"Теория всего" от Стивена Вольфрама: краткое и понятное объяснение

Математический гиперграф — важнейшее понятие среди концепций С. Вольфрама

Стивен Вольфрам — британский физик, математик и программист. Более 20 лет он разрабатывал свою версию «теории всего», которая раньше вызывала в основном критику и разногласия, но сейчас становится все более популярной.

Что такое «теория всего»? «Теория всего» — научно-популярное понятие, обозначающее гипотетическое понятие, которое предполагается интегрировать в единое целое. Квантовая физика и теория относительности — две основные научные теории современной физики, каждая по-своему прекрасно функционирующая, но парадоксальным образом несовместимая с друг друга.

Опять же нет ничего плохого в том, чтобы напомнить вам, почему они не сочетаются (это также важно для лучшего понимания концепций С. Вольфрама). Фактически, квантовая физика требует дискретной природы пространства, времени и гравитации. То есть квантовая физика постулирует существование неделимых частиц пространства и времени, а также элементарных частиц (гипотетических «гравитонов»), передающих гравитационные взаимодействия. С точки зрения квантовой физики можно сказать, что наш мир построен из мельчайших неделимых (дискретных) частиц или кирпичиков. С точки зрения некоторых концепций квантовой физики, если пространство может состоять из дискретных элементов, то время может вообще не существовать на фундаментальном уровне и является всего лишь иллюзией восприятия (например, согласно уравнению Уилера-ДеВитта) процесс имеет направленность, которая существует только для наблюдателей внутри Вселенной, но не существует для гипотетических наблюдателей вне Вселенной).

Теория относительности, наоборот, предполагает непрерывность, то есть непрерывность и «бесшовность» пространства и времени, а под гравитацией здесь имеется в виду лишь геометрический эффект искривления непрерывного пространства, и частиц, несущих гравитацию, нет. В этой теории гравитация «не квантована», поэтому теория относительности противоречит квантовой физике.

Кстати, о соотношении дискретности и непрерывности задумывались древние греки, пытаясь решить знаменитую загадку Зенона. Таким образом, вопрос о том, является ли наш мир дискретным или непрерывным, обсуждался на протяжении веков и сегодня принял форму научного исследования Теории Всего.

Гипотетическая теория всего примиряет две фундаментальные теории и почти точно объясняет, как устроен мир, каким мы его знаем. Да, открытие Теории Всего, возможно, не станет концом физики и поставит множество новых вопросов, но станет настоящим прорывом в науке. Что предлагает Стивен Вольфрам?

Прежде всего стоит отметить, что сам С. Вольфрам выразился весьма непросто. Свои книги и статьи он писал довольно сложным языком, который могли полностью понять лишь немногие специалисты.

После моего первого знакомства с творчеством С. Вольфрама я почувствовал, что его концепция слишком громоздка и сложна и, следовательно, бредительна. Теория Всего не может быть такой неуклюжей, как я думал. Как и многие обычные люди и даже некоторые учёные, интересующиеся наукой, я надеюсь, что теория всего может быть красивой и простой, как формула E=mc^2. Позже я понял, что «корявым» был только язык С. Вольфрама, а сама идея была очень изящной.

Так в чем идея? Стивен Вольфрам рассматривает нашу Вселенную как математический объект, который постоянно рассчитывает себя по довольно простому правилу.

Каким математическим объектом является Вселенная? Согласно Вольфраму, Вселенная представляет собой гиперграф, то есть некую структуру, состоящую из вершин (точек) и ребер (линий), соединяющих эти вершины. Граф развивается по какому-то правилу или алгоритму.

То есть, если говорить очень грубо и упрощенно (иначе надо сослаться на статью самого С. Вольфрама), то ситуация выглядит так. Изначально Вселенная на самом деле представляла собой нульмерную точку, но эта точка начала повторять себя по определённым правилам, создавая странные комбинации и в конечном итоге образуя сложный гиперграф.

С. Вольфрам на своем математическом аппарате показал, как такие гиперграфы можно разрабатывать по различным алгоритмам для генерации уравнений квантовой физики и теории относительности. Кажется, что эти уравнения растут в соответствии с концепцией С. Вольфрама, точно так же, как сложные узоры и формы, такие как фракталы, могут «вырастать» в больших масштабах из простых элементов. Гиперграф развивается по простым правилам, постепенно производя материю, энергию и различные физические взаимодействия.

Еще неизвестно, каковы будут конкретные правила развития нашего гиперграфа. Возможно, это будет одна и та же простая и лаконичная формула для всего. Здесь мы можем предположить, что если наша Вселенная развивается по одному правилу, то могут существовать и другие вселенные, которые развиваются по другим правилам, — концепция, которая хорошо согласуется с многомировой интерпретацией квантовой физики Хью Эверетта.

Обратите внимание: По словам Стивена Хокинга, внеземные цивилизации и путешествия во времени более вероятны, чем существование Бога.

Но С. Вольфрам считает, что других миров, вероятно, не существует. Все возможные непротиворечивые правила уже реализованы в нашей вселенной, мы воспринимаем ее лишь очень ограниченно с нашей субъективной точки зрения, поэтому мы видим только то, что видим, а не истинное и бесконечное разнообразие.

Вот, кажется, это теория всего! В конце концов оно было открыто, поскольку С. Вольфраму удалось не только объединить теорию относительности и квантовую физику, но и вывести их из своих концепций. Однако не все с этим согласны.

Дело в том, что если в первоначальном варианте теории относительности время и пространство представляли собой единый континуум, то концепция С. Вольфрама требовала несколько иного понимания времени. Время здесь по-прежнему является сущностью, независимой от пространства, представляющей процесс саморасчёта Вселенной, поэтому время однонаправлено и необратимо.

Возможно, по этой причине теория С. Вольфрама не стремится быть принята научным сообществом, поскольку теория относительности надежно подтверждена экспериментами, а ученые не хотят модифицировать устоявшуюся и эффективную теорию.

Более того, С. Вольфрам признал, что если его теория верна, то нам, возможно, придется пересмотреть не только наше понимание времени, но и некоторые другие предположения ТО.

Интересно, что С. Вольфрам известен также как создатель системы извлечения знаний «WolphramAlpha». Это база знаний и набор вычислительных алгоритмов, призванных помочь нам открыть новые знания о мире, основанные на нашем понимании математической природы Вселенной.

О чём-то подобном в своё время мечтал Давид Гильберт, один из величайших математиков в истории. Он пытался доказать, что математика полна и непротиворечива, что позволит нам в будущем почти легко открывать новые знания о мире с помощью чистой математики. Это так называемая Геттингенская программа Д. Гильберта.

Но вернемся к устройству Вселенной. Если С. Вольфрам действительно разработал теорию всего, то с точки зрения этой теории, чем является наш мир на самом фундаментальном уровне: дискретным или непрерывным?

Ответ С. Вольфрама на это таков: Наша Вселенная — это дискретный объект, стремящийся к непрерывному состоянию.

Это значит, что пространство дискретно, то есть оно составлено из мельчайших неделимых «кирпичиков», но этих «кирпичиков» (вероятно, из-за расширения Вселенной) становится все меньше и меньше, поэтому мы их не можем быть захватывается в любом пространстве. Мы не только считаем пространство непрерывным, даже наши теории, предполагающие непрерывность (например, теория относительности), работают прекрасно.

«Строительные блоки» космоса могут уменьшаться быстрее, чем мы сможем уловить их с помощью нашего измерительного оборудования: после того, как мы проведем измерения, эти «строительные блоки» станут меньше, и полученные нами данные перестанут быть актуальными или из-за оборудование несовершенно и по сути иллюзорно.

Возможно, эти дискретные величины в пространстве подобны бесконечно малым величинам в математическом анализе: каждый раз их значение меньше, чем мы можем определить. Мы бесконечно гонимся за этими дискретными вещами, но не можем их догнать, как Ахиллес, который не смог догнать знаменитую черепаху Аполлию Зенона.

Что ж, решение этой древней загадки (о строении Вселенной) в концепции С. Вольфрама, по крайней мере, выглядит весьма уникально и интересно. Однако, как утверждает Нима Акани-Хамед, другой выдающийся современный физик струн, истинная теория всего может полностью подразумевать нефундаментальные свойства пространства и времени.

Концепция С. Вольфрама необычна, и ее трудно принять, поскольку она предполагает довольно противоречивую идею: Вселенная, по сути, не является осязаемой вещью, а является математикой. Однако С. Вольфрам был не единственным, кто придерживался такого взгляда на Вселенную. Аналогичных взглядов придерживаются также М. Тегмарк и В. Ванчурин. Он также считает, что Вселенная — это математический объект. В. Ванчурин считает, что Вселенная подобна нейронной сети, которая понимает сама себя.

Современные физические исследования все чаще включают в себя математику, и это, наверное, хорошо. Возможно, новой научной парадигмой станет фундаментальное математическое понимание Вселенной, а возможно, основой этого понимания станут концепции С. Вольфрама.

Мой научно-философский проект

[Моя] Наука Наука Физика Ученый Теория Длинная статья 17

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: "Теория всего" от Стивена Вольфрама: краткое и понятное объяснение.