试图对抗爱因斯坦与霍金，用点和线搭建宇宙：“新物理学”计划靠谱吗？
撰文 | Sam Baron
翻译 | 贺白
编辑 | 杨心舟
Stephen Wolfram是编程和数学界的一位偶像人物，他是Wolfram Alpha网站的创始人，这个网站致力于使用算法筛选海量信息数据库来回答问题。同时，他还创建了Mathematica——一个被全世界科学家使用的计算机系统。
今年4月，Wolfram启动了一个新项目：Wolfram物理学计划。这项计划是一次雄心勃勃的尝试，旨在创建关于宇宙的全新物理学思想。他宣称，新物理学是基于计算的。其指导思想是，一切事物都可以归结为对基本组成部分的简单规则的应用。
我们为什么需要这个理论？毕竟我们已经有两个非常成功的物理理论了。一个是广义相对论，即关于引力和宇宙的大尺度结构的理论；以及量子力学，即关于物质、亚原子粒子的基本组成及其相互作用的理论。难道有了这两个理论，我们还没有把物理学搞定吗？
遗憾的是，答案是还没有。虽然我们可以很好地解释引力是如何作用于大尺度物体，比如恒星、行星，甚至人类，但我们并不了解引力如何作用于极高的能量或极小的物体。
当我们试图将广义相对论扩展到量子力学所统治的微观领域时，它就行不通了。因此，我们需要更加通用的量子引力理论：这个全新的理论，能将广义相对论和从量子力学的已知部分结合起来。
目前我们研究量子引力的最佳方法是弦论。这一理论已经发展了50年左右，虽然取得了一些成功，但人们对这种方法的异议也在增加。
Wolfram试图为弦论提供一种替代方法，他试图通过名为图论的数学分支来实现这一目标，图论研究的是由线或边连接起来的点或节点群。
想象有一个社交网络平台,这个网络最先会从一个人（假设她叫贝蒂）开始。接下来，我们可以添加一个简单的规则：每个人能添加3个朋友。把规则应用到贝蒂身上：现在她有3个朋友了。之后再把这个规则在每个人身上迭代，很快，就会形成一个复杂的朋友网络。
图片来源：Samuel Baron
在Wolfram的理论中，多次应用一个简单的规则会创建一个由点和连接组成的复杂网络。他的目标，是用几乎相同的方式为宇宙建模。他认为，物理学的目标是找出宇宙图形所遵循的规则。Wolfram想法的关键是一个复杂度适中，形似几何体的图形。例如，一个立方体或类似的图形。
正如点和线的集合可以近似于一个立方体，Wolfram认为空间本身可能是一个将一系列节点编织在一起的网格。图片来源：Samuel Baron
Wolfram认为，极其复杂的图形本质上和其他简单的二维和三维的图形很类似：添加足够多的节点并用足够多的线连接它们，就形成了一种网格状网络。空间本身也可以被认为是一个网格状网络，它以这种方式将一系列节点编织在一起。
复杂的节点网络如何帮助我们调和广义相对论和量子力学？量子理论研究的是具有离散性质的离散物体。而广义相对论却将宇宙视为一个连续体，将引力视为一个连续的力。
如果我们能建立一个理论，它能和广义相对论一样运作，但这种理论是从离散结构，比如图形开始的，那么我们就有希望调和广义相对论与量子力学的矛盾了。如果我们能用一个离散的结构建立一个类似于广义相对论中的几何体，这个理论将更有希望。
Stephen Wolfram认为空间本身可能是一个由复杂的点组成的网格状网络，这些点会通过一个简单的规则连接在一起，这个规则在这个网络中多次迭代。
图片来源：Wolfram Physics Project
尽管Wolfram的计划看上去很有希望，但又确实有一些狂妄了。因为Wolfram即将对抗的是爱因斯坦和霍金曾提出的理论，而他在做这件事的时候，从未在物理杂志上发表过文章。
此外，他的方法并非完全独创。现有的两种量子引力理论——因果集合论和圈量子引力论就和他提出的理论非常相似，不过Wolfram并未在他的宏大计划中提到它们。
不过，Wolfram的项目仍然引人注目。首先，Wolfram有着广泛的受众，他会为推广他所倡导的方法做很多工作。圈量子引力论的支持者一直对弦论在物理学界的主导地位感到不满。Wolfram可能有助于转变物理学由弦论主导的现状。
第二，Wolfram提供了一个非常详细的项目概述，这将使其他人更容易掌握一般方法，并有可能在此基础上作出自己的贡献。
最后需要说明的是，该项目是“开源”的，欢迎公民科学家的参与。也就是说，这件事给了我们在烤电饭煲蛋糕和肝动物森友会之外，能做点别的事的机会，就是这样。
原文链接：
《环球科学》5月新刊现已上市
戳图片立即购买
点击阅读原文，进入订阅页面