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“新”科学家Stephen Wolfram

作者: baiyuzhong 分类:IT名人堂   阅读:20,191 次 添加评论

文 / 卢鸫翔

2011年10月的iPhone 4S发布会上,苹果副总裁Scott Forstall长按Home键,对着那个泛着紫色光晕的话筒问道:

Stephen Wolfram

“离圣诞节还有几天?”

“让我查查,稍等……”

Scott得到了他想要的答案:“82天,也就是两个月零21天,也就是11周零 5 天……”神奇的智能助手Siri就此横空出世,名闻天下。而大部分人并不知道,Siri许多答案都来自Wolfram|Alpha这个智能搜索引擎。

Stephen Wolfram是它的创造者,一位具有传奇色彩的科学家。

Wolfram 1959年出生于伦敦,他几乎获得了所有少年天才有能得到的成就——13岁进入伊顿公学,15岁发表首篇关于粒子物理的学术论文,在牛津大学学习一年之后,进入美国Argonne国家实验室工作。1978年,19岁的Wolfram受诺奖得主Murray Gell-Mann之邀到加州理工学院从事物理研究,一年内获得了理论物理博士学位,继而被学校聘用,从1980年开始与费曼共事。1981年,为了表彰他在物理和计算机领域的早期创新工作,Wolfram获得了麦克阿瑟奖,是当年该奖项最年轻的获得者。

有数据说,70%的创新者,是在自己擅长领域之外获得的成功,比如万维网的发明者Tim Berners-Lee就是一位物理学家。尽管Wolfram的早期科研工作集中于高能物理、量子场理论、宇宙论,但他更为世人所知的成就也在计算机领域。

Wolfram14岁时开始接触计算机,“我一直认为,做研究一定要用最好的工具。70年代中期,计算机在英国还很稀罕。我第一次接触,用的还是纸带,但我很快就成为一个厉害的程序员”,Wolfram回忆说。当时恰逢科学计算兴起,Wolfram很快成为这一领域的先锋,他1979年开始构建SMP(最早的现代计算机代数系统)并在1981年发布了商业版本。

20世纪80年代中期,个人电脑的计算能力不断增强,Wolfram使用不同软件,完成不同领域的研究,他设想开发一个通用的计算系统,让所有的研究工作只在这个系统中完成,“我还想要更好的工具,我明白,唯一的方法就是自己将它们造出来”——这个系统就是Mathematica,名字来源于刚离开苹果的史蒂夫·乔布斯的建议,并与NeXT计算机一同在1988年亮相。谈到对Mathematica的期望时Wolfram这样说:“如同伽利略400年前用望远镜观察宇宙,我希望用Mathematica观察可计算的宇宙”。

在此之前的一年,Wolfram还建立了以他自己名字命名的Wolfram Research研究中心,除了进行Mathematica的后续开发,Wolfram|Alpha也是Wolfram Research的成果。

2009年发布的Wolfram|Alpha最初被外界看做Google杀手,但两者的定位显然有区别很大,Wolfram|Alpha是问答引擎,它针对使用者提出的问题,直接给出答案,并显示相关信息。在谈到与其定位接近的IBM Watson的不同之处时,Wolfram表示,Watson的原理与搜索引擎接近,都是通过统计学匹配和过滤答案,而Wolfram|Alpha并非基于传统的统计学原理,它有自己的知识计算引擎和相应领域的数据库,答案是“算”出来的,而不是“找”到的。基于统计的搜索引擎只能回答已有答案的问题,而Wolfram|Alpha能解决未知问题。

不过Wolfram Alpha也有它的不足,它对自然语言理解能力有限,有时只能理解一句完整输入中的几个关键词,另外也只要在具备相应领域的知识数据库前提下,才能解答这个领域的问题。不过它的理解能力已经越来越强,2009年发布伊始,它只能理解60%的输入,而如今这个数字已经超过90%。或许未来的某一天,我们可以看到Wolfram|Alpha拥有足够能力解决Stack Overflow上的问题。

可计算文档格式——CDF是Wolfram Research的另一项创造,利用CDF可以在文档中实现复杂的计算和交互功能,思维不仅可以通过文字,还能通过Mathematica语言表述出来。此外Wolfram Research还是CBS流行美剧《Numb3rs》的数学顾问。

1981年,Wolfram的研究兴趣从理论物理转向了细胞自动机,基于这一理论,他在20世纪80年代取得了一系列成果。比如创造了一套新的随机生成系统,以及新的计算流体动力学模型,这两项创造在今天都得到了广泛应用。在对细胞自动机的研究过程中,他还逐渐意识到其中可能蕴含着解决自然界中复杂性起源问题的答案。

但因为需要开发和改进Mathematica,以及管理公司,这一研究兴趣一度被压制。但到1991年Mathematica第二版发布之后,Wolfram终于决定埋剑深山,继续先前的研究。

从1991年到2002年的4000多个夜晚里,Wolfram敲击了一亿次键盘,移动了一百多英里鼠标,做了上万页的笔记,编写了近百万行的Mathematica程序,产生的研究结果占据了10G硬盘空间,(从1989年,Wolfram就开始记录所有邮件、作息、敲键、电话、运动等个人信息,他认为这些信息不但为我们感受生活增加了一个新维度,还能用于分析过去,预测未来)。终于完成了一本将近1200页、5.6磅的大部头——《A New Kind of Science》(NKS)。

当作品完成后,Wolfram曾邀请乔布斯在封底写一段推荐语,乔布斯说“牛顿著作的封底没有推荐语,为什么你需要呢?”所以NKS最终以简洁的图片作为封底——艾萨克森的乔布斯传记也是相同的风格。

“三个世纪以前,人们用数学描述自然界的思想,使科学发生了极大转变。在这本书中,我将尝试发起另一次转变,建立一种新科学,它基于更基本的法则,并且可以通过简单的计算机程序将其具体化”——Wolfram在开篇中这样写道。如同爱因斯坦的统一场论,Wolfram希望自然界中一切复杂性问题都能通过这套理论解决。他要用细胞自动机这种简单的电脑程序取代数学方程,这位曾经的物理学家,似乎要用计算机革物理学的命。

“科学上的进展都是一小步一小步地演进,如果不依赖已有的特定领域的知识,很难解释清楚。但是为了在书中描述一种新的科学,我不得不选择跨越几大步,因此,我需要从零讲起——那些很少依赖过去的新思想和新方法。”与其他划时代的科学巨著不同,阅读这本书并不需要太多知识背景,整本书也很少见到数学公式,几乎都用图形进行推理和证明,这是一本大众也能读懂的科学书。

书中首先用细胞自动机完成了多种数学运算的模拟,并将一维细胞自动机扩展到多维,用来模拟更复杂的雪花、生物细胞,再进一步将它与周围的真实世界联系起来,交通堵塞、股票涨落都能用细胞自动机来模拟。最后他指出,110号细胞自动机是普适的,它等价于一台图灵机(新论文中对NKS引用数量已经超过了图灵的论文)。

然而这本书在出版之后遭到了很多非议,一方面Wolfram在自己并不擅长的领域发表了惊人结论,让其他领域的专家难以接受。比如只根据简单的例证,就得出了生物差异与自然选择基本无关的结论。另一方面,书中关于细胞自动机的很多思想是受前人启发,但字里行间不自觉夸大了自己的工作。但这并不影响它的热销,2002年5月出版后的几周,热度超过了当是许多热门小说,一度高居Amazon畅销书榜首。

今年恰逢NKS出版十周年,Wolfram正在着手为它增加新的一章,在尚未出版的手稿中他这样写道:

  • 新科学的阶段:吸收(尽量理解书中所写,初步理解需要两年,进一步需要5年);初步延伸(2~3年,10~15年后结束);建立主要新方向(15~30年);小规模早期技术应用(4~10年);大规模技术应用(10~25年);成为常识(4~10年);成为基础科学教育的一部分(15~20年)。
  • 原则:寻找最简洁的案例,解决最显而易见的问题;不要满足于技术解释,探寻事件的根本原因;不要被前人的工作束缚,但要尽可能全面理解这些工作;尽可能清晰地解释你的工作,少依赖底层架构。

这或许可以作为Wolfram对人们质疑的回应,也可以作为他科学生涯的注解。

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7 Responses to ““新”科学家Stephen Wolfram”

  1. chyanog 说道:

    Mathematica的确很好用

  2. Mathematica user since 13-years-old 说道:

    天才,无可厚非、绝无仅有的天才。

  3. ikao 说道:

    天才和神经病的区别就是,恰好在科学研究方面异于常人

  4. [...] 原文链接:“新”科学家Stephen Wolfram 分类: 业界新闻 标签: 评论 (0) 发表评论 [...]

  5. rech 说道:

    都是天才

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