“总有一天……”

几十年来，我一直在说：“总有一天，我会认真地寻找物理学的基本理论。”好吧，我很高兴今天“总有那么一天”到来，我们将推出Wolfram物理项目在过去的几个月里，准备启动这个项目可能是我有史以来最激动人心的一次。这么多我想了这么长时间的事情都得到了解决。有那么多激动人心的时刻“肯定不会那么简单吗？”还有一种曙光般的感悟：“噢，天哪，它真的会奏效！”

物理是我第一个伟大的智力爱好。我从小就开始出版我的第一篇论文当我15岁的时候。我很幸运，在20世纪70年代末，在物理学的黄金时代参与其中。并不是说我当时试图找到一个基本的物理理论。基本上和所有物理学家一样，我把时间花在了努力研究我们已有理论的结果上。

但这样做让我进步了更多地参与计算机然后我意识到：计算是它自己的范式。用计算的概念来思考世界有很多种方式。它非常强大，而且是基本的。也许比物理学更基础。所以我离开了物理学，开始探索计算宇宙：从某种意义上说，是所有可能宇宙的宇宙。

那是四十年前的事了，从那以后发生了很多事情。我的科学使我发展了技术。这项技术使我获得了更多的科学知识。我做过大型科学项目。我做过大型科技项目。在科学和技术之间，我觉得我正在逐渐建造一座塔，让我看到更多，做更多。

不过，我从来没有忘记过物理。和我一样研究了计算宇宙我忍不住想知道，在这个抽象的计算世界中，是否有某个地方可能是我们的物理宇宙，只是等待被发现。三十年前，我第一次想到这可能是怎么回事在接下来的十年里我发现了一些令人鼓舞的迹象，最后开始向全世界讲述这件事.

我一直在考虑是否真的要把它推得更远。我会在可能的时候谈论它，有时会在非常公开的场合。但我又去做了其他非常令人满意的事情。碰巧我所建立的技术被物理学家广泛使用。但对于大多数物理界人士来说，我基本上是一个前物理学家，有时会对基础物理说一些奇怪和陌生的东西。

与此同时，二十年过去了。我一直希望有一天我能做我的物理项目。但我不知道是什么时候，我的希望越来越渺茫。但是，一年多前，我有了一个小小的想法，解决了我的方法遇到的一个烦人的问题。当我在我们的年度会议上与两位年轻的物理学家谈论这件事时暑期学校他们非常热情。我意识到，“是的，有些人真的很想看到这个问题得到解决。”在我建立和思考了一切之后，我有责任看看是否能做到。哦，顺便说一句，我真的很想做！这似乎是一件有趣又迷人的事情。那么为什么不干脆这么做呢？

我们去年秋天晚些时候认真开始了。我开始做很多新的电脑实验。新想法开始涌现。这真是难以置信。我们开始想出这么多。我的计划是，我们只需尽可能清楚地描述我基本上已经知道的内容，然后将其作为一个项目启动，让其他人参与进来。但这太容易了，太有趣了。我们有了一个新的范式，事情开始发生变化。在我从事科学和技术的这些年里，我从未见过这样的事情。它太棒了。

但我们的计划始终是分享乐趣，现在我们已经准备好了。我们正在发布迄今为止所做的一切（包括所有工具，档案，甚至工作会话视频)我们期待着看看这是否是历史上我们最终找到宇宙基本理论的时候。哦，我终于结束了我半辈子都想做的事情，在某些方面我花了半个世纪的时间来准备。

为什么这个问题还没有解决？

在有记录的历史中，人们一直在思考我们现在所说的基本物理理论。从创造神话，到哲学，再到科学，这是一个漫长的故事。大多数时候实际上似乎答案就在不远处至少达到了当天的解释标准。但问题一直没有完全解决。

如果我相信我们的项目最终走上了正确的轨道，我们现在就知道为什么了。我们之前只是没有现代的计算范式，所以我们没有正确的思维方式。然而，回过头来看，有很多好的想法，都在朝着正确的方向发展。尤其是在最近，有很多数学方法学的发展都是非常相关和符合目标的。

物理的基本理论是什么有什么关系？对于科学界来说，这无疑是一项令人印象深刻的成就。我的猜测是，知道这一点最终会对我们思考事物的一般方式产生深远的长期影响。可以想象，这一理论也将在短期内得到应用。但就年复一年在发展技术、科学甚至理解神学问题方面所做的工作而言，了解物理学的基本理论并不是直接相关的；这更像是一个终极的“背景问题”。事实上，在历史的大部分时间里，人们都是这样对待它的。

早在古希腊时代，几乎每一位严肃的希腊哲学家都有自己的理论。细节有所不同。但有一个主题。不知何故，宇宙中的一切都由相同的事物或反复出现的事物组成。也许都是水。也许是四个因素。也许是柏拉图固体。也许是原子。也许世界就像语法中的句子一样被组合在一起。在我们今天看来，这些似乎相当模糊，几乎是寓言。但有一个重要的想法：我们在世界上看到的一切可能实际上都是一些简单和形式化的结果。

随着几个世纪的过去，“自然法则”的概念变得尖锐起来，有时甚至带有计算的感觉。“上帝只能通过自然法则来管理世界”，或“宇宙是上帝实现的思想”。17世纪带来了用数学模型来描述世界的整个想法。虽然这对物理学中可以研究和计算的内容产生了巨大影响，但它并没有立即改变人们对宇宙最终可能由什么组成的想法。它仍然只是微小的微粒（AKA原子），尽管现在被认为是受到引力的束缚。

但真正开始改变的是整个观念，即对宇宙应该有任何可以推理的“明确解释”：也许只有关于宇宙的方程才是正确的，这就是所能说的，有点像欧几里德的几何学公理。但大约在同一时间，系统实验科学开始兴起，并隐式地出现了这样一幅图景（与关于机器学习的现代辩论产生了迷人的共鸣）：物理学应该包括找到能够代表符合实验数据的理论的方程式。

在19世纪，随着数学物理达到可以处理偏微分方程的程度，场的概念变得流行起来，人们开始认为宇宙是“所有场”。首先是乙醚（以及相当好的想法原子可能是乙醚中打结的旋涡). 后来人们想知道电磁场是否能成为一切的基础。当电子被发现时，人们想知道是否一切都是由电子构成的。等等。但一个关键的主题是，要想弄清楚关于宇宙的事情，你要么只做实验，要么用已知的方程进行计算：你不应该能够对宇宙进行推理。

这让1905年的狭义相对论大吃一惊：因为人们又一次通过抽象推理来计算物理。但不知何故，这加强了“相信数学”的概念，例如，我认为这是物理学史上最重要的错误转折之一，出现了“时空”的数学概念，其中（尽管我们有强烈的直觉）空间和时间被视为“同类事物”。

介绍1915年的广义相对论-除了给我们引力理论之外，它还带来了“高端”现代数学（在这种情况下是张量和微分几何）可以为物理学提供信息的概念。这是20世纪20年代量子力学和量子场论发展时的一项重要方法输入。是的，很难“理解”这个理论。但实际上，数学是正在发生的事情的智力基础，应该指导它。无论如何，这就是让人计算事物的原因。“解释”与其说是物理学，不如说是哲学。

自古以来，哲学家就一直在讨论空间是什么的问题。欧几里德含蓄地用他的第一个定义“点是没有部分的”做出了相当明确的陈述：即点没有离散性，或者换句话说，空间是连续的。时间微积分产生于17世纪末，人们想当然地认为空间是连续的，位置是连续的变量。

在不同的时间，笛卡尔、黎曼和爱因斯坦都有自己的疑虑但是微积分所提供的数学方法论的力量太大了。然而，在20世纪30年代，量子计算中开始出现无穷大的问题，随着量子化的盛行，人们几乎开始认为空间也必须量子化。但在当时基于计算的思想中，没有人能够做到这一点，除了一些重要的例外，空间可能是离散的这一概念基本上从物理学中消失了。

与此同时，基于微积分的数学方法在推进物理学方面发挥了巨大作用。量子电动力学（QED）和广义相对论都特别成功，似乎要解决物理学中的一切问题，就必须把数学学好。

但是还有粒子。μ介子。π介子。超子。有一段时间，一切似乎都是由电子、光子、质子和中子组成的。但到了20世纪50年代，粒子加速器开始发现数十种新的“基本”粒子。这些都是什么？

哦，它们都被强大的核力量束缚在一起，核力量把原子核凝聚在一起。尽管在QED方面取得了巨大成功，量子场论而它的“只需工作，一切都是循序渐进”的数学似乎并不适用。因此，发展了一种不同的方法：S-矩阵理论。它在数学上很精细（许多复杂变量的函数），在某些方面很优雅，但在某种意义上非常正式。与其说“这是事物如何从底层构建的”，不如说“这里有一些数学约束。无论它们有什么解决方案，都会发生。不要问为什么。”

当涉及到粒子时，有两种方法。与量子场论完全一致的是，所有这些粒子内部都有更基本的东西，一种新的称为夸克的粒子另一种方法与S-矩阵理论相冲突，它设想了一种更“民主”的方法，不同的粒子都只与某种一致性条件有关。

在20世纪60年代，这两种方法相互竞争。S-矩阵理论无疑是Regge理论和后来的弦论的领先产物。有量子场论的想法，比如QCD，但它们看起来并没有什么希望。但到了20世纪70年代初，人们开始清楚地认识到夸克是真实存在的，并在1973年发现了渐近自由现象，量子场论得以保存。

1974年，一种新的夸克被意外发现，物理学进入了一个快速发展的黄金时代，基本上是由量子场论推动的。（是的，我是与此有关，这很有趣。）很快，标准模型出现了，一切似乎都很吻合，似乎又一次，这只是一个计算的问题，一切都可以解决。

还有一些谜团：例如，为什么这些特殊的粒子具有这些特殊的质量？但有一种方法，有一种感觉，这一切都会以某种方式解决。故事的一个重要部分是李群理论的运用（这是一个在20世纪50年代进入物理学的“高端数学”）。哪一组是宇宙中的一组？标准模型包括三组：SU（3）、SU（2）和U（1）。但这些都能被合并成一个单一的、更大的群体吗，也许是SU（5）或SO（10）——一个单一“大统一”模型？大约在1980年，一切看起来都很有希望。

但有一个关键预测：质子应该是不稳定的，衰变的，尽管非常缓慢。但后来实验开始了：没有质子衰变。粒子物理学要做什么？有新的理论，有新的粒子。但没有新的粒子出现。与此同时，人们使用标准模型进行越来越多的计算。一切都在继续。一位小数，二，三，四。

做这些计算很困难，但不知怎么的很常规。粒子物理似乎已经进入了一个类似原子物理和核物理的阶段，在这之前，它实际上只是一个计算需要什么的问题。

但这一切都有裂痕。这就是重力。是的，量子场论在粒子物理中很有效。但当它被应用于重力时，它真的一点用都没有。这对于计算有关标准模型的内容并不重要。但它表明，还有其他一些东西必须在物理学中解决。

与此同时，引力理论在广义相对论的基础上稳步发展，自1915年以来一直未变。直到20世纪50年代左右，人们一直希望将广义相对论推广到一个“统一场论”中，该理论可以涵盖“物质”和引力。（事实上，这里又有一个好主意，关于“一切都是由空间构成的”。）但这并没有奏效，例如爱因斯坦评论说，这可能是因为人们错误地认为空间是连续的。

广义相对论是一个困难的数学理论，充满了什么是真实的，什么是“数学”的问题。它并没有像量子场论那样受到人们的关注，但到了20世纪60年代，人们对它的理解越来越深入，开始进行敏感的实验测试，很明显，黑洞之类的东西是对该理论的真实预测。宇宙微波背景的发现提高了人们对宇宙学的兴趣，尤其是对早期宇宙的兴趣。

在某种程度上，曼哈顿计划的成功推动了第二次世界大战结束时的粒子物理学。但一代人已经过去了，到了20世纪80年代末，似乎不再需要花费数十亿美元来建造下一个粒子加速器。但就在那时，宇宙学的研究开始越来越多。越来越多关于早期宇宙的细节。星系周围的暗物质似乎越来越神秘。

不知何故，宇宙学的这一进展只是强调了弄清粒子物理（和量子场论）如何与广义相对论结合的重要性。但该怎么办呢？

在20世纪70年代末粒子物理学的黄金时期，又注入了一种“奇特的数学”，这一次是围绕纤维束和代数拓扑。最初的应用程序（QCD方程的瞬时解）无法实现。但是，在纯数学和理论物理的前沿之间开始发展一种新的交流。

随着传统粒子物理的停滞不前，人们越来越重视量子引力。首先是超重力，这是夸克模型和群论“让我们找出更多粒子”传统的一种延伸。但很快，焦点转向了新的东西：弦理论。嗯，实际上，这一点也不新鲜。20世纪60年代，弦理论作为S-矩阵倡议的一部分得到了发展，但遭到了拒绝。但现在它被重新设计，并以足够的活力指向量子引力，到了20世纪80年代末，大部分粒子物理学家都在研究它。

它与实验上可见的任何东西都没有真正联系。它也有各种奇怪的问题，比如暗示宇宙应该是26维的，或者可能是10维的。但物理界一直致力于此，理论不断被修补，同时变得更加复杂。但是，尽管物理并不是那么令人信服，但数学中开始出现了一些副产品，它们在高端纯数学的不同领域形成了优雅而重要的联系。

20世纪90年代中期，高端数学再次回归物理学，带来了M-理论——它似乎奇迹般地将弦理论中不同的方向编织在一起。有一段时间，有人声称M理论就是“它”——物理学的基本理论。但希望逐渐破灭，几乎没有什么可展示的。

不过，还有另一个边界。20世纪70年代，一个最初相当脆弱的计算表明黑洞——而不是“完全黑色”-由于量子力学的结果，应该发射粒子有一段时间，这基本上是一种好奇，但慢慢地，计算变得更加流畅，从某种意义上看，整个黑洞似乎都有足够的数学完善性，可以像研究小粒子一样研究它们。20世纪90年代末，从弦理论的数学中，出现了所谓的AdS/CFT对应关系——广义相对论极限情况和量子场论极限情况之间的详细数学联系。

我认为没有人会声称AdS/CFT本身就是一个基本的物理理论。但在过去20年里，它稳步发展，可能成为基础物理的核心希望，从数学上暗示了各种深层联系——事实上，它们看起来可能实际上与我们最近发现的非常吻合.

上一次对物理学基本理论产生广泛的“我们就快到了”感觉大概是在1980年左右，20世纪90年代中期又出现了一次短暂的转折。从那以后，物理学的焦点肯定转向了其他领域。但也有一些倡议，其中许多实际上可以追溯到20世纪70年代及之前，这些倡议仍在物理和数学社区的各个角落继续进行。扭曲理论。因果集合理论。环形量子引力。旋转网络。非交换几何。量子相对论。通常，这些努力似乎越来越疏远，有时甚至近乎不切实际。但到目前为止，我们的项目带来的一件美妙的事情是，实际上，这些举措中数量惊人的核心形式看起来是直接而丰富的。

但是，找到物理学基本理论的其他方法又如何呢？现实地说，我认为最近的景观相当贫瘠。物理界之外有源源不断的人提出建议。但是，由于没有与量子场论和广义相对论联系起来，它们中的大多数都受到了极大的限制。是的，这些都是数学上复杂的理论，需要一个物理博士的学习才能理解。但它们是我们目前掌握的关于物理学已知知识的最好的操作性总结，如果不与之联系起来，基本上就是抛弃了20世纪物理学所取得的一切成就。

物理的基本理论还没有被发现，这令人惊讶吗？如果像我想的那样，我们现在终于走上了正确的轨道，那么就不，不是特别的。因为它需要一些直到最近才被开发出来的想法和范式。当然，要想找到物理学的基本理论，你必须努力尝试，并且你必须相信这是可能的。在这里，最大的障碍可能是物理作为一个企业的规模。在20世纪中叶取得成功后，物理学变得伟大，成为物理学家成为了人们的最高愿望。但随着规模的扩大，出现了制度化和惰性。

大约一百年前，这是一小群人最初发明了两大理论（广义相对论和量子场论），这两大理论基本上定义了上个世纪的基础物理学。我认为他们中的任何人都不会感到惊讶，因为要取得进一步的进展，就需要新的想法和新的方向。但对于大多数现代物理学家来说，也许有六七代学术界人士远离这些领域的创立者，嵌入到一个具有特定做事方式的大型结构中，即现有的想法和方向，以及可以用它们做的事情，这似乎是唯一可行的方法。因此，如果在正常的科学过程中，物理的基本理论没有出现，也没有出现，那么最终几乎是一个集体结论，即找到它一定太难了，甚至是不可能的。而不是物理或物理学家应该做什么。

那么谁来做呢？有很多可能性。它必须是一个非常了解主流物理学方法和成就的人，或者，从本质上说，是一个物理学家。它还必须是一个对当前物理世界及其存在的思想、偏见和“市场力量”没有太深入了解的人。哦，这需要工具和资源。拥有从事和领导大型项目的经验并没有坏处。当然，这需要有信心和决心去尝试一个大而困难的项目，而很少有人会相信，这也是对实际找出答案的浓厚兴趣。

我们现在启动的项目几乎没有发生。如果再过几年的话，很肯定就不会了。但事情就这样排成一行，一扇小窗户被打开了。我对结果感到非常激动。但现在让我再多讲一点关于它是如何来到这里的故事。

故事的开始

20世纪60年代，作为一个在英国长大的孩子，我认为太空计划是一种未来的灯塔但当我想知道宇宙飞船及其仪器是如何工作的时候，我意识到我必须学习物理——很快我就离开了太空，开始深入研究物理。

当我开始阅读我的第一本大学物理课本时，我大概11岁，12岁时，我编写了一本“简明物理目录“111页精心打印的物理信息和数据：

所有这些信息收集都有明确的“Wolfram|Alpha公司-主义”。“可视化”预示着人们对信息呈现的终身兴趣。但我的简明目录还有其他内容：列出“基本粒子”的页面。很快，这些就成了我最大的痴迷。介子。卡翁。μon。级联超子。对我来说，它们是科学界的终极故事，我很快就学会了它们的所有怪癖（“零度K不是它自己的反粒子！”“负ω有奇异性-3！”）

我在13岁那年夏天写了一本132页、单行距、打字的书。”亚原子粒子物理学”. 当时，我基本上没有向任何人展示过它，47年后的今天看到它真是奇怪。这基本上是对粒子物理的一种阐述，以历史的弧线讲述。其中一些与我在这篇文章的前一节中所写的内容惊人地相似，除了时态的变化和美国化：

读我13岁的自己对量子场论的解释（还不错），或者读我对一个正当的μ介子理论的权威描述，我猜我是从中发现的，这真是太棒了新科学家结果证明这是完全错误的。

第二年夏天，我写了一篇230页的论文”弱相互作用简介“，展示了我最喜欢的一些基本粒子，并展示了对量子力学和场论的相当好的掌握：

很快，我就达到了粒子物理学的边缘，但到目前为止，我所做的基本上是阐述；我并没有真正尝试去发现新的东西。但到了1974年夏天，人们越来越清楚，物理学正在发生一些意想不到的事情。几项实验显示，电子-正电子湮没截面出现了意料之外的上升，然后在11月份，更引人注目的是，发现了J/ψ粒子。这真是一个大惊喜，起初人们都不知道发生了什么事。但14岁的我决定自己去想办法。

那是很久以前的网络时代，要获得最新的信息并不容易。但从我不上学的时候住的地方出发，骑自行车去最近的大学图书馆大约需要6英里，我经常这样做。很快，我就提出了一个理论：也许与人们长期以来认为的相反，电子实际上不是一个点粒子，而是有内部结构的。

那时，我已经读了很多学术论文，很快我就读了我自己写的我试了两次，但后来，我发表了第一篇论文，完整无缺，我现在注意到，我以真正的学术风格引用了我早期的作品：

这是一篇富有创意、文笔得体的论文，但在技术上有点薄弱（见鬼，我只有15岁），而且，至少在当时，它的主要思想没有实现。当然，这一切都有讽刺意味。因为45年后，在我们当前的基础物理模型中，电子再次不是点粒子！不过，早在1975年，我就认为它的半径可能是10^-18米；现在我想可能是10^-81米。所以，至少在15岁的时候，我就错了63个数量级！

作为一名“青少年物理学家”有其有趣的特点。在我的寄宿学校伊顿公学)，当我收到一封写给“S.Wolfram博士”的邮件时，我感到非常有趣。很快，我开始了一日游，去牛津大学参加物理研讨会，并与国际物理界的“真正的物理学家”互动。我认为我被视为一种奇异的现象，通常被称为“孩子”。（几年后，当我的一个孩子，在一个完全不同的领域里早熟时，获得了同样的昵称，我感到很有趣。）

我真的很喜欢物理。我想尽可能多地做物理。我有过早在1973年就开始使用计算机-基本上做物理模拟到了1976年，我意识到了计算机的重要意义。我不喜欢物理的一点是，它涉及到做各种各样的对我来说乏味的数学计算。但我意识到我可以用电脑为我做这些。不用说，就是这样最终，数学软件，Wolfram|Alpha公司等等。

我16岁离开高中，在英国政府实验室大约6个月后牛津.在这一点上，我是制作物理学论文以一个相当不错的速度，报纸也越来越好。（或者至少在我17岁的时候，我第一次遭遇学术盗窃。）

大部分时间我都在工作粒子物理学-当时是物理学中最热门的领域。但我也对热力学第二定律的起源，特别是它与重力的关系等问题很感兴趣。（如果事物总是变得更加无序，星系是如何形成的，等等？）由此（以及“宇宙中的反物质在哪里？”等问题）我对宇宙学以及不可避免地将其与粒子物理学联系起来。

如今，每个人都知道这种联系，但当时很少有人对此感兴趣。

然而，粒子物理学是一个完全不同的故事。几乎每周都会有令人兴奋的发现，最优秀、最聪明的人都会进入这一领域。QCD（夸克和胶子理论）正在兴起，我花了很多时间做了一些“显而易见的”计算。当然，我有我的秘密武器：电脑。我从来没有真正理解为什么其他人不使用它们，但对我来说，它们是至关重要的。他们让我找出了其他人无法找到的东西。我认为编写程序的过程也让我成为了一名更好的物理学家。看看我那时候的论文，符号和结构变得越来越清晰，这可能适合未来的终身语言设计师。

在牛津呆了一年多，现在以我的名字写十篇物理论文，我“辍学”，去了加州理工学院作为一名研究生。对我来说，这是一个非常富有成效的时期。在巅峰时期，我每隔几周就写一篇物理论文，涉及很多主题。（很高兴看到这些论文中的一些在40年后的今天仍然被引用。）

加州理工学院当时是粒子物理的世界中心，几乎每个人都有过这样或那样的经历。他们中的大多数人都比我大得多，但我还是认识了他们——不仅仅是物理文献中的名字，而是有着各种怪癖的真正的人。

默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）和理查德-费曼是当时加州理工学院物理学界的两大巨头。我和费曼相处得特别好，即使以他竞争激烈的方式，他也会经常哀叹他的年龄是我的三倍。（从这些事情发生的方式来看，我现在和我第一次见到他的时候一样大……）

一年多之后，我整理了一些我写的论文，正式获得了博士学位，并在加州理工学院担任了一个很好的研究教职。我大约10岁的时候就有了“成为物理学家”的目标，而现在，20岁的我实际上是一名正式的物理学家。

“那现在呢？”我想知道。我想在物理方面做很多事情。但我觉得自己受到了电脑工具的限制。实际上，在获得博士学位的几周内，我决定花时间构建我需要的工具。这就是我如何开始发展我的第一大计算机系统和语言.

我处理它有点像自然科学中的一个问题，试图发展一个理论，找到原理等。但它与我以前做过的任何事情都不同：它不像宇宙那样受到宇宙的约束。我只需要发明一些抽象的结构，这些结构可以组合在一起，而且很有用。

我构建的系统（我称之为SMP，用于“符号操作程序”)有各种各样的想法，有的好，有的不太好。最抽象、最模糊的思想之一与控制递归评估的工作方式有关。我觉得它很整洁，也许很强大。但我认为没有人（包括我）真正理解如何使用它，最终它实际上被降级为脚注。

但具有讽刺意味的是：该脚注现在是一个基础物理模型中的前沿与中心问题。还有更多。在我构建SMP的时候，我也在思考物理学中的规范理论。所以我在想递归控制和规范不变性两件完全无关的事，至少我是这么想的。直到最近，当我意识到在某种基本意义上他们实际上是一样的!

“你不能离开物理”

构建SMP的第一个版本花了几年时间。我继续做粒子物理，尽管我已经感觉到场在冷却，我的兴趣开始转向更一般的理论问题。SMP是我的第一个大型“实用”项目。它不仅涉及到各种软件工程，还涉及到管理团队，并最终创建了我的第一家公司。

我认识的物理学家已经知道我正在远离物理学。他们会说：“你不能离开物理学。”。“你真的很擅长这一点。”我仍然喜欢物理，尤其喜欢它的“让我们想想看”态度。但现在我不仅仅是把这种方法应用于量子场论和宇宙学；我还在语言设计、软件开发、创业以及其他方面使用它。而且效果很好。

在创办我的第一家公司的过程中，充满了公司与大学之间互动的前沿问题，最终导致我离开了加州理工学院。就在这时，我决定我需要从我的主线“成为物理学家”活动中休息一下，花点时间做“有趣的事”。

我一直在思考自然界中复杂的事情是如何发生的。我最喜欢的两个例子是神经网络（是的，早在1981年，尽管我从未想出如何制作它们做任何有用的事那时）和自重气体。在我的“只是玩得开心”的方法中，我决定尽我所能制作最简单的模型，即使它与这些例子或正式的“物理”没有太大关系。

我花了那么多时间开发SMP，基本上习惯于从头开始创建抽象的东西，这可能对我有所帮助。但无论如何，我想到的是0和1数组的简单规则。我很确定他们不会做任何有趣的事。但对我来说，在计算机上运行它们基本上是微不足道的。我就是这么做的。而且我的发现太神奇了并逐渐改变了我的整个科学观和真正的整个世界观，播下了种子，我相信，这些种子现在给我们带来了一条通往物理学基本理论的道路。

我所看到的基本上是一些我们可以想象得到的最简单的程序。我假设这么简单的程序只能以简单的方式运行。但以下是我在第一次计算机实验中实际看到的内容（这里的渲染比我原来的打印输出要清晰一些）：

&#10005 图形网格[分区[表[ArrayPlot[CellularAutomaton[n，{{1}，0}，{40，All}]]，{n，0，63}]，8]，图像大小->完整]

是的，有些行为很简单。其中一些涉及漂亮、可识别的分形图案。但还有其他事情要做，比如我一直以来最喜欢的——我称之为“规则30”:

&#10005 数组图[CellularAutomaton[30，{{1}，0}，200]]

起初，我不明白我看到了什么，我确信，从某种程度上说，基本规则的简单性最终必须迫使行为变得简单。我尝试使用物理、数学、计算机科学、统计学、密码学等各种方法来“破解”这些系统。但我总是失败。渐渐地，我开始意识到一些基本的东西正在发生，在运行它们的规则时，尽管它们很简单，但这些系统在本质上创造了某种无法简化的复杂性。

我开始了写论文关于我的发现，一开始是以物理为导向的：

这些论文在物理学、数学以及其他领域，如生物学，都受到了好评。（也许它在某种程度上帮助了这一点向历史先例致敬-我把我的模型称为“细胞自动机”，虽然我指的是抽象细胞，而不是生物细胞。）

与此同时，我搬到了高级研究所在普林斯顿（那里仍然有人讲述他们与库尔特·哥德尔和“约翰尼”冯·诺依曼还有他的电脑，是的，我的办公室就在爱因斯坦曾经工作过的楼上。我开始围绕研究“复杂性”以及它是如何从简单的规则中产生的展开整个努力。渐渐地，我开始意识到，我在1981年那次小小的计算机实验中所看到的，实际上是一件非常重大的事情的第一个迹象。

回首往事，我把这个实验看作是我个人的一个模拟，即把望远镜对准天空，看到木星的卫星。但真正的挑战是要理解我所看到的东西的重要性——这最终花了我几十年的时间。但第一步只是开始思考，不要用我在物理学中使用的方法，而是从根本上用计算，把计算不仅仅当作一种方法论，而是一种范式。

1984年夏天，我想我终于开始认真地理解计算作为一种范式。那年初夏，我终于认识到了规则30的本质：一个强大的计算系统。然后，为写一篇文章科学美国人（名义上是“科学和数学中的计算机软件“）-我想出了这个词”违背了计算不可化归性”，并开始理解其重要性。

那个秋天我写了一篇短文概述了与物理学的对应关系，以及计算不可还原性对物理学的基本影响（现在在我们当前的项目中显得尤为重要）：

高级研究所对我来说有一件好事，那就是它很小，不仅有物理学家，还有很多世界级的数学家。（我与迈克尔·阿蒂亚和罗杰·彭罗斯我在牛津的时候是关于数学-物理的，但在加州理工学院，它是物理，什么都不是。）两位顶尖的数学家，约翰·米尔诺和比尔·瑟斯顿，他们都对我的细胞自动机感兴趣。但是，尽管他们可能会尝试，但他们几乎无法证明什么；它们基本上撞上了计算不可约的墙。

是的，有数学中的不确定性从哥德尔定理开始我们就知道了。但数学家通常研究的数学基本上是为了避免遇到这种情况。但仅仅是“从计算宇宙中提取出来”，我的细胞自动机无法避免这种情况。最终，我们的物理项目也会遇到同样的问题。但在过去几个月里，一件很好的事情变得清晰起来，那就是在我们的物理模型中，实际上有相当一层计算可简化性——这对我们连贯地感知世界的能力至关重要，同时也使数学变得有用。

但回到故事上来。除了从事基础科学之外，我还有一个为科技公司做咨询的“爱好”。其中一家公司的名字非常糟糕思维机器公司这使得大规模并行计算机恰好非常适合运行细胞自动机。在一个努力为他们的电脑找到用途，我决定看看是否可以用元胞自动机模拟流体流动这个想法不是从流体流动的标准物理方程开始，而是只需要有很多具有非常简单规则的计算粒子，然后看看是否会出现大规模的流体流动。

事实证明，由于我对热力学第二定律的兴趣，我实际上试过与1973年的情况非常相似，这是我写的最早的程序之一。但当时我没有看到任何有趣的东西，部分原因是人们可能会认为这是一种技术上的厄运，但可能更重要的是，我还没有掌握能够让我理解正在发生的事情的范式。但在1985年，我确实明白了，它很简洁：从没有立即包含物理内容的微小计算规则出现了一篇物理学文章这通常用物理方程来描述。是的，现在看起来所有的物理都是这样工作的，但我们会讲到这一点。

到了1985年，我已经非常清楚地认识到，人们可以使用计算范式及其周围的方法来探索各种各样的现象和问题。但对我来说，“杀手级应用程序”是理解复杂性的起源，并试图建立一个通用的“复杂性理论”。这不是物理学，也不是数学，也不是计算机科学。这是一件新鲜事。我称之为“复杂系统理论（至少在一段时间内，避免使用一个预先存在且完全不同的计算机科学领域，即“复杂性理论”）。

我当时25岁，但在科学方面已经相当成熟，我早期在物理方面的工作获得了“主流声誉”，在复杂性和实际计算方面的工作也给我带来了很大的动力。我很喜欢自己做复杂系统的研究，但我认为要真正取得进展，需要更多的人参与。所以我开始组织。我推出了一款期刊（至今仍在蓬勃发展）然后我与大学（和其他地方）进行了交谈，看哪里是建立研究中心的最佳地点。

最后我选择了伊利诺伊大学1986年秋天，我以物理学、数学和计算机科学教授兼复杂系统研究中心主任的身份去了那里。这是一个很好的设置，但我很快意识到它不适合我。是的，我可以组织事情（是的，现在我已经做了一半以上的CEO了）。但我在组织自己的事情时做得最好，而不是在另一个组织中。最重要的是，我喜欢做像科学这样的事情——我自己。

所以很快，我就采取了B计划：我不想让很多人来帮助推动我想完成的科学，而是让自己尽可能高效，然后我会尝试自己做我认为应该做的事情。但我首先需要的是好的计算工具。所以我开始构建Mathematica，现在Wolfram语言，为了创办我的公司，沃尔夫勒姆研究公司.

我们1988年6月推出了第一版Mathematica我认为可以公平地说，这是一个瞬间的成功。物理学家对它特别感兴趣，很快它就引发了一个有趣的转变。在Mathematica之前，如果一个典型的物理学家需要在计算机上计算某个东西，他们会把它委托给其他人来实际操作。但Mathematica首次将计算提高到“高水平”，物理学家自己也可以进行计算。多年来，我们用自己制造的工具进行了大量的物理研究，这真是太棒了。（很高兴多次被告知，除了互联网之外，Mathematica是这一代物理学研究中最大的方法论进步。）

几年来，Mathematica和我们公司的快速发展完全消耗了我的精力。但到1991年，很明显，如果我全神贯注于此，我可以产生比我们公司多得多的想法，以当时公司可能吸收的规模计算。因此，我决定是时候执行我计划中的下一步了，并开始实际使用我们开发的工具，做我想做的科学。因此，1991年，我成为了一名远程CEO（我仍然是)并开始了我的“科学项目”。

也许它可以应用于物理学

很快，我就为我计划写的一本书准备了一个目录，它将贯穿计算范式对复杂性和其他事情的影响。其中一部分是探索：进入计算领域，研究程序的功能，另一部分是应用：看看如何将我学到的知识应用到不同的科学领域以及其他领域。我不知道最终会发现什么，但我认为写这本书的过程可能需要一两年的时间。

我的第一个问题是我在细胞自动机中发现的现象究竟有多普遍。他们是否依赖于并行更新？他们依赖于离散细胞吗？等等。我开始做电脑实验。我经常会想“这最终是一种不会做任何有趣事情的系统”。我一直在犯错。我发展了一个咒语，“计算动物总是比你聪明”。即使你可以给出各种各样的论据，解释为什么这样的系统不能做任何有趣的事情，它也会找到一种让你惊讶的方法，并做一些你永远无法预测的事情。

发生了什么事？我意识到这是一个非常通用的东西，对于任何系统来说都是非常基本的。我称之为计算等效原理现在，这是我很多思考的指导原则。它解释了违背了计算不可化归性它为我们提供了一种组织计算宇宙的方法。它告诉我们心灵的力量。它向我们展示了如何思考人工智能的可能性。它为我们提供了关于外星情报。它为我们提供了一种想想自由意志现在它似乎给了我们一种方法来理解关于我们对可能的物理宇宙的感知的一些终极问题。

我想是在1990年，就在我开始读书项目之前，我开始思考如何将我的想法应用于基础物理。出现了一场“数字物理”运动（尤其是涉及到我的朋友艾德·弗雷德金)使用细胞自动机来模拟基础物理。但坦率地说，这让我很反感。我会听到“我在我的细胞自动机中发现了一个电子”，但这听起来像是胡说八道。“看在上帝的份上，学习物理学中已经知道的东西！”，我会说。当然，我喜欢细胞自动机，但从字面上讲，由于它们对空间和时间的刻板固有概念，我认为它们永远不会比寓言或实际物理的玩具模型更具破坏性，我不喜欢这样。

但是，好吧，不是细胞自动机。但什么样的潜在计算结构可能实际起作用呢？我很确定它必须是一种没有自己固有的空间概念的东西。我立刻开始考虑网络。

像细胞自动机这样的东西非常干净，很容易定义，并且可以在计算机上编程。网络——至少在最明显的形式上——不是。我第一次尝试学习基于网络的系统是在1992年，后来作为“第五章：两个维度及其以外”. 和我研究的其他类型的系统一样，我发现网络系统可能会产生复杂的行为.

到1993年我已经学习了很多种抽象系统我正在整理我计划书的目录，并开始问这样的问题：“这一切能做什么？”给我们讲讲生物学?” “什么关于人类感知?” “数学?” 这很令人兴奋，因为每次我看到一个新的领域时，我都会意识到“是的，我在计算宇宙中发现的东西真的告诉了我们这里新的有趣的东西！”

因此，最终在1994年，我决定尝试解决基础物理问题。我有一整排后来成为我的书的草稿，我刚把1994年的版本取下来。已经有了“第九章基础物理”，但内容仍处于萌芽阶段。它在1995年和1996年期间逐渐增长。然后在1997年，它出现了：“空间作为网络”, “时间和因果网络“等。

我已经了解了如何将空间作为离散网络的极限，以及不同可能的图更新序列如何导致不同的时间线程。我提出了因果不变性的概念，并意识到它意味着狭义相对论。我也开始了解空间曲率是如何工作的，但我还没有“掌握”广义相对论。

我有那时候我所有的笔记本（他们现在甚至在我们的在线档案). 现在把它们拉起来，意识到当时屏幕有多小，有点奇怪。但大多数情况下，一切都还在运行，我可以看到我是如何开始搜索“规则”的，它可以构建类似于我们宇宙的东西。

那时我已经进入了“一年”图书项目的第六年。一开始我把书叫做复杂性科学但即使到了1994年，我也意识到这是一个更大的故事，于是我将这本书重新命名一种新的科学有一个完整的知识大厦需要发现，我决心解决所有“显而易见的问题”，这样我才能连贯地描述它。

从个人角度来看，这无疑是我做过的最难的项目。我仍然在远程CEOing我的公司，但每天从傍晚到早上6点，我都会从事科学工作，煞费苦心地想办法弄清楚我能做的一切。如果天气好，我会写一整页书。有时我会花一整天的时间计算一个数字，结果会在后面的笔记上打印出来。

当我第一次开始写这本书的时候，我和人们聊了很多。但他们总是说“这个怎么样？那个怎么样？”！我有一个计划，如果我要完成这个项目，我知道我必须坚持下去，不要分心。所以我基本上决定成为一名隐士，集中精力做这个项目，并且不与任何人谈论此事（除了我确实有一系列研究助理，包括一些非常有天赋的人）。

几年过去了。我30岁后不久就开始写这本书。现在我快40岁了。但是，慢慢地，无情地，我正在浏览目录，并接近尾声。2001年，我回来进行最后润色第9章到那时，我对广义相对论如何在我的模型中工作有了一个很好的想法，但在2001年，我得到了它：广义相对论的推导，有点类似于时空从我16年前的推导的简单细胞自动机中流体流动的出现.

最后，在2002年，经过十年半的日常工作，我的书完成了。我所想象的可能是一本大约150页的简短“小册子”已经变成了一本1280页的大部头，近三分之一的单词背面的详细注释。我希望这本书是一种基于计算范式的新型科学的展示（正如它的标题所说），并通过研究简单程序的计算宇宙来获得信息。

但我想包括一些“用例”，物理就是其中之一，还有生物学、数学等等。我认为我在物理方面所做的是一个非常有趣的开始，并提供了大量证据证明计算范式将提供一种重要的新方法来思考基础物理。现在回想起来，我意识到整整100页的一种新的科学致力于物理学，但当时我认为它们大多只是支持我正在开发的新型科学价值的论据。

“请不要做那个项目”

一种新的科学 2002年5月14日推出，并迅速登上畅销书排行榜。我不认为有一种完美的方式可以向世界传递伟大的想法，但我在努力“打包”我所理解的内容，并尽可能使我的书变得清晰易懂方面所付出的所有努力似乎都得到了回报。这很好：许多人似乎都获得了这本书的核心思想。然而，回过头来看，值得注意的是，媒体对这本书的报道经常谈论物理学，以及宇宙可以用一个简单的程序来描述的想法（标题如下“宇宙是计算机吗？”和“宇宙密码”).

但作为一个研究科学史很长一段时间以来，我都很清楚，如果我试图介绍的新范式像我认为的那样重要，那么它必然会遭遇诽谤者和敌意但令我惊讶的是，几乎所有的敌意都来自一个领域：物理学。很多物理学家都很乐观，但我的书似乎触动了其他人的神经。

作为一个几乎终身热爱物理的人，我没有看到任何冲突。但也许从外表上看卡通在一个我的书评在中《纽约时报》（标题非常有先见之明）可能捕捉到：

如果当时存在社交媒体，那无疑会有所不同。但事实上，这是一场毫无节制的游行：从拿着干草叉的诺贝尔奖得主，到一个通过“证明”我的物理“错了”而开始职业生涯的学生。为什么他们感觉如此强烈？我认为他们认为（他们中的一些人也这么告诉我），如果我是对的，那么他们用传统数学方法所做的一切，以及他们建造的所有美好的东西，都会被扔掉。

我从来没有这样想过（讽刺的是，我把我的生活建筑变成了用于支持这些传统数学方法的工具). 但当时没有社交媒体，我没有有效的回应方式。（公平地说，除了“我不认同你的信念”或“读一读这本书的内容……不要忘记后面的注释!”.)

但不幸的是，这一切造成了一个牺牲品：物理。正如现在所证明的（我很高兴），我的想法与物理学中所做的并不冲突，它们实际上是完美一致的。是的，基础不同。但所有这些传统的数学方法现在都得到了额外的力量和相关性。但我们又花了18年的时间才发现这一点。这几乎没有发生。

很有意思观察想法的总体进展我在中讨论过一种新的科学最引人注目的是（我当然也不是唯一的责任人）在三个世纪后平静而迅速的转变——新的事物模型不是基于方程式，而是基于程序。几乎每个地区都发生过这种情况。除了一个显著的例外：基础物理。

也许这部分是因为模型中的数学复杂性塔是那里最高的。也许这是因为基础物理作为一个领域发展的特定阶段，而且事实上，它在很大程度上处于“建立现有模型”阶段，而不是“新模型”阶段。

在我的书出版几个月后，我在大学等地进行了一次大型巡回讲座。人们会问各种各样的事情。但几乎在任何地方，都会有人（通常是物理学家）询问基础物理。但是，令我有些失望的是，他们的问题往往是哲学性的，而非技术性的。不知何故，将这些思想应用于基础物理的想法有点太危险了，无法讨论。

但我决定，无论其他人怎么想，我都应该看看取得进展需要什么。因此，在2004年，我开始扩展我迄今为止所了解的内容。我的探索比以前更加流畅，很快我就开始写作了对那里发生的事情的总结:

但有件事让我心烦。不知怎的，我的模型有点脆弱，有点做作。至少按照我的形式主义，我不能只是“写下任何规则”；这有点像写下数字，但它们必须是质数。还有一个更技术性的问题。为了使狭义相对论和广义相对论的推导有效，我需要一个因果不变量我的搜索很难找到一些重要的例子。

就在试图找出解决办法的过程中，发生了其他事情：我开始着手Wolfram|Alpha公司在某种意义上，Wolfram | Alpha是一种新的科学在这本书之前，我假设要构建一个严肃的计算知识引擎（这是我从小就以某种形式感兴趣的东西）人们首先必须解决人工智能的一般问题。但我的计算等效原则的含义之一是，在“智能”和“纯粹计算”之间没有明显的界线。这意味着，凭借我们所有的计算能力，我们应该已经能够构建一个计算知识引擎。

所以我决定尝试一下。当然一开始我们不知道它是否可行。（世界上有太多的数据吗？使其可计算吗？理解自然语言是否太难吗？等等）但它确实有效。2009年，我们启动Wolfram | Alpha.

但我仍然对我的物理项目充满热情。2010年2月，我将其作为我在TED上的演讲TED团队最初将其命名为“计算万物理论“（令人困惑的是，现在似乎也有一个同名对话的版本”计算所有知识的理论”）。最近有人提醒我告诉观众我致力于看到这个项目的完成，“看看在这十年内，我们能否最终掌握我们宇宙的规则”。

好吧，现在是2020年4月。因此，我们没有做到“十年内”。尽管差不多10年后，我们现在启动了Wolfram物理项目，我认为我们终于走上了这条路。

那么为什么这件事没有早点发生呢？坦白地说，回想起来，它应该有。如果我知道我现在知道的，我绝对会做的。是的，我们的Wolfram语言技术已经在这十年中变得更好，这使得项目变得相当容易。但回顾我在2004年所做的一切，我现在可以看到我完全走在了正确的轨道上，当时我几乎可以完成我现在所做的一切。

从我的《简明物理目录》开始，我一生中做过的大多数项目我都做过，最重要的是因为我对它们感兴趣，因为我认为我会发现它们在智力上很有成就感。但特别是随着我年龄的增长，还有一个越来越重要的因素：我发现我从做一些我认为其他人会觉得有用的项目中获得乐趣，也会从中获得自己的成就感。使用我构建的工具，如Mathematica和Wolfram|Alpha以及Wolfram语言一种新的科学以及我的其他书籍和作品，效果很好，这让我非常满意。

但是物理项目有一个问题。因为在2002年我有效地“测试了市场”之后，我的核心“目标客户”（即对基础物理感兴趣的物理学家）似乎并不想要这个项目。事实上，他们中的一些人直截了当地说：“请不要做那个项目”。

我个人认为这个项目会非常有趣。但这并不是我认为唯一有趣的项目。基本上我说“不，让我不要在人们根本不想要的项目上投入太多精力”。

我到底做了什么？过去十年对我来说最重要的主题是Wolfram语言作为全尺寸计算语言以及我越来越意识到拥有这种语言的重要性。我认为这是发展计算范式的关键一步，也是计算使之成为可能和我们人类思考事物的方式之间的关键联系。

它为我们提供了一种表达自我和组织思想的方式——用计算的方式。我认为它在某些方面类似于四百年前数学记数法的创立。正如这推动了数学科学和数学思维的现代发展一样，现在我相信拥有一种全面的计算语言将开拓所有“计算X”领域的发展，并充分发挥计算思维的潜力。这不仅仅局限于科学。通过以下想法计算合同我认为这将告诉我们我们的世界在运转未来几年，以及我们想如何塑造（通过伦理学等）人工智能的功能，以及我们如何定义人类状况的未来.

它还没有变得那么明显。但我认为计算语言最终将被视为我们这个时代的一个关键思想。它还有一个罕见而有趣的特点，那就是既有基础性又有创造性。它是关于“深入研究”，以发现我们的思维和计算所能实现的本质。但它也与语言的创造性设计有关。

就我个人而言，这在很多方面都是一个理想的项目。它涉及在尽可能多的领域发展深入的理解。它涉及到持续不断地发挥创造力。这也是一个大项目，得益于组织技能和资源。我真的很高兴在过去的十年里花了这么多时间。

有时我会想它是如何与基础物理相比的。在实践层面上，构建一种计算语言就像建造一座越来越高的塔，人们可以从中逐渐看到更远的东西，偶尔也会发现新的应用和含义。基础物理更像是一个一次性的项目：你尝试一种基础物理的方法，要么奏效，要么无效；并没有那种逐步构建东西的感觉。

在我看来，计算语言也开始像一个比基础物理更基本的项目，至少对我们人类来说是这样。因为这是关于计算的普遍性和我们思维方式的普遍性，而不是关于我们“碰巧存在”的物理宇宙的具体情况。当我想到遥远的未来（连同我的“万亿灵魂盒子”形象）时，物质世界似乎与人类状况的本质越来越不相关。作为一种“无实体的数字灵魂”，宇宙的底层“机器代码”是什么并不重要；你只是在抽象计算的层次上操作。因此，也许物理学的基本理论最终只是一个“实现笔记”。（正如我现在从我们最近的发现中认识到的那样实际情况更加微妙以及更具哲理性的魅力。）

尽管我主要关注的是计算语言及其含义，但我还做了很多其他的事情。偶尔我甚至写物理我一直在思考基础物理项目。我想知道，有没有一种“积极”的方式来完成这个项目，让尽可能多的人看到它完成后会感到高兴？

我想为完成我所开始的工作提供一份奖品。我在2007年有过这样的经历，当时亚历克斯·史密斯获胜这个我为证明我的猜想而设立的奖项一个特定的图灵机是通用的，从而建立了最简单的通用图灵机。事实上，去年秋天我提出了一些关于规则30的长期问题的新奖项。但对于基础物理学，我认为奖项是行不通的。对于图灵机问题或规则30问题，有人“突然介入”并找出答案是现实的。对于基础物理来说，有很多想法需要学习，只是为了开始。

我经常和我的物理学家朋友谈论基础物理项目。（我通常甚至不会尝试与我不认识的物理学家交流；他们只是好奇地看着我，我可以看出他们很不安地怀疑我是不是弄丢了弹珠。）但即使是与朋友交流，当我开始描述项目的细节时，我不认为在18年的时间里，我能让任何人的注意力保持15分钟以上。很快，我就会问“那么，就你而言，物理学有什么新的东西？”然后我们就开始讨论弦论、粒子现象学、共形场理论等等。（有时他们会说，惊讶于我的关心，“哇，你还真的知道这些东西！”）

然而，几年前，我对基础物理项目有了一个想法：为什么不把这个项目作为一个教育项目呢？或多或少地说，“我们将尝试攀登科学界的珠穆朗玛峰。我们不知道是否会成功，但你可能会很高兴看到我们在攀登过程中所做的一切。”毕竟，当我与非物理学家或孩子们谈论这个项目时，他们常常非常激动和好奇。通过在STEM教育和鼓励人们学习科学方面的所有努力，我认为这将是一个很好的机会。但每当我真正考虑做这个项目时（我仍然认为我们只是在“开始攀登”；我不知道我们能走到现在这样的地步），我又回到了“物理学家的问题”（或我给他们起的绰号是“phyzzies”）。我没有解决办法。

就这样，年复一年，我试图寻找物理学基本理论的计划落空了。

两位年轻物理学家和一个小想法

过去17年中的每年——从下一年开始一种新的科学出版后，我们举行了一次年度暑期学校最终总会有一群优秀的学生（大多是大学、研究生和博士后）。对我（以及我们的一些研发人员）来说，这已经成为一个每年一次、每三周探索各种新想法的机会。早年，暑期学校专门关注我书中的内容（它最初是为了解决人们要求我们指导如何进行书中的科学研究的问题）。近年来基本上成为所有方面的人我和我们公司开发的方法。

但从一开始到现在，每年都有一些学生说他们想继续学习”第9章”. 由此产生了许多有趣的项目，尽管很少有人真正使用我开发的完整网络模型，主要是因为这些在技术上太难在三周内完成的项目中使用。

然而，在2014年年轻学生刚刚从莫斯科州立大学（Moscow State University）获得物理学学位的学生来到了暑期学校（Summer School），他决心研究基于网络的基础物理模型。正如他的项目描述开始时所说：“最终目标是找出物理学的基本理论。”他的实际项目是对具有平面保持规则的网络的长期行为进行细致研究。第二年，现在在莫斯科完成了物理学硕士学位，这个学生的名字是马克斯·皮斯库诺夫-第二次来到暑期学校（我们很少允许），继续他的基础物理网络模型的工作。

暑期学校毕业后，他非常渴望继续研究这些模型，并问我是否可以成为他的博士顾问。我说不幸的是，我不再从事那个行业了，更不幸的是我不知道目前有哪位活跃的物理学家适合我。事实证明，他成功地找到了一所大学，那里有物理学家正在研究“网络科学”——尽管最终他们显然告诉他“你研究物理的网络模型太冒险了；没有一个明确的成功标准”。

我不时会问马克斯，听说他要去攻读“传统”宇宙学和粒子物理学的博士学位，我有点失望。但是，2018年，马克斯再次出现在我们的暑期学校，他真的很想研究基于网络的基础物理模型。我说我也很想研究它们，但就是没有办法。他说他至少想尝试为它们编写更精简的代码。

在接下来的几个月里，我偶尔会和马克斯通电话，每次我都觉得我真的应该在这个项目上做点什么；我拖得太久了。

但后来我有了一个小主意。我一直在说，我想要的模型是尽可能最小和无结构的。然后我会说，网络是我知道的获得这些信息的最佳方式，但可能还有其他方式。但是，尽管我在Wolfram语言的工作中考虑了很多抽象结构，但我从来没有真正想出任何我满意的东西。截至2018年9月9日。

我在问自己：抽象表示、计算、数学等的核心是什么？好吧，我意识到，我应该知道！因为从某种意义上说，这就是我这些年来一直试图在Wolfram语言和之前的SMP中建模的东西。实际上，40多年来，我所做的一切基本上都建立在同一个最终的潜在答案上：符号表达式的转换规则。

它是Wolfram语言的基础（也是SMP的基础）。那么，为什么我从来没有想过用它来建立基础物理模型呢？主要原因是，不知何故，我从未完全意识到，如果一个人“把所有内容都去掉”，就会留下一些有用的东西。大多数时候，我们都在为符号表达式定义转换规则，这些符号表达式对我们有一定的用处和意义，例如，它包含我们认为“表示某种东西”的函数。

有点令人震惊的是，这么多年过去了，我基本上又犯了同样的错误：含蓄地认为系统的设置“太简单了，它无法做任何有趣的事情”。我想这些年前我在细胞自动机方面很幸运，因为它很容易尝试一个实验，所以我做了它，只是“一时兴起”。

但在2018年9月，我觉得抽象美学比其他任何东西都更能激励我。我意识到可能有一种优雅的方式来表示事物——即使是与我在20世纪90年代研究的基于网络的模型有着模糊相似之处的事物。我的个人分析记录下用了大约8分钟写下基本内容：

这就是：一个基本上由一行Wolfram语言代码定义的模型。它非常优雅，也很好地概括了我长期思考的网络模型。尽管我的描述是用语言设计语言写成的，但我也有一种感觉，这个模型几乎在数学上是纯粹的。但它会有什么有趣的作用吗？很快，我就开始做我似乎一直在做的事情：进入充满可能性的计算宇宙并探索。我立刻发现了一些事情，比如：

当人们看到由细胞自动机产生的方阵时，我们的人类视觉系统非常善于给我们一个复杂程度的印象。但对于图形和网络这样的东西来说，这种方法效果要差得多，尤其是在它们的渲染中，不可避免地会有更多的任意性。

我想做更多的系统研究，但我预计这会有点复杂，我当时正处于设计的最后阶段对于Wolfram语言版本12与此同时，Max亲自创建了一些优化的低级代码。但在2018年秋季，他从研究生院休息了一下，在硅谷的Lyft工作，研究自动驾驶的机器视觉。不过，到2019年1月，他已经运行了代码，在试用几分钟后，我发现：

这会很有趣。但我仍在做其他事情，马克斯又要来暑期学校了，所以我又把它搁置了几个月。

5月24日，夸克的发明者、我在加州理工学院认识的物理学家默里·盖尔曼去世。作为我的传统，我花了几天时间写关于他的讣告在这样做的过程中，我开始思考很久以前在粒子物理学中我非常喜欢的所有东西。但在过去40年里，他们发生了什么？

我开始在网上四处看看。有些事情确实有所进展。我一直称之为1115MeV的λ的质量现在被测量为1115.683兆瓦。我对一级近似值的计算现在已经进行了三级。但总的来说，我感到震惊和悲伤。那些曾经让人激动不已，并曾是粒子物理学的骄傲的东西，现在却几乎没有成为维基百科上的存根。这片美丽的田野发生了什么？我感觉就像看到了一座曾经繁华辉煌的城市，现在几乎被遗弃，在某些方面成了废墟。

当然，这通常是科学的节奏：一些方法学的进步会引发一个黄金时代，一旦用这种方法学可以轻松获得的一切都完成了，人们就会面临一个漫长而艰难的过程，在出现一些新的方法学进步之前，这个过程可能会持续一个世纪。

但是在六月去暑期学校的时候，我又在考虑如何做我的基础物理项目。

马克斯当时在场。所以作为一名教师乔纳森·戈拉德乔纳森第一次来到2017年暑期学校就在他最后一年在伦敦国王学院（King’s College London）读数学（+理论物理、计算机科学和哲学）本科之前。自17岁起，他就一直在发表各种主题的论文，最近一次发表的是图同构的新算法他说，在暑期学校，他想在“第九章”的背景下研究宇宙学，或者研究与数学基础相关的东西。

我建议他尝试一下我认为是老生常谈的东西：找到一种好的符号化方法来表示和分析自动校样，就像我以前做的那样2000年最简单的逻辑公理系统虽然当时我不知道，但这是一个非常偶然的选择。但事实上，乔纳森投身于这个项目，并为后来的工作——Wolfram语言功能——埋下了种子发现等式证明.

乔纳森于2018年回到暑期学校担任讲师，负责监督无限列表和代数密码等项目。现在，他在2019年再次担任讲师，现在也成为剑桥大学的研究生，有着不错的奖学金，名义上是在一个研究广义相对论的小组中。

按照计划，乔纳森、马克斯和我将在暑期学校“谈论物理”。我满怀希望，但这么多年后有点悲观。我认为我的小想法定义了一条新的、直接的途径，可以用来做什么。但我仍然不相信有一个“好方法来做这个项目”。

但后来我们开始讨论一些事情。我开始感觉到越来越强烈的责任感。这些想法需要加以探讨。马克斯和乔纳森对他们很感兴趣。我有什么理由不去追求这些想法，看看它们能去哪里？如果我们仅仅因为我在这方面的工作被推迟了就无法找到物理学的基本理论，那不是很可怕吗？

当然，也有技术和物理方面的问题。2004年让我陷入困境的一个大问题是，我很难找到既有非平凡行为又具有因果不变性的规则的例子。”生成单个时间线程”. 为什么我这么在意因果不变性？首先，因为它给了我两者的推导特殊的和广义相对论但在哲学上对我来说更为重要，因为它避免了一些我认为非常不可取的东西：一种量子力学的观点，其中有一棵巨大的可能历史树，无法在它们之间进行选择。

乔纳森在暑期学校的早期曾说过几次，他不明白我为什么如此担心因果不变性。我一直在后退。然后有一天，我们进行了一次长途跋涉，乔纳森向我们解释了他的一个想法（他了解自己，可能就是在那里想出的）。如果基本规则不需要具有因果不变性，因为我们的观察者会通过分析事物的方式隐含地添加它，那会怎么样？

这个想法到底是什么？这是乔纳森在自动化定理证明方面的知识的应用，融合了广义相对论的思想，并将其应用于量子力学的基础。（基本上，他的概念是，我们观察者，因为我们就像我们观察的系统一样分支，有效地定义“引理”来帮助我们理解我们观察到的东西，这些引理导致了具有因果不变性的有效规则。）

起初我持怀疑态度。但16年前，没有找到足够的因果不变性的问题一直是一个障碍。如果这个问题能够解决，感觉就像是一个巨大的砝码。因此，走到最后，我确信，是的，即使规则不是明确的因果不变量，也值得研究，因为它们仍然可以被我所称的“乔纳森量子力学解释”“保存”（乔纳森更喜欢更正式的术语“完成解释”，指的是创建引理的过程，在自动定理证明中称为“完成”）。事实证明，因果不变性究竟是内在的还是“在观察者的眼中”，仍然没有定论。但就我而言，乔纳森的想法至关重要，因为它为探索这些模型扫清了道路，而无需首先对因果不变性进行大规模搜索。

这又花了大约一个月的时间，但最终在8月10日，我给乔纳森和马克斯发了一张我们拍的照片，说“原始照片……还有……*我终于准备好工作了*！”

哦，天哪，它真的会起作用！

2019年8月29日，对我来说是一个重大的生日。令人震惊的是，我很快从“房间里最年轻的人”变成了最年长的人。但现在我已经60岁了。我做了一个“展望未来”直播那天，几天后，我在我的生日聚会上发表了演讲。这两次我都这么说了，最后，我要在我的项目中认真努力，找到物理学的基本理论。我对自己说：“这是我大半辈子都在谈论的事情；如果我现在不做，是时候放弃我会做的想法了。”

“也许它会起作用，也许它不会”，我心里想。“但这是我最后一次发现的机会，所以让我们试试看。”于是我们开始了。我最初的计划在某种意义上相当温和。我想把我已经研究过的东西拿出来，在我的新模型的背景下“修饰一下”，然后把所有的东西都拿出来，让其他人来帮助我，我预计这将是一个漫长而艰难的基础物理理论学习过程。

第一步是构建工具。不错，精简的Wolfram语言工具Max已经写了一些核心仿真功能但现在的问题是要弄清楚可视化、枚举和各种形式的分析。如何最好地显示超图？列举规则的正确方法是什么？等等。

但到了10月中旬，我们已经掌握了基本知识，到了10月末，我几乎把日历上的所有东西都清理干净了，只留下了“首席执行官最基本的东西”，准备暂时“做物理”。感觉有点像回到了20世纪70年代的我。除了一个巨大的区别：现在我拥有了整个科技大楼，这是我在这40年中花了大部分时间建造的。没有刮擦纸。没有手写计算。只有笔记本和Wolfram语言。用计算术语直接思考的媒介。

这是令人兴奋的。一切都进行得很快。我基本上是直接用这种语言形成我的想法，边走边打字，然后马上让电脑给我显示结果。我觉得电脑就像我想象的那样直接放大了我的认知能力。我甚至开始对项目推迟了几十年感到好些了。因为我意识到，即使我从一开始的唯一目标就是完成这个项目，我最好的机会还是首先构建Wolfram语言。

不过，有些事情让我感到紧张。早在1991年，当我开始从事一种新的科学，我也有快速发现的经验。但当时发生的事情是，我无法停下脚步，十年来，我一直在埋头苦干，不断探索。从智力上讲，这是非常有益的，但就个人而言，这是极其艰苦的。我不想再经历这样的事情。所以我决定，与其一直坚持到我们“回答了所有明显的问题”，不如找出连贯地解释这些想法所需的最低限度，然后把它交给世界分享进一步研究的乐趣。

很快，我们开始概述网站。会有很多技术信息和说明。会有一个著名宇宙登记处对于我们确定的候选模型。为了减轻我认为可能会是一个进度极其缓慢的项目的负担，应该有“宇宙陷阱”。在我打算写的网站的首页上，我略带歉意地写道：“我们将尝试寻找物理学的基本理论。这可能是错误的方法，也可能是错误世纪，但我们无论如何都会尝试。”。

但与此同时，我几乎把醒着的每一个小时都花在了“尝试”上。我在研究数千条规则，慢慢建立直觉。我们在谈论我所看到的可能与物理学中的东西有关，比如空间、时间、量子力学和广义相对论。它变得越来越有趣。

我过去曾模糊地思考过的事情，现在我们开始在我所执行的规则中非常明确地看到了。我们知道得足够多，知道要寻找什么。但是抽象地思考某件事与看到实际的例子是非常不同的。有很多惊喜。这么多“我从没想过那个“s。但是，看了示例之后，人们就可以开始建立一个抽象的框架。没有示例，人们就不会有想象力想出这个框架。但是，一旦看到它，它往往看起来令人疯狂地“显而易见”。

我们的第一个大目标是了解空间的本质。用来表征空间的数学结构是如何从我们的简单规则中产生的？我想我早在20世纪90年代就知道了基本答案。但现在我有了一个更精简的模型和更精简的工具，我想加强我的理解。

我生成了数千个可视化画面：

我想如果我活得早一个世纪，我就会成为一名动物学家。我在这里所做的是一种动物学：试图将这些规则的奇怪形式和习惯分类，并确定它们的科和门。这是对计算宇宙中看不见的部分的一瞥；我们人类没有什么特别的理由可以理解。但我非常确信，至少其中一些规则会与我们已经知道的事情联系起来。所以我开始寻找例子。

我每天做的大部分事情都可以在一台电脑上完成。但现在我需要搜索数百万个案例。方便的是，对Wolfram语言中的并行计算很快，我就征用了大约100个内核，并且我可以立即并行化每一个计算。（我也被设置为使用外部云服务，但大多数时候，我进行的计算速度都是100倍，要么只需几秒钟，而且是我“交互式思维循环”的一部分，要么很容易在自己的机器上运行一整夜，早上看到它们产生的结果时会有轻微的兴奋。）

当我在20世纪80年代和90年代研究细胞自动机之类的东西时，我常常打印出无数个小缩略图阵列，然后浏览它们，输入我认为值得再次查看的标识符。现在，这一切都变得更加精简了，笔记本上有图像，只需单击即可选择。但我如何才能自动查看所有这些规则？

几十年来，我在研究计算宇宙的过程中学到了一件事，那就是认真对待我的口头禅“计算动物总是比你聪明”。你认为你已经想出了一个万无一失的测试来捕捉有这样那样行为的规则。好吧，一些规则最终会有办法绕过它，做一些你从未想过的事情。我发现，最终，抓住意外的最好方法是使用自己拥有的“最广泛的”工具，这通常意味着自己的眼睛。

很快，人们开始对自己看到的各种形式进行心理分类。如果一个人用语言描述它，他最终会用我们习惯的对象（“毛球”、“海胆”等）来描述它们。在现代，这暗示了一种获得帮助的方法：使用机器学习像我们一样受过训练，来区分这些不同种类的东西。因此，我经常制作简单的图片阵列要素空间打印，其中“看起来相似”的表单被分组在一起。

这意味着，只要一眼，我就可以看到可能存在的意外离群值。我以这种方式查看了7900万条规则的特定集合（只需稍加过滤）。第一个I找到这个-这似乎更符合我童年对太空的兴趣，比如对宇宙飞船的兴趣，而不是对太空基础物理的兴趣：

&#10005 资源函数[“WolframModel”][{{1,2,3}，{1,4,5}}->{{3,3,6}，}6,5}，5,6}}，{{0,0,0}，}，500，“最终状态图”]

很快我也会发现了这样的东西:

我猜不到会有这些东西。但找到它们后，它们可以与现有的数学思想联系起来（在本例中，是关于流形的）。但是，看到这些例子嵌入到如此多的其他例子中，而这些例子并没有立即与我们所知道的任何东西联系起来，人们不禁怀疑我们现有的数学思想是否可以被推广，这是否可能是理解空间如何从我们的基本规则中产生的关键。

无论是在早期历史还是在现代，数学都受到了自然世界的启发。现在我们看到它受到了计算世界的启发。如何将曲率推广到分数维空间？拥有一个尺寸平滑变化的空间意味着什么？诸如此类。它们是通过观察计算世界而提出的优雅而有趣的数学问题。

有可能我们模型的计算世界中的一切都会立即陷入计算不可约性，而数学思想基本上是无能为力的，就像我在20世纪80年代研究细胞自动机时那样。但到了去年11月，情况开始明显不同了，在现有理论物理的数学传统和我们需要了解的模型之间有了一座桥梁。

一旦有了复杂的数学，我们就可以开始依赖它了。但是为了探索，我们仍然需要使用眼睛之类的东西。这使得可视化变得至关重要。但在我们的模型中，最终会出现图或超图。如今，我们已经有了Wolfram语言中很好的自动化工具，可以想出“好”的方法来布置图形。但它总是武断的。如果我们能“从本质上”理解图表，那会更好。但不幸的是，我不认为我们人类真的是为此而生的。或者至少我不是。（虽然几年前，在计算机能够做到之前自动化图形布局，我曾经寻找过人类的“图形去角化器”发现了一个比其他人都出色的年轻学生。有趣的是，她后来成了杰出针织品设计师.)

但为了帮助“理解”图形，我确实有一个计划——实际上我在20世纪90年代初第一次考虑这些事情时就已经制定了这个计划：使用VR真正“进入”并体验图形。所以现在，随着虚拟现实再次流行，我决定尝试一下。我们仍在开发全交互VR环境用于操纵图形，但一开始我只是尝试使用VR来探索静态图形。是的，这有点有用。但对我来说，有一个实际问题：迅速陷入运动病。我想这是一种职业危害。但我在学习基础物理时并没有料到这一点。

在我们的模型中对空间有了更好的理解，我们开始更仔细地研究像我以前推导的爱因斯坦引力方程这样的东西。乔纳森加强形式主义和数学很明显，这不仅仅是一个将我们的模型与现有数学物理联系起来的问题：我们的模型实际上是在澄清现有数学物理。过去纯粹、抽象的数学依赖于人们现在可以看到的“公理化”假设的潜在任意集合，而这些可能来自更明确的结构。哦，可以通过显式运行来检查假设。

做一些类似的事情推导爱因斯坦方程从我们的模型来看，在某种程度上并不特别容易。它不可避免地涉及到一连串的数学推导。纯粹的数学家常常对物理学家倾向于“破解”微妙的数学问题的方式感到有点震惊（“这些极限真的可以互换吗？”“人们能唯一地定义那个参数吗？”等等）。这在许多方面都是一个极端的例子。

当然，我们也不知道事情是否正确，因为至少在很多情况下，我们可以运行一个模型来测量事情，并明确检查发生了什么。但我确实感觉有点不好。在这里，我们提出了漂亮的数学想法和问题。但我所能做的就是野蛮地破解它们，我一直在想“这些东西值得一个真正欣赏它们的数学家”。希望他们能及时得到。

随着11月的过去，我们开始发现越来越多的问题。似乎我们的每一次谈话都会有有趣的事情发生。我不知道这一切会走向何方。但作为一名忠实的数据保存者，我认为是时候开始记录我们的对话，以及我自己的实验和其他项目工作了。到目前为止，我们已经积累了431小时的录音.

我们将在网上提供这些录音。而且有Wolfram语言演讲到文本它很容易加工他们的音频，并获得表示项目流程的单词云：

多么可怕的时机！

所以我们是在二月中旬。事情比我想象的要好。我们正在紧张地工作，准备向世界展示一切。我们设定了一个日期：2020年3月16日。我们在计划公告，技术文件，一个800页的书，一个广泛的网站，实时流，外联。将其作为一个项目启动所需的各种事情，并向人们解释。

但与此同时，与其他许多人一样，我们也在关注冠状病毒疫情的发展。我要求我们公司的数据科学和生物团队开始管理数据并使其可用我一直在研究一些流行病模型，其中一些甚至是用细胞自动机完成的。我注意到一种流行病在人类网络中的传播与超图中测地线球的增长惊人地相似。

我们该怎么办？我们继续前进，稳步核对项目管理跟踪清单上的项目。但随着3月16日的临近，很明显出现了疫情。美国开始关门。我做了一个AMA讲述了我作为29年临时CEO的经历物理会议现在与关闭办公室的会议交织在一起。我们公司的许多人都向我指出，艾萨克·牛顿在1665年提出了微积分和他的引力理论的核心思想，当时剑桥大学因瘟疫而关闭。

我在两种想法之间摇摆不定：一种是认为在这样一场世界性危机中谈论物理学的基本理论几乎是无礼的，另一种是觉得人们可能喜欢分散注意力。但最终我们决定等待。我们会把一切都准备好，然后停下来。

毕竟，我想，在等待了30多年来完成这个项目之后，再多几个星期又是什么？

现在发生了什么

如果你正在读这篇文章，这意味着我们的项目终于发布了。我们开始了我在这里描述的漫长旅程的下一阶段。我忍不住附和了1686年艾萨克·牛顿在他的序言中的话普林西米亚“我衷心地恳请大家宽容地阅读我在这里所做的一切；并请大家审查我在这个如此困难的问题上所做的努力，与其说是为了谴责，还不如说是为了弥补它们的缺陷。”

但从那时起，世界发生了变化，现在我们可以发送推文然后做实时流。我很高兴我们能弄清楚这一点，尤其是因为我认为这是如此优雅，如此理智。有时当我在做粒子物理时，我会想“这有点老套，但如果我们的宇宙就是这样工作的，那就顺其自然吧”。现在，我们似乎生活在这样一个优雅的宇宙中，我感到非常自豪。

四十年前，我以为我会成为一名物理学家。事情并不是这样发展的，我对所发生的一切感到非常高兴。但现在，在经历了几十年的“荒野”之后，我又回来了。不只是“做物理”，而是试图攻击它的中心。我很确定，如果我过去40年是一名物理学家，那么这样的事情是不可能发生的。在这种情况下，取得进步几乎不可避免地需要一种奇怪的结合，即既有内部知识，又“成为局外人”。

当然，我们还没有结束。我认为我们终于有了一条通往物理学基本理论的道路。但我们还没有做到。我现在希望的是，我们可以启动一个项目，使我们成功实现这一目标。

这将需要物理学家、数学家、计算机科学家和其他人的参与。这需要想法和工作，可能还需要相当长的时间。我希望这将是一项全球性的努力，可以在学术和其他环境中进行。大部分将是分散的努力。

我个人期待着继续深入参与——我希望我们能够建立一个实质性的集中努力，将数十年来我们在从事极具挑战性的研发项目方面的经验应用于该项目，以尽快取得进展。

我很荣幸能“在适当的时间、在适当的地点”发现我们的发现。物理在我的早年为我做了很多，我很高兴能在这么多年后有机会“回报”。我迫不及待地想知道，随着我们深入了解物理学的基本理论，会有什么进展。但在我生命的这个阶段，也许我最大的快乐就是看到别人从我投入到这个世界的事情中获得兴奋和满足。并为下一代12岁的物理爱好者提供一些东西。

所以，让我们一起去寻找物理学的基本理论吧！这将是伟大的！