美国科学家沃尔弗拉姆要颠覆所有科学领域

　　一年多前，美国科学家沃尔弗拉姆推出一本大有争议的书——《一种新科学》。很多人认为这不过是又一个科学怪人的自吹自擂：难道现有的科学已“老”得充满谬误吗？但这本书一版再版，发行量持续增长，“新科学”的理念在科学界和社会上的影响越来越大

　　科学界经常有人宣称自己创造了足以变革整个科学范式的新理论，断言现有的各种科学学说都是不完备的，只有他们的新理论才是世界的终极真理。然而，他们的理论往往遭受嘲笑、讥讽或冷落，迅速归于寂冷空无。

　　2002年5月，曾是天才少年的理论物理学家、计算机科学家斯蒂芬·沃尔弗拉姆自费出版了厚达1200页的科学新著《一种新科学》。其运作方式和历史上诸多宣称创造了全新科学理论的人很相似，都大肆断言传统的科学模式有问题，公开向传统科学叫板；另一方面，他又断言自己发现了正确进行科学研究的全新方法，可有效阐释最深奥的科学问题，还给自己的理论冠以张扬的名称。他还向许多著名科学家及新闻记者赠阅著作，既是施加影响，也可被看作某种宣示。

　　350年来又一个牛顿？

　　不出所料，沃尔弗拉姆本人和他的著作都遭到了猛烈抨击。批评者指责他把自己的玄思当作确定无疑的科学发现，他的“新科学”乃是自吹自擂，没有科学根基。还有人指责他没有明确标明他所引用的别人的成果，而仅仅是列在冗长的附录中，有剽窃之嫌。

　　尽管责难声一片，但沃尔弗拉姆和《一种新科学》并没有落得像其他科学怪人一样的命运，相反，其影响在日益增长。他的书又厚又贵，售价为45美元，但卖得很好，到今年夏天已经重印了5版，印量达到20多万册，上百篇科学论文引用了该书中的观点，许多来自不同领域的读者都对他书中讲述的理论、方法和程序产生了浓厚的兴趣，并开始应用到各自的研究与实际开发中去。即使批评者也不得不承认，他的书中包含一些过硬的科学发现，其中一些理论有相当的价值。

　　不久前，沃尔弗拉姆在美国马萨诸塞州独自主持了一个有关他的新科学理论的收费研讨会，尽管入场券要325美元一张，但参加者众多，200多名与会者除来自美国外，还来自挪威、以色列和澳大利亚；从职业划分上看，有大学在校生，也有退休人员，有物理学家、生物学家、心理学家、医生、计算机科学家、工程师、经济学家、商人，也有艺术家、音乐人等。一些人说，他们之所以掏钱参加这个会议是因为他们仰慕沃尔弗拉姆的科学理论，还有人为有幸亲历科学思想的历史变革而激动。当然，大部分人还是想探讨如何把他的理论应用到自己的工作领域中去。

　　9年前已从斯坦福线性加速器中心退休的物理学家斯坦利·鲁比说：“这家伙（沃尔弗拉姆）是350年来和牛顿最接近的人。我感到他在做具有极大意义的事情。”

　　天才少年剑走偏锋

　　沃尔弗拉姆的科学声誉和《一种新科学》本身的科学内容是保证其影响日渐增长的重要原因。他1959年出生在英国，15岁就发表了第一篇科学论文，20岁在美国加州工学院获得理论物理学博士学位，2年后又获得美国著名的麦克阿瑟“天才奖”。后来，他开发出一种叫“Mathematica”的软件，并创办了一家公司，该软件在工程科学和数学领域应用得很好，沃尔弗拉姆由此赚了很多钱。有了充足的经济实力后，他一面继续经营公司，一面退出学术领域而独自埋头于他的“新科学”研究。历经10年时间，《一种新科学》最终写成。

　　他的这本书从书名到书中大量自夸之辞，再到他阐述的理论本身颇令一些人不快不服，比如他说“我的发现之广比我所能设想的还多，事实上我触及了几乎现有每个科学领域，除此之外还有更多方面”。但是，由于沃尔弗拉姆在科学界的声望，包括许多著名科学家和技术专家在内的各界人士及各大新闻媒体都对他本人及著作表示了关注，尽管不都是称赞，但毕竟没有冷落。

　　诺贝尔物理学奖获得者、得克萨斯大学教授史蒂文·温伯格在一篇书评中写道：沃尔弗拉姆的书尽管有趣，却是一个“失败”，“真实世界中没有一个复杂现象是能通过他的计算机实验令人信服地阐释清楚的”。不过，温伯格又补充道，沃尔弗拉姆也许是朝向一个有价值的复杂性理论迈出了第一步。

　　好友对“剽窃”并不在意

　　沃尔弗拉姆“新科学”的支持者指出，那些否定性评价更多地是出于对他在书中的自夸表述，而不是对他理论本身的否定。他们认为，不应当看其词句，而应当看其实质。布朗大学的医学研究员伊莱恩·贝尔勒说：“我相信《一种新科学》中的某些思想对于我们开发可预测性模型是极其有价值的。”

　　其实，“新科学”中的一些思想早已有人提出，例如关于空间是非连续的，现就职于卡内基－梅隆大学的爱德华·弗雷德金在上世纪80年代最早提出了这样一个思想，认为宇宙本身也许是一种细胞自动机，而能量和物质都是信息。在弗雷德金的模型中，时间和空间都不是连续的，而是颗粒状的，空间是由极其微小的、离散的一个个单元构成的，这些单元的状态按极小的、离散的时间间隔变化，这种过程就像计算机上的细胞自动机产生出复杂样式。

　　而沃尔弗拉姆是弗雷德金的好朋友，对于沃尔弗拉姆援用他的一些思想，弗雷德金虽有点抱怨，但他表示很高兴，因为这位现在出名了的朋友“帮了我一个大忙，他的声名使更多的人对我所做的工作产生了兴趣”。

　　由一本书变成一场运动

　　尽管有些观点并非沃尔弗拉姆首创，但他整合了所有思想，勾画出一幅完整的全新图景，并大胆地提出了“新科学”这个名称。目前，沃尔弗拉姆在致力于把“新科学”由一本书发展为一场运动，想方设法使他的思想渗入主流科学机构，激发人们更大的兴趣和热情。他自己感觉该运动“进度比预料的要快一点”，并预计两三年内会有一个大突破。

　　在前不久举行的那场讨论会上，一些与会者介绍了他们正在利用沃尔弗拉姆式的计算机模型所做的一些项目，其范围包括爆炸动力学、量子力学、数据可视化和文化问题等。其中一个项目是美国洛斯阿拉莫斯国家实验所的物理学家拉里·希尔所创造的一种细胞自动机，据他介绍，这一程序成功创造了一段动画，这也许是对超热流体进行计算机模拟的第一步。希尔指出，这种流体的动力学过程太复杂，基于传统方程式的仿真手段无法满足要求。

　　总体来说，沃尔弗拉姆的《一种新科学》虽然有夸大其辞的成份，但他所说的“新科学”看来还确实是有一些内容。（凌高）

　　【链接】“新科学”新在何处

　　《一种新科学》这本书给人最深刻的印象是：不用方程，而是通过极其简单的程序就可以描述世界上的种种复杂现象。沃尔弗拉姆在书中给出了大量这样的例子，其中最典型的是一种被称为“细胞自动机”（cellular automata）的程序。科学家研究这种程序已有50多年的历史。

　　为了理解细胞自动机，可看一个简单例子：找一张画有许多格子的图纸，用铅笔涂黑其中一些格子就可得到一个图案（样式）。第一排也许有一个或几个格子被涂黑了，而一个简单的细胞自动机是确定某种简单的规则，从第二排开始往下画出新图案来。

　　具体到每一行中的每一个格子，要观察其上一行的对应格子及该对应格子两边的情况，然后根据这三个格子是否被涂黑，以及黑白格子如何相邻的已定规则（比如，当这三个格子从左至右分别为黑、黑、白时，其正下面的格子为白，否则为黑），确定当前的格子是涂黑还是留白。如此反复进行下去。一条或一组这样的简单规则及简单的初始条件就构成了一个细胞自动机。

　　绝大多数细胞自动机产生的都不过是乏味的单调图案，但有一些却大出人们的意料之外。20年前，沃尔弗拉姆观察到一个称为“规则30”的细胞自动机在计算机输出端产生出一种不可预料的极复杂图案。正是这个事件让他开始了“新科学”的发现之旅，最终认识到简单计算机程序可应用于许多科学分支，解决那些复杂问题，而不必借助于有局限的、繁杂的方程式以及基于方程式的模拟计算。

　　众所周知，方程式乃是几个世纪以来数学和理论科学用以求解科学问题的基本工具，但沿这种路径来分析复杂现象如天气变化却常常十分困难，要么因变数太多而根本无法得到合适的方程式，要么方程式本身极其复杂难以求解。沃尔弗拉姆的“新科学”就是针对此而作出的。它舍弃了方程式，把细胞自动机一类简单程序作为分析工具。沃尔弗拉姆说，这种简单但可演变出复杂样式的程序能更精确、更轻易地模拟出各种复杂现象，诸如从雪花的增长到宇宙的演化，等等。

　　沃尔弗拉姆说，这种方法之所以成功不是因为它有多高明，而是世界本身就是如此，从基本粒子相互作用到生命现象，本质上都是一些计算过程。他根据这种思路对一系列问题提出了新的解释。例如，他不用达尔文进化学说解释生物的复杂性，而认为基于简单规则的极少计算过程就可以导致这种结果。对于空间，沃尔弗拉姆认为它也许不是某种连续体，而是某种由相互关联的碎片组成的网络。他还说由简单程序可导致不可预料的样式这一点能够解释，人脑遵循的物理规律极为严格，而人却能体验到精神意志的自由。

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