1665-1666 년의 전염병으로 돌아온 Isaac Newton은 과학 세계를 바꾸어 보편적 인 중력 법칙과 미적분학의 수학을 발견했습니다. 이제 2020-2021 년의 전염병에는 역사가 반복 될 것인가?
Stephen Wolfram은 그렇게 생각합니다. 미국에 살고있는 영국 출신의 과학자는 자신이 우주와 같은 가장 큰 질문에 답하는 기본 물리학 이론으로가는 길을 찾았다 고 주장합니다. 시간은 얼마입니까? 그리고 우주는 왜 존재합니까?
Wolfram은“공정하게도 2019 년에 많은 작업이 이루어졌으며 2020 년 3 월에 그것에 대해 이야기하기 시작했지만 Covid를 위해 모든 것이 멈췄습니다. "그러나 우리가 감히 믿는 것보다 기본 물리 이론을 찾기 위해 더 많은 진전을 이루었다고 말하는 것은 사실입니다."
.Wolfram의 출발점은 다음과 같이 묻는 것이 었습니다. 공간은 무엇입니까? "물리학 자들은 종종이 질문을하지 않습니다."라고 그는 말합니다. "그들은 단지 우주의 사건이 진행되는 배경으로 공간을 생각합니다."
.Wolfram에 따르면 공간은 서로 연결된 '노드'네트워크로 만들어집니다. 연결의 특성 - 각 노드가 근처 및 멀리 떨어진 노드에 연결되는 방법은 모든 차원의 공간을 생성 할 수 있습니다. 따라서 구체의 표면적과 같이 주어진 노드로부터의 거리의 제곱이 증가하면 네트워크에는 친숙한 3D 공간의 특성이 있습니다.
우주의 이론을 더 읽으십시오 :
- 빅뱅이 시작이 아니라면 어떨까요?
- 고스트 스타 :암흑 물질의 신비를 해결할 수있는 급진적 이론
Wolfram은“실제로 우주는 무한히 많은 차원으로 시작하여 오늘날 우리가 가진 세 가지로 점차 식 었다고 생각합니다. "하지만 왜 정확히 세가 있는지 아직 모르겠습니다."
Wolfram은 우주를 만드는 데 필요한 최소한의 '물건'에 관심이 있습니다. 그리고 노드 네트워크 ( '공간의 원자') 외에도 네트워크를 변경하는 또 다른 성분 인 '규칙'이 있습니다. 예를 들어, 규칙은 다음과 같이 말할 것입니다.‘특정 노드 패턴이 어디에 있든 다른 특정 노드 패턴으로 바꾸십시오.
.Wolfram은“우주 네트워크의 지속적인 업데이트가 공간을 짜내는 것은 그러한 규칙을 반복해서 적용하는 것입니다. "기적은이 과정이 지난 350 년 동안 우리가 발견 한 우주의 모든 문제와 우리가 발견 한 모든 물리 법칙을 만들 수 있다는 것입니다."
.
이 놀라운 주장을 조사하기 전에 Wolfram 이이 시점에 어떻게 도달했는지 고려할 가치가 있습니다. 1959 년 런던에서 태어난 그는 15 세의 나이에 물리 논문을 출판하고있었습니다. 패서 디나의 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 대학원생으로서 그는 아마도 가장 주목할만한 미국의 물리학자인 Richard Feynman과 함께 일했습니다. 그러나 Wolfram의 중요한 사건은 1981 년에 컴퓨터를 사용하여 간단한 컴퓨터 프로그램의 결과를 조사했을 때 발견 한 것으로 밝혀졌습니다. 뱀이 자신의 꼬리를 먹는 뱀처럼 출력을 반복적으로 입력하는 것들.
.당시 그가 생각할 수있는 가장 간단한 컴퓨터 프로그램은 Cellular Automata였습니다. 이것들은 1 차원의 제곱 라인이며, 각각은 비어 있거나 채워질 수 있습니다. 특정 사각형 패턴을 다른 정사각형으로 대체하는 규칙이 적용됩니다. 이런 식으로 새로운 제곱 라인이 만들어집니다. 그리고 또 다른 새로운 라인.
Wolfram은 대부분 흥미로운 일이 발생하지 않았다는 것을 알았습니다. 그러나 어떤 경우에는 실제 세계의 아 원자 입자를 연상시키는 진화하는 세포 그리드를 가로 질러 이동하는 지속적인 특징이있었습니다. 그러나 큰 놀라움은 끝없는 참신과 복잡성을 창조 한 몇 가지 규칙이 있다는 것입니다.
이것은 Wolfram의 전구 모멘트였습니다. 일반적으로 간단한 프로그램에는 간단한 출력이 있으며 복잡한 프로그램에는 복잡한 출력이 있습니다. 그러나 Wolfram은 복잡한 출력으로 간단한 프로그램을 발견했습니다. 그의 즉각적인 생각은“우주가 장미 나 신생아 또는 은하계를 만드는 방법입니까? 단순히 간단한 프로그램을 반복해서 적용하고 있습니까?”
2002 년 Wolfram은 새로운 종류의 과학을 발표했습니다 , 1,000 페이지의 흑백 사진과 50 만 단어가있는 1,200 페이지의 Tome. 그 중에서도, 그는 1 차원 세포 automata에 대한 256 개의 가능한 규칙의 결과를 탐구했으며, 그 중 규칙 30이었으며, 이는 무제한 복잡성을 생성했습니다. 이 책은 물리 커뮤니티의 적대감으로 만났습니다. 부분적으로, 그는 일반적인 동료 검토 과정을 거치지 않고 직접 출판했기 때문입니다. 그러나 또 다른 이유는 다른 물리학 자들이 자신의 아이디어를 사용하여 유용한 것을 예측하는 방법을 볼 수 없었기 때문입니다.
그들은 요점이있었습니다. 기본적으로 Wolfram은 우주가하는 대부분의 일이 '계산적으로 돌이킬 수없는'것입니다. 뚱뚱한 많은 다른 물리학 자들에게.
그러나 Wolfram은 우주 생성 계산 내에 '계산적으로 환원 가능한'섬이 있으며 실제로 프로그램을 운영하지 않고 결과를 추론 할 수 있다고 말합니다. Wolfram은“이 단축키는 우리가 발견 한 물리 법칙 외에는 아무것도 아닙니다.
결국, Wolfram은 새로운 종류의 과학에서 그가 제시 한 아이디어를 추구하지 않았습니다. . 한편으로 그는 물리학 자들의 요구가 없다고 말했다. 반면에, 컴퓨터 언어 Mathematica 및 Intelligent Search Engine Wolframalpha와 같은 그의 소프트웨어에 대한 수요가 있었는데, 이는 그를 억만 장자로 만들었습니다. 따라서 그는 다음 20 년 동안 대신 그들을 개발하는 데 보냈습니다.
그러나 2019 년에 그는 기본적인 계산 이론을 계속 찾도록 격려 한 젊은 물리학 자들을 만났습니다. 그리고 60 세의 나이에 지금은 또는 결코 없었습니다.
Cellular Automata의 문제점은 기존 그리드에서 실행한다는 것입니다. Wolfram은 더 간단하고 더 기본적인 것이 필요하다는 것을 빨리 깨달았습니다. 이것이 그가 자기 업데이트 공간 네트워크라는 아이디어에 부딪히는 방법입니다. 네트워크에는 물의 소용돌이와 같은 지속적인 특징이 있으며, 이는 중요합니다. 궁극적으로 모든 것이 우주에서 발생합니다. 다른 것은 없습니다. 실제로, 그것은 완전히 사실이 아닙니다. 다른 것이 하나 있습니다. Wolfram은“아인슈타인 이후 모든 사람들이 공간과 같지 않다고 생각한 시간은 그렇지 않습니다. "시간은 실제로 단계별 계산의 과정입니다."
Wolfram의 초기 접근 방식의 문제 중 하나는 그가 우주를 생성하는 프로그램을 찾았다면 - 자신의 컴퓨터 언어 인 Mathematica에서 4 줄의 코드를 넘지 않을 것이라고 믿었다. 따라서 Wolfram은 우주가
동시에 실행되는 모든 가능한 프로그램에 의해 생성되고 있다는 생각에 부딪쳤다.
“처음에는 믿을 수 없을 정도로 지저분 해 보입니다. 어떻게 유용한 것이 이것에서 나올 수 있습니까?” 그는 말한다. "그러나 기적은 현대 물리학의 쌍둥이 기둥 :아인슈타인의 중력 이론 [일반 상대성]과 양자 이론을 포함하여 모든 것이하는 것입니다."
중요한 것은 우리가 우주를 외부에서 관찰하지 않는다는 것을 깨닫는 것입니다. 불가능합니다. 대신, 우리는 우주의 전반적인 자기 업데이트 공간 네트워크 내에서 자기 업데이트 공간 네트워크의 조각입니다. 우리는 우리가 할 수있는 계산의 양이 제한 될뿐만 아니라 우리 주변의 대부분의 돌이킬 수없는 계산을 인식 할 수 없을뿐만 아니라 생물학에 의해 제한되어 있기 때문에 우리가 보는 것에 대해 단일 스레드를 강요 할 수 있습니다. Wolfram은“가능한 모든 규칙이 실제로 운영되고 있다는 사실에도 불구하고 샘플링은 우주를 생성하는 단일 규칙을 드러 낼 것입니다.
우주론에 대해 자세히 알아보십시오 :
- 전체 우주를 정의하는 6 개의 숫자
- 우주론의 균열 :우리 우주가 추가되지 않는 이유
결정적으로, 우리의 근본적인 한계는 우리가 공간의 원자를 볼 수있게하지 않습니다. 대신, 우리는 그것들이 함께 연결되어 있으며, 연속체, 즉 일반 상대성으로 설명 된 연속체를 만들었습니다. 아인슈타인의 이론에서, 행성과 같은 대중은 시공간을 통해 가장 짧은 길 또는 '지구아'를 따릅니다. 시공간은 에너지가 존재함에 따라 뒤틀 렸습니다 (엄격하게 말하면 에너지-모멘텀). Wolfram에 따르면, 그의 그림의 에너지는 네트워크의 어느 위치에서나 진행되는 활동의 양에 지나지 않으며, 궁극적으로 거대한 신체의 측지학을 구부리는 것은이 계산입니다.
.대조적으로, 양자 이론은 원자와 그 구성 요소의 미세한 영역을 설명하며, 일반적인 상대성 이론과 근본적으로 호환되지 않는 것으로 보인다. 구체적으로, 우주를 통한 독특한 길은 없습니다. 원자는 각각 관련된 확률을 가진 여러 경로를 따라갈 수 있습니다. Wolfram에 따르면,이 다중 역사는 우주 네트워크가 업데이트 될 때마다 하나의 규칙뿐만 아니라 여러 가지 가능한 규칙으로 업데이트 될 수 있기 때문에 여러 역사를 이끌어 낼 수 있기 때문에이 다중 기록은 그의 프레임 워크에 내장되어 있습니다. "Quantum 이론은 표준 물리학에서와 같이 볼트 온이 아닙니다."라고 그는 말합니다.
Wolfram은 더 나아갑니다. 그는이 여러 역사를 모두 캡슐화하는 '분지 공간'을 상상합니다. 그리고 이것은 Mathematica의 도구가 시각화되어야합니다. 이것이 단순한 필사자뿐만 아니라 다른 물리학 자들이 Wolfram을 따르기가 어렵다는 이유 중 하나입니다. 그러나 Wolfram이 주장하는 핵심은 일반적인 공간에서 에너지 모멘텀에 의해 측지학이 구부러진 일반 상대성 이론이 분기 공간에서 에너지-모멘텀에 의해 측량기가 구부러진 양자 이론과 정확히 동일하다는 것입니다. "일반 상대성 이론과 양자 이론은 기본적으로 동일한 이론입니다!" 그는 말한다. "나는 그런 멋진 결과를 발견하지 못했습니다."
이것은 실제로 놀라운 결과입니다. 주류 물리학에서 문자열 이론만이 일반 상대성과 양자 이론을 통합하는 프레임 워크를 제공하며, 큰 문제가 있는데, 특히 단일 우주가 아니라 약 10,500 개의 우주의 다중 사람들에게 이어진다는 사실이 있습니다. 그러나 '홀로그래피 원리'로 알려진 강력한 힌트가 있으며, 양자 이론과 일반 상대성 이론은 밀접하게 연결되어 있으며 양자 이론은 더 높은 차원 공간에서 일반적인 상대성으로 나타납니다. Wolfram은 그의 작업 이이 연결을 확인하는 것으로 본다.
Aix-Marseilles University의 Carlo Rovelli는 현악 이론의 라이벌 인 '루프 양자 중력'을 연구하고 있으며, 이는 엄청나게 작은 플랑크 규모로 시공간이 복잡한 변화하는 네트워크로 짜여진 유한 루프로 만들어 졌다는 것을 보여 주려고 시도합니다. Wolfram의 작업과 루프 양자 중력 사이에 어떤 관련이 있습니까? "실제로, 나는 같은 질문에 대해 궁금했습니다!" Rovelli라고 말합니다.
다른 사람들은 Wolfram의 작품이 매력적이라고 생각합니다. 하나는 15 살 때 수학 분야 (알고리즘 정보 이론)를 발명 한 아르헨티나계 미국인 Gregory Chaitin입니다.“저는 개인적으로 그의 새로운 작품이 매우 흥미 롭다고 생각합니다. "그리고 그렇습니다. 일반 상대성과 같은 것은 양자 역학과 같은 것이 자연스럽게 나타납니다."
.Chaitin은 Wolfram의 접근 방식의 독창성을 좋아합니다. “재미있는 것은 이것이 다른 사람들이하는 일과 완전히 직교적인 [뚜렷한] 것입니다. 지금까지, String Theory는이 수준에서 작동하려는 시도를하는 도시에서 유일한 게임이었습니다. 이제 또 다른 게임이 있습니다.”
Wolfram은 2002 년에 경험 한 응답과는 매우 다른 그의 최신 작품에 대한 응답으로 장려됩니다. 그는 많은 젊은 물리학 자들이 그의 세미나에 참석하고 있으며, 나이 많은 물리학 자들이 학생들을 보내고 있다고 말합니다. 그는 사람들이 자신이하고있는 일을 볼 수 있도록 웹에서 많은 개발을 라이브 스트리밍하고 있습니다. Wolfram은“저는 이것이 효과가 없다고 말한 사람이 거의 없다는 사실에 놀랐습니다. "이것은‘이해할 수 없어’나‘우리가 찾을 수있는 현상을 알려주세요."
Wolfram은 2002 년에와 마찬가지로 혼자가 아닙니다. 그는 이제 그와 함께 일하는 소수의 다른 물리학 자들이 있습니다. Chaitin은 이것이 중요하다고 생각합니다. "스티븐에게는 비정상적으로, 그는 일부 사람들에게 공동 저자 신용을 제공합니다."라고 그는 말합니다. 그러나 현재와 2002 년의 주요 차이점 중 하나는 정보 처리가 우주의 핵심이라는 생각이 20 년 전보다 훨씬 주류라는 생각입니다. 어떤면에서, Wolfram이하는 일은 받아 들여지는 물리학과 모순되지 않습니다. 그는 단지 자동차의 보닛 아래로 내려 가려고 노력하고있다.
Wolfram의 그림의 한 가지 결과는 다른 생물학과 다른 감각을 가진 외계인이 우주 생성 계산의 다른 부분을 볼 수 있으므로 양자 이론과 일반 상대성과 다른 법을 추론 할 수 있다는 것입니다. 사실, 그들은 우주 네트워크의 일부에 존재하는 우리의 감각은 단순히 샘플링이 아닙니다. Wolfram은“우리의 견해는 높이가 약 1 미터 크기와 단일 스레드를 보는 것에 대한 주장에 따라 제한됩니다. “그러나 지구의 크기 와이 주장이 없으면 완전히 다른 것을 보게 될 것입니다.”
.결국, Wolfram의 계산 우주를 확인하거나 반박 할 새로운 현상의 예측이 될 것입니다. 그리고 지금은 이것들이 부족합니다. 그러나 Wolfram은 관찰 예측을 산출하는 데 유익한 장소를 본다. 예를 들어, 그는 다른 수의 차원을 가진 우주의 영역이있을 수 있다고 생각합니다. 특히, 그는 블랙홀이 표준 물리학에 의해 허용되는 것보다 더 빨리 회전 할 수 있다고 의심하며, 그렇게하면 시공간 덩어리 전체가 무너질 수 있습니다.
.우주에 대해 자세히 알아보십시오 :
- 우주의 7 개의 가장 큰 미스터리 (그리고 그들이 해결되지 않은 이유)
- 양자 중력에 대한 탐구 :왜 잘못이 과학에 필수적인가
큰 문제는 남아 있습니다. 왜 우주가 있습니까? 그리고 여기서 Wolfram은 수학이 존재하는 것과 거의 같은 의미로 우주가 존재할 수 있다고 생각합니다. 수학은 논리의 규칙을 적용하여 추론 할 수있는 일련의 주변 또는 '공리', 결과 또는 '이론'으로 구성됩니다. 마찬가지로, 우주는 단지 가능한 모든 규칙을 구체화 된 노드 네트워크에 적용한 논리적 결과 일뿐입니다. "1+1 =2가 불가피한 방식으로 존재한다는 것은 불가피하다"고 말했다.
물론 우리는 수학의 건물과 같은 추상적 인 것이 아니라 우주를 견고한 일로 경험합니다. 그러나 우리는 가상 현실의 가상 생물처럼 우주와 같은 물건으로 만들어 졌기 때문에 모든 것이 우리에게 견고하게 실제적으로 보입니다.
Wolfram이 새로운 Newton으로 밝혀 졌는지 여부에 관계없이 Plague Year는 Wolfram의 강점에서 확실히 연주되었습니다. "저는 항상 회사에서 원격으로 일했습니다."라고 그는 말합니다. "작년에 나에게 적합했습니다." 그는 여전히 물리학의 기본 이론을 얻는 데 갈 길이 멀다는 것을 인정합니다. "그러나 나는 짧은 시간에 얼마나 멀리 진행되었는지 놀랐습니다."라고 그는 말합니다. "나는 그것이 잘 작동 할 것이라고 상상하지 못했습니다."
- 이 기사는 BBC Science Focus Magazine의 365 호에 처음 등장했습니다. - 여기에서 구독하는 방법을 알아보십시오
