apjungtų visą fiziką – nuo bendrosios reliatyvumo teorijos iki kvantinės mechanikos. Nauja mokslininko iniciatyva yra jo 20 metų senumo idėjos tęsinys: jis siūlo nagrinėti visatą skaitmeniškai ir tvirtina, kad reiškinius ir procesus aprašančias sudėtingas matematines formules galima pakeisti paprasčiausiomis taisyklėmis, taikomomis fundamentaliems blokams.

Pati teorija, ir projekto pateikimo būdas fundamentalia fizika užsiimančių mokslininkų palaikymo nesusilaukė, – gegužės pradžioje Scientific American publikavo kritinius jų atsiliepimus. Kai kas jo „kūryba“ netgi nelaikoma mokslu. Kodėl? Nejaugi jis iš tiesų klysta?

Šiek tiek priešistorijos

Stephenas Wolframas – žymi matematikos ir programavimo pasaulio figūra. Jis yra Wolfram Alpha projekto, besistengiančio atsakyti į klausimus, naudojant paiešką didžiulėje duomenų bazėje, autorius. Wolframas sukūrė kompiuterinę sistemą Mathematica, kuria naudojasi mokslininkai visame pasaulyje, o taip pat sukūrė programavimo kalbą Wolfram Language.

2002 metais jis išleido knygą „A New Kind Of Science“, kurioje nagrinėjo skaičiavimo sistemas (pavyzdžiui, apie ląstelinį automatą) ir svarstė, ar galima rasti vieną universalią taisyklę, aprašančią visą visatą. Ir jo nuomone, šią taisyklę bus galima suformuluoti keliomis programinio kodo eilutėmis.

Knyga tapo bestseleriu, tačiau sulaukė pašaipų iš tradicinių fizikų, kurie jį apkaltino nekompetencija ir savo pasiekimų perdėjimu. Garsus fizikas Freemanas Dysonas, miręs šių metų vasarį, pavadino knygą „beverte“.

Wolframas pasitraukė iš fizikos ir užsiėmė skaičiavimo sistemomis, įkūrė Wolfram Research kompaniją (kuri ir išleido Mathematica, o taip pat finansų analizės programą Wolfram Finance Platform ir kitus analizės instrumentus). Tačiau 2019 metais fizikos studentai, kurie susidomėjo jo knygos idėjomis, grąžino jam įkvėpimą, ir paskatino imtis spręsti seną klausimą šiuolaikiniais metodais – moksliniu sutelktiniu skaičiavimu ir atviru kodu.

Visko teorijos realybė

Iš esmės, Wolframas stengiasi sukurti stygų teorijos alternatyvą. Jis tai atlieka pasinaudodamas matematikos sritimi – grafų teorija. Vizualus informacijos vaizdavimas – pagrindinė šio būdo inovacija. „Žmogaus kalba nėra skirta visam tam paaiškinti“, – rašo Wolframas savo kreipimesi.

Jei trumpai: sudėtingais grafais galima kurti visatos modelius. Šių modelių žaliava yra erdvės taškai – Wolframas remiasi tuo, kad erdvė nėra netrūki, o sudaryta iš diskretinių taškų. Kiekvienas modelis prasideda nuo paprasto šių taškų sąveikos aprašymo (pavaizdavimo), paskui panaudojama naujus taškus sukurianti taisyklė. Taisykle gali būti bet kas, jei apibrėžia, kaip grafas kiekvienoje kitoje iteracijoje kis.

Australijos katalikiškame universitete matematikos filosofiją tyrinėjantis Samas Baronas straipsnyje The Conversation pateikia įdomią analogiją, padedančią šią idėją suprasti. Galima įsivaizduoti socialinį tinklą, pradėti nuo vieno žmogaus ir naudoti paprastą taisyklę – kiekvienas narys prideda tris draugus. Panaudojus taisyklę pirmam žmogui, gauname tris naujus narius. Vėl pritaikome šią taisyklę kiekvienam nariui (įskaitant ir pirmąjį) ir taikome tol, kol draugų tinklas suformuoja sudėtingą grafą.

Remiantis Wolframo idėja, galima sumodeliuoti visatą. Fizikos tikslas yra skurti taisykles, kurioms paklūsta universalus grafas, sako jis. Sudėtingi grafai yra geometrinės figūros, o supergrafai gali atkurti fizines struktūras ir procesus, aprašomus reliatyvumo teorija ir kvantine mechanika.

Wolframas tvirtina, kad jo būdas potencialiai gali suderinti reliatyvumo ir kvantinio lauko teorijas ir sukurti universalią visko teoriją. Tačiau čia jam priešinasi tradiciniai fizikai, kurių manymu, visatos vaizdavimas programiniu kodu negarantuoja išsamaus vaizdo, o Wolframo modelis nepakartoja net pačių esmingiausių klaikinės fizikos kiekybinių prognozių.

„Kvantinės fizikos ir bendrosios reliatyvumo teorijos prognozės buvo patvirtintos daugelio ženklų po kablelio tikslumu – kai kuriais atvejais iki vienos dešimtosios milijardinės dalies, – sako MIT fizikas Daniel Harlow. – Kol kas nematau požymių to, ką galima nuveikti tomis paprastomis skaičiavimo taisyklėmis, kurias siūlo Wolframas“.

Mokslininkų nuomone, Wolframo modelyje nepakanka esminių šiuolaikinės fizikos dėmenų, o esančius iš pradžių ten įdėjo autoriai (tačiau jie nekyla iš jų pačių prielaidų). „Tai yra be galo lanksti filosofija, pagal kurią, apie bet kokius sėkmingus fizikos atradimus galima tvirtinti: taip, galima kažką panašaus prikabinti ir prie mūsų modelio“, – kvantinių skaičiavimų specialisto iš Teksaso universiteto Ostine Scotto Aaronsono žodžius pateikia Scientific American.

Nepripažintas genijus?

Stephenas Wolframas ir jo mokslinė karjera tyčia ar netyčia stengiasi atitikti publikos taip mėgiamą romantišką vienišo genijaus paveikslą. Pirmąjį mokslinį straipsnį jis parašė, būdamas 15 metų, dvidešimties – gavo daktaro laipsnį ir vadovavo kompiuterinės algebros sistemos SMP kūrimui Kalifornijos technologijos institute. 22 metų buvo apdovanotas MacArthur Foundation „genijų premija“.

Savo opus magnum (2002) jis rengė beveik 10 metų, dešimtajame dešimtmetyje tyrimais užsiimdamas vienas, be palaikymo ir atgalinio ryšio su tradicine mokslo aplinka. Tuo tarpu kuklumas jo nekamuoja: savo pagrindinėje knygoje jis pareiškė, kad mokslas visą laiką ėjo klaidingu keliu, procesus ir reiškinius aprašydamas sudėtingomis matematikos formulėmis, kurias vertėtų pakeisti paprastų algoritmų rinkiniu.

Išlikdamas ištikimu sau, Wolfram Project 2020 įžangoje jis rašo, kad fizikoje jau seniai nevyksta nieko reikšmingo ir viliasi, kad bent jau grynai techniniame lygyje jo darbas „pastūmės rutinoje nugrimzdusią teorinę fiziką“.

Pažymėtina, kad tai prieštarauja teorijos pripažinimo mokslo pasaulyje procesui. Dauguma mokslininkų įsitikinę savo disciplinos kolektyviškumu: niekas negali sukelti revoliucijos, iš pradžių iš kolegų negavęs kritinio įvertinimo ir pripažinimo. Dabar tai atliekama per kolegų atliekamas darbų apžvalgas, recenzavimą. Wolframas, kritikų tvirtinimu, šį procesą aplenkė, iš karto paviešindamas galimą proveržį.

„Žinoma, Wolframas ir jo kolegos negalės išsisukti nuo recenzavimo formalumų“, – mano Katie Mack, kosmologė iš Šiaurės Karolinos universiteto. „Jie turėtų daug daugiau galimybių gauti naudingų atsiliepimų iš mokslo bendruomenės, jeigu rezultatus publikuotų visiems labiau įprastu formatu“.

Bendrai mokslininkai pripažįsta, kad įdomu, jog paprastos skaičiavimo taisyklės gali paaiškinti kokį nors sudėtingą fenomeną, tačiau primena, kad tai jokiu būdu nėra originalus atradimas. Daniel Harlow sako, kad „ši idėja egzistavo dar gerokai iki Wolframo“, ir nurodo skaičiavimo mokslo pionierių darbus – Alano Turingo ketvirtajame XX amžiaus dešimtmetyje, Johno Neumano – šeštajame, o taip pat matematiko Johno Conway'us – aštuntojo pradžioje.

„Sakiau Stephenui, kad programuotojams ir skaičiavimo sistemų teoretikams jo darbas atrodys gan įtikimas, – prisimena Intellectual Ventures vadovas Nathanas Myhrvoldas, anksčiau dirbęs su pačiu Hawkingu. – Tačiau labiau tradiciniai mokslininkai, dirbantys fundamentalios fizikos srityje, tikriausiai sakys: „Na, šaunuolis. Panaudojai neįprastas formuoluotes, kad įrodytum tai, ką ir šiaip žinome“.

Kuo gali būti įdomus Wolframo projektas?

Tačiau ne visi fizikai nurašo Wolframą. Harvardo universiteto profesorius ir vienas iš geriausių stygų teorijos teoretikų Andrew Stromingeris, pripažįsta naujų koncepcijų ir instrumentų būtinybę sprendžiant senas fizikos problemas. „Stephenas šiuos klausimus sprendžia radikaliai nauju būdu. Buvo įdomu su juo aptarti visa tai ir nekantraudamas laukiu rezultatų“, – cituoja jo žodžius Wired.

Fizikas iš Kalifornijos technologijos instituto, Seanas Carrollas, Wolframo darbu irgi susidomėjo, tačiau su išlygomis: „Viena vertus, pritariu idėjai fundamentaliojoje fizikoje taikyti nestandartines idėjas ir žiūrėti, kas pavyks“. Tačiau iš kitos pusė, jo žodžiais tariant, „efektyviau rašyti nedidelius darbus, nagrinėjant specifines problemas, o ne deklaruoti ekspertų nepatikrintus proveržius“.

Samo Barono nuomone, Wolfram Physics Project įdomus dėl kelių priežasčių. Visų pirma, Wolframo auditorija didelė ir vardan savo būdo populiarinimo jis pasirengęs daug kam. Dar vienos visko teorijos kandidatės, kilpinės kvantinės gravitacijos, šalininkai, pergyvena dėl dominuojančios stygų teorijos pozicijos tarp fizikų. Wolframas gali paskatinti paradigmos pokytį.

Be to, lydinčiame darbe Wolframas pateikia labai tvarkingą ir skrupulingą savo projekto apžvalgą nuo pačių pagrindinių grafų teorijos principų ir nuveda iki reliatyvumo teorijos. Tai padės kitiems lengviau suprasti jo idėją ir paspartins potencialių šalininkų gretų augimą.

Galiausiai, jo projektas yra „atviro kodo“ – prisidėti gali visi norintys. Nauja stadija prasideda pandemijos metu, kai daugelis entuziastų turi laisvo laiko. Kaip patyręs vadybininkas, Wolframas pamanė, kad karantine sėdintis mokslo pasaulis gali tapti idealia armija, ieškančia tos vienintelės, mūsų visatą apibrėžiančios, taisyklės. „Kodėl gi nepabandyti?“ – apibendrino jis.

republic.ru