a new kind of science 评论 三

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1、ANewKindofScience评论三ANewKindofScience评论(三)2010-05-1719：47《新科学》以如下惊人之言开始它的鸿篇巨制："三个世纪以前，人们发现建立在数学方程基础上的规律能够用于对自然界的描述，伴随着这种新观念，科学发生了转变。在此书中我的目的是将要用简单的电脑程序来表达更为一般类型的规律，并在此种规律基础上建立一种新的科学，从而启动另一场科学变革。"[10]作者沃尔夫勒姆在这里所指的三个世纪前那场发生在科学上的转变就是我们常说的"科学革命"，那场革命以哥白尼发表《天体运行论》为开端

2、，经过伽利略和开普勒等人的推进，到牛顿出版《自然哲学的数学原理》达到高潮。沃尔夫勒姆认为"传统科学"未能建立起解释宇宙复杂性的理论，靠数学方程做不到这一点。所以他要发动一场新的"科学革命"，革命的内容就是要用简单的电脑程序取代数学方程。沃尔夫勒姆所钟情的这种简单的电脑程序就是上文介绍的元胞自动机。《新科学》首先用元胞自动机完成了乘法、除法运算，和求素数、求平方根、求π值，甚至解偏微分方程。并把一维元胞自动机扩展到多维元胞自动机，产生更高的复杂程度，模拟了雪花、生物细胞等等。沃尔夫勒姆在书中进一步把元胞自动机与周围的真实

3、世界联系起来，弹子球、纸牌游戏、布朗运动、三体问题等等问题中的随机性都可以用元胞自动机来解释；流体的湍流、晶体生长的规律、华尔街股票的涨落也都可用元胞自动机来模拟；还有自然界中的树叶、贝壳、生物色素沉着等，元胞自动机能生成与它们一模一样的图案和形态。沃尔夫勒姆是从物理学开始步入学术殿堂的，他却在物理学领域吹响了最嘹亮的"革命"号角。他很聪明地构建了一种"保守的"的元胞自动机，这种元胞自动机产生的无序性是可逆的。这种保守的、可逆的元胞自动机与热力学第二定律发生冲突。沃尔夫勒姆进一步认为宇宙也是一台元胞自动机，空间、时间、

4、引力、相对论和量子力学也是这台宇宙元胞自动机所呈现出来的各种表象。他还深信，宇宙元胞自动机的初始规则，用他的"数学"软件来表达，也许只有几行命令。沃尔夫勒姆最后对他的元胞自动机理论作了进一步阐述和提高。他指出规则110元胞自动机是普适的，等价于一台普适图灵机(UniversalTuringMachine)[11]――这一点由沃尔夫勒姆在1985年左右作出猜测，由他的公司雇员库克(MatthewCook)在上个世纪90年代中期给出证明。在书的最后一章给出了几乎可以被称作为"沃尔夫勒姆原理"的"计算等价原理"(thePri

5、ncipleofComputationalEquivalence)：几乎所有达到一定复杂程度的系统都等价于规则110元胞自动机，也即等价于一台普适图灵机。《新科学》的写作似乎就是实践了沃尔夫勒姆钟爱的信条：从简单可以产生复杂。全书巨大的篇幅归根结底只围绕了一个单一的主题――规则110元胞自动机。沃尔夫勒姆从元胞自动机出发招惹了各个学科的各种问题，试图给出宇宙间所有问题的答案沃尔夫勒姆的"新科学革命"波及了如此广泛的专业领域，他的一些"过激"言论自然遭到一些领域内专家的反驳。对生物学，他写道："生物系统常被当成自然界中复

6、杂系统的极好例证，人们设想它们的复杂性必定从根本上要比其他系统的要高，这是毫不稀奇的…而我相信，生物系统中许多最为明显的复杂性例子事实上与适应环境或自然选择几乎没有关系。相反，它们主要只是我所发现的基本现象的一个结果。"[12]沃尔夫勒姆以某些软体动物的壳为例，指出这些壳上的图案与一些元胞自动机生成的图案非常类似。而这种类似绝非巧合：壳的图案由一层层的色素分泌细胞(生物细胞)沉淀而成，这些色素分泌细胞与相邻的细胞交换化学信号，其行为与元胞自动机非常相似。这种类似性虽然不是由沃尔夫勒姆首次提出来，但是他进一步指出了某种元

7、胞自动机规则类型中所有可能的规则都可以在不同的软体动物的壳上找到。事实上沃尔夫勒姆所举的只是一些有限的简单的生物学例子，就得出结论说许多生物体上的差异最终几乎都与自然选择无关，这未免过于草率。评论者认为对进化生物学的论述是《新科学》中最站不住脚的部分，[13]也有人批评作者缺乏必要的生物学知识，而元胞自动机也从来没有产生出一种比一条蚯蚓更复杂的生物来，所以沃尔夫勒姆作为一个研究复杂系统方面的专家，就这样冒冒失失地闯入生物学领域，只是愚弄他自己而已。[14]或许应该肯定沃尔夫勒姆在《新科学》里给出了一些好的事例，它们说明

8、自然选择学说还不能解释某一种生物体上的复杂特征。这属于科学，但不是新的。生物学家们知道得很清楚，自然选择学说不能预言某一匹斑马身上的特殊条纹，就好比物理学家们知道通过解算微分方程不能预测一年之后的天气。复杂性和随机性可谓此书的中心论题，但是沃尔夫勒姆一直不对它们作出严格的定义，直到第550页才稍稍正面论及它们。沃尔夫勒姆是从观察者