Stephen Wolfram: Die Berechnung einer Weltformel

Ich möchte heute über ein Konzept sprechen. Es ist ein großes Konzept. Eigentlich glaube ich, dass es möglicherweise als das bedeutendste Konzept angesehen werden kann, das sich im letzten Jahrhundert entwickelt hat. Es ist die Idee der Berechnung. Nun, natürlich brachte uns dieses Konzept alles an Computertechnologie, was wir heute haben und so weiter. Aber da gibt es eigentlich viel mehr zu berechnen als das. Es ist ein sehr tiefes, sehr starkes, sehr elementares Konzept. dessen Auswirkungen wir gerade erst beginnen zu erkennen.

Nun, ich selbst habe die letzten 30 Jahre meines Lebens an drei großen Projekten gearbeitet, die wirklich versuchen, das Konzept der Berechnung ernst zu nehmen. Ich begann also im Jugendalter als Physiker der Computer als Arbeitshilfe nutzte. Dann fing ich an, das irgendwie aufzureißen, über die Berechnungen nachzudenken, die ich durchführen könnte. um herauszufinden, auf welchen Grundlagen sie aufgebaut werden könnten und wie sie, so gut wie möglich, automatisiert werden könnten. Letztendlich erschaffte ich eine Struktur, basierend auf symbolischer Programmierung und so weiter, die mich die Mathematica erstellen ließ. Und während der letzten 23 Jahre ließen wir in zunehmendem Maße mehr und mehr Ideen und Kapazitäten und so weiter in Mathematica einfließen und ich bin froh sagen zu können, dass dies zu vielen guten Dingen in Forschung & Entwicklung und Bildung sowie in vielen anderen Bereichen geführt hat. Nun, ich muss zugeben, eigentlich hatte ich einen sehr egoistischen Grund, um Mathematica zu erschaffen. Ich wollte es für mich selbst nutzen, etwa so, wie Galileo sein Teleskop nutzte, vor 400 Jahren. Aber ich wollte nicht auf das astronomische Universum blicken, sondern auf das rechnerische Universum.

Üblicherweise denken wir bei Programmen an komplizierte Dinge, die wir für einen spezifischen Zweck erstellen. Aber was ist mit dem Raum all dieser möglichen Programme? Hier ist eine Darstellung eines sehr einfachen Programms. Wenn wir dieses Programm laufen lassen, bekommen wir das. Ganz einfach. Lassen Sie uns also mal versuchen die Regel für das Programm ein wenig zu ändern. Jetzt bekommen wir ein anderes Ergebnis, dennoch ganz einfach. Versuchen wir es nochmal zu ändern. Sie bekommen etwas leicht komplizierteres, aber wenn wir es für eine Weile laufen lassen, finden wir heraus, dass das Muster, was wir bekommen, sehr aufwändig ist, es hat eine sehr geregelte Struktur. Die Frage lautet also: Kann irgend etwas anderes passieren? Nun, wir können ein kleines Experiment machen. Machen wir ein kleines mathematisches Experiment, versuchen wir etwas herauszufinden.

Lassen wir einfach alle möglichen Programme des speziellen Falls, den wir betrachten, laufen. Sie werden zellulare Automaten genannt. Hier können Sie eine hohe Vielfältigkeit im Verhalten erkennen. Die meisten davon machen sehr einfache Dinge. Aber wenn Sie weiter auf all diese verschiedenen Bilder schauen, bei Regel Nummer 30, erkennen Sie, dass sich da etwas interessantes abzeichnet. Gucken wir also mal genauer auf Regel Nummer 30 hier. Hier ist es also. Wir folgen einfach dieser simplen Regeln hier unten, bekommen jedoch all diese erstaunlichen Dinge. Es ist gar nicht das, was wir gewohnt sind, und ich muss sagen, als ich es das erste mal sah, kam es zu einer riesen Erschütterung meiner Intuition und, in der Tat, um es zu verstehen, musste ich letztendlich eine ganz neue Art der Wissenschaft entwerfen.

(Lachen)

Diese Wissenschaft ist anders, allgemeiner, als die mathematisch basierte Wissenschaft, die wir in den letzten 300 Jahren oder so hatten. Wissen Sie, es schien immer wie ein großes Rätsel, wie es die Natur anscheind so spielend schafft, so viel zu produzieren, das uns so komplex erscheint. Nun ich denke wir fanden das Geheimnis. Es ist einfach eine Stichprobe von dem da draußen im rechnerischen Universum und recht häufig kommt es zu Dingen wie Regel 30 oder so etwas. Und dieses Wissen erklärt eine Menge von jahrelangen Mysterien in der Wissenschaft. Es schafft jedoch auch neue Probleme, wie die rechnerische Nichtreduzierbarkeit. Ich meine, wir sind es gewohnt, die Wissenschaft dafür zu nutzen, um uns Dinge voraussagen zu lassen, aber so etwas wie das ist im Grunde unzerlegbar. Der einzige Weg das Ergebnis herauszufinden ist quasi, eben zu schauen, wie es sich entwickelt. Es ist verbunden mit, wie ich es nenne, den Prinzipien der rechnerischen Äquivalenz, die uns sagen, dass unheimlich einfache Systeme völlig mühelos hochkomplexe Berechnungen machen können. Es braucht nicht viel Technologie der biologischen Evolution, um willkürliche Berechnungen zu machen. Es passiert einfach, natürlich, überall. Dinge mit Regeln die so einfach wie diese sein können. Nun, das hat große Auswirkungen auf die Grenzen der Wissenschaft, auf Berechenbarkeit und Steuerbarkeit von Dingen wie biologischen Prozessen oder Einsparungen, auf Intelligenz im Universum, auf Fragen, wie die Willensfreiheit und auf das Erschaffen von Technologien.

Wissen Sie, während ich soviele Jahre an dieser Wissenschaft arbeitete, fragte ich mich: "Was wird ihre Killerapplikation sein?" Nun, seitdem ich ein Kind war, dachte ich darüber nach, wie man Wissen systematisieren und irgendwie berechenbar machen könnte. Leute wie Leibniz machten sich ebenfalls Gedanken darüber, 300 Jahre früher. Aber ich nahm immer an, dass ich, um voranzukommen, im Wesentlichen ein komplettes Gehirn replizieren müsste. Also, überlegte ich mir: Das mein wissenschaftliches Paradigma etwas anderes vorschlägt. Und, übrigens, habe ich nun gewaltige Rechenkapazitäten in Mathematica und ich bin ein Geschäftsführer mit einigen weltlichen Ressourcen, um große, scheinbar verrückte Projekte zu machen. Also entschied ich mich einfach zu versuchen, zu erkennen wieviel von dem systematischen Wissen da draussen in der Welt wir berechnen können.

Es war also ein großes, sehr komplexes Projekt , von dem ich nicht mal sicher war, ob es überhaupt funktioniert. Aber ich bin froh zu sagen, dass es eigentlich sehr gut ging. Und letztes Jahr waren wir in der Lage, die erste Version der Website von Wolfram Alpha zu veröffentlichen. Ihr Bestimmung ist, eine seriöse Wissensmaschine zu sein, die Antworten auf Fragen errechnet. Probieren wir es also einmal. Beginnen wir mit etwas sehr Einfachem. Auf das Beste hoffen. Sehr gut. Okay. Soweit so gut. (Lachen) Probieren wir etwas, was ein wenig schwerer ist. Sagen wir... Lassen Sie uns etwas Mathematisches machen. und mit etwas Glück findet es die Antwort und versucht uns einige interessante Dinge zu sagen, Dinge über ähnliche Mathematik. Wir könnten es etwas über die reale Welt fragen. Sagen wir -- Ich weiß nicht -- Wie ist das Bruttoinlandsprodukt von Spanien? Und es sollte in der Lage sein, uns das zu sagen. Nun können wir etwas in Relation dazu berechnen. Sagen wir das Bruttoinlandsprodukt von Spanien geteilt durch, Ich weiß nicht. das -- hmmm ... sagen wir das Einkommen von Microsoft.

(Lachen)

Die Idee ist, dass wir es sozusagen einfach eintippen, eine Frage, die wir uns gerade stellen. Probieren wir also eine Frage zu stellen, die sich mit der Gesundheit beschäftigt. Also sagen wir, wir haben ein Labor, dass meint -- Sie wissen schon, wir haben einen Cholesterinspiegel von 140 für einen Mann im Alter von 50. Also lassen Sie uns das eintippen und nun wird Wolfram Alpha losgehen und verfügbare öffentliche Gesundheitsinformationen nutzen und versuchen herauszufinden, welchem Teil der Bevölkerung das entspricht und so weiter. Oder lassen Sie uns fragen, ich weiß nicht, die Internationale Raumstation.

Und was hier jetzt passiert ist, dass Wolfram Alpha nicht nur etwas nachschaut; Es berechnet in Echtzeit, wo die Internationale Raumstation gerade ist, in diesem Moment, wie schnell sie ist und so weiter. Wolfram Alpha weiß also über viele und viele Dinge Bescheid. Es deckt inzwischen vieles von dem ab, was Sie in einer normalen Präsenzbibliothek finden können. Aber das Ziel ist es viel weiter zu gehen und, sehr umfassend, all diese Arten des Wissens zu demokratisieren und zu versuchen eine zuverlässige Quelle in allen Bereichen zu werden, um fähig zu sein, Antworten zu spezifischen Fragen, die Leute haben, zu errechnen, nicht indem das durchsucht wird, was andere Leute vorher geschrieben haben, sondern indem man vorhandenes Wissen nutzt, um neue Antworten auf spezifische Fragen zu geben.

Nun Wolfram Alpha ist selbstverständlich ein monumental großes, langfristiges Projekt, mit vielen, vielen Herausforderungen. Zunächst einmal muss man zigtausend unterschiedliche Quellen von Fakten und Daten generieren, und wir schafften quasi eine Pipeline zwischen mathematischen Berechnungen und Experten sozialer Bereiche, um dies zu tun. Aber das ist nur der Anfang. Um mit rohen Fakten und Daten tatsächlich auf Fragen zu antworten, muss man Berechnungen anstellen, muss man all diese Methoden und Modelle implementieren und Algorithmen und so weiter, die die Wissenschaft und andere Gebiete über Jahrzehnte aufgebaut haben. Nun, selbst ausgehend von Mathematica, ist es immer noch eine unheimliche Menge Arbeit. Bisher sind es über 8 Millionen Zeilen mathematischen Codes in Wolfram Alpha, erstellt von Experten aus vielen, vielen unterschiedlichen Bereichen.

Nun, eine essentielle Idee von Wolfram Alpha ist es, dass Sie einfach Fragen in normaler menschlicher Sprache stellen können, was bedeutet, dass wir in der Lage sein müssen, all die seltsamen Äußerungen, die Leute in das Eingabefeld tippen, aufzunehmen und sie zu verstehen. Und ich muss sagen, dass ich glaubte, dieser Schritt sei schlicht unmöglich. Zwei wesentliche Dinge passierten. Erstens, ein Haufen neuer Ideen über die Sprachwissenschaft gingen aus den Studien des rechnerischen Universums hervor. Und zweitens, die Realisierung, tatsächlich erechenbares Wissen zu haben, kann sich vollständig ändern, wenn man über das Verständnis von Sprache herangeht. Und, natürlich jetzt, mit Wolfram Alpha eigentlich in freier Wildbahn, können wir von dessen aktueller Nutzung lernen. Und es gab sogar eine interessante Koevolution die stattfand zwischen Wolfram Alpha und dessen Nutzer. Und das ist wahrlich vielversprechend. Im Augenblick, wenn wir einen Blick auf die Webanfragen werfen, werden mehr als 80 Prozent beim ersten Mal erfolgreich bearbeitet. Und wenn Sie einen Blick auf Dinge wie die iPhone Applikation werfen, ist der Anteil erheblich höher. Ich bin also ziemlich zufrieden mit all dem.

Aber in vielen Fällen sind wir mit Wolfram Alpha immernoch ganz am Anfang. Ich meine, alles entwickelt sich sehr schön. Wir werden selbstbewusster. Sie können davon ausgehen, dass die Wolfram Alpha Technologie an mehr und mehr Orten auftaucht, arbeitend mit Beiden, dieser Art der öffentlichen Daten, wie auf der Website und mit privatem Wissen für Personen und Firmen und so weiter. Wissen Sie, Ich habe erkannt das Wolfram Alpha einem eigentlich eine ganze neue Art der Berechnung gibt, die man wissensbasiertes Berechnen nennen könnte, bei welcher man, nicht mit einer rohen Berechnung beginnt, sondern mit einer gewaltigen Menge von integriertem Wissen. Und wenn man das tut, ändert man tatsächlich die Ökonomie rechnerische Dingen zu liefern, ob es nun im Web ist oder anderswo.

Wissen Sie, wir haben gerade eine ziemlich interessante Situation. Auf der einen Seite haben wir Mathematica, mit dessen Art von präziser, formaler Sprache und einem großen Netzwerk von sorgfälltig entwickelten Kapazitäten, fähig, eine Menge mit nur ein paar Zeilen zu erledigen. Lassen Sie mich hier einige Beispiele zeigen. Also hier haben wir ein gewöhnliches Stück der Mathematica Programmierung. Hier ist etwas, wo wir irgendwie eine Menge unterschiedlicher Möglichkeiten integrieren. Hier in dieser Zeile erstellen wir gerade eine kleine Bedienoberfläche, die es uns erlaubt, dort etwas lustiges zu machen. Wenn wir weitergehen, ist das ein etwas komplizierteres Programm das hier erledigt Allerlei algorithmische Dinge und erstellt Benutzeroberflächen und so. Aber es ist sehr präzise. Es ist eine präzise Spezifikation mit präziser formaler Sprache, die Mathematica wissen lässt, was hier zu tun ist.

Nun, auf der anderen Seite haben wir Wolfram Alpha, mit allen Arten von Unordnung der Welt und menschlicher Sprache und so weiter implementiert. Was passiert , wenn man diese beiden Dinge kombiniert? Ich glaube, es ist ziemlich erstaunlich. Mit Wolfram Alpha innerhalb Mathematica, können Sie zum Beispiel präzise Programme erstellen, die Daten aus der echten Welt abrufen. Hier ist ein einfaches Beispiel. Sie können auch einfach nur eine ungenaue Eingabe machen und dann versuchen, Wolfram Alpha herauszufinden zu lassen wovon Sie sprechen. Lassen Sie uns das hier probieren. Aber eigentlich glaube ich, dass wohl aufregendste daran ist, dass es einem wirklich die Möglichkeit gibt, Programmierung zu demokratiiseren. Ich meine, jeder wird in der Lage sein, dass was er wissen will in einfacher Sprache zu formulieren, die Idee ist es dann, dass Wolfram Alpha imstande ist, herauszufinden welche präzisen Teile von Code das machen kann, wonach gefragt wird und dann Beispiele zeigt, aus welchen dann gewählt werden kann, um größere und größere, präzisere Programme zu erstellen. Also manchmal wird Wolfram Alpha in der Lage sein, dass Ganze sofort zu erledigen und es gibt dann einfach ein großes Programm zurück, mit dem Sie dann rechnen können. Hier ist eine große Website, auf der wir eine Menge bildungsrelevanter Informationen und andere Demonstrationen über eine Menge von Dingen gesammelt haben. Also, Ich weiß nicht, Ich zeige Ihnen hier vielleicht ein Beispiel. Das ist einfach ein Beispiel eines dieser errechneten Dokumente. Das ist vermutlich ein ziemlich kleiner Teil Mathematica Code was imstande ist, das hier laufen zu lassen.

Okay. Gehen wir nochmal einen Schritt zurück. Also, gibt es in Anbetracht unserer neuen Art der Wissenschaft einen allgemeinen Weg sie zu nutzen, um Technologie zu schaffen? Also, mit physikalischen Materialuntersuchungen, sind wir es quasi gewohnt, um die Welt zu gehen und zu erkennen, dass bestimmte Stoffe sinnvoll für bestimmte technologische Zwecke und so weiter sind. Nun, es hat sich gezeigt, dass wir sehr viel davon auch im rechnerischen Universum tun können. Es ist ein unerschöpflicher Vorrat von Programmen da draussen. Die Herausforderung ist es, zu verstehen, wie man sie für menschliche Zwecke nutzbar machen kann. Etwas wie Regel 30 zum Beispiel, scheint ein ziemlich guter Zufallsgenerator zu sein. Andere einfache Programme sind gute Modelle für Vorgänge in der Natur oder sozialen Welt. Und, zum Beispiel, Wolfram Alpha und Mathematica sind nun vollgestopft mit Algorithmen die wir auf der Suche nach dem rechnerischen Universum entdeckt haben. Und, zum Beispiel, dieses -- gehen wir hierhin zurück -- Dieses wurde überraschenderweise bekannt unter Komponisten um musikalische Formen zu finden während man das rechnerische Universum durchsucht. In gewisser Hinsicht können wir das rechnerische Universum nutzen, für massenhafte individuelle Kreativität. Ich hoffe wir können es, zum Beispiel, auch nutzen, um auch Wolfram Alpha routinemäßig irgendwie spontan erfinden und entdecken zu lassen und um all die Arten von wundervollen Dingen zu finden, die keine Manipulation und kein Prozess inkrementeller Evolution jemals hervorbringen würde.

Nun, das führt also zu einer Art ultimativer Frage. Könnte es sein, das wir irgendwo da draussen im rechnerischen Universum unser physisches Universum finden können? Vielleicht existiert eine recht simple Regel, ein einfaches Programm für unser Universum. Nun, die Geschichte der Physik wollte uns Glauben machen dass die Regel für unser Univserum ziemlich kompliziert sein muss. Aber im rechnerischen Universum haben wir nun gesehen, wie Regeln, die so unglaublich einfach sind, so unfassbar reichhaltiges und komplexes Verhalten produzieren können. Könnte es also sein, dass das mit unserem gesamten Universum passiert? Wenn die Regeln für die Gesamtheit einfach sind, ist irgendwie unausweichlich, dass sie sehr abstrakt und auf niedriger Ebene arbeiten, zum Beispiel, weit unter der Ebene von Raum oder Zeit, was es schwer macht, Dinge zu repräsentieren. Aber in zumindest einer große Klasse von Fällen, kann man davon ausgehen, dass das Universum, eine Art Netzwerk ist, welches sich, wenn es groß genug ist, wie ein unendlicher Raum verhält, ziemlich genau so als würde man eine Menge Moleküle haben, die sich wie eine Flüssigkeit verhalten. Nun, dann muss sich das Universum, durch die Anwendung kleiner Regeln die das Netzwerk zunehmend aktualisieren, entwickeln. Und jede mögliche Regel, gewissermaßen, entspricht einem Kandidaten im Universum,

Eigentlich habe ich das vorher nicht gezeigt, aber hier sind einige der Universums Kandidaten die ich betrachtet habe. Einige davon sind hoffnungslose Universen, komplett steril, mit anderen Arten von Pathologien wie, keine Vorstellung von Raum, keine Vorstellung von Zeit, ohne Bedeutung, andere Probleme wie diese. Aber das Aufregende, dass ich in den letzten Jahren entdeckte ist, dass Sie eigentlich nicht weit gehen müssen im rechnerischen Universum um Kandidaten Universen zu finden, die offensichtlich nicht unser Universum sind. Hier ist das Problem: Irgend ein ernsthafter Kandidat für unser Universum ist zwangsläufig voll mit rechnerischer Nichtreduzierbarkeit, was bedeutet, dass es minimal kompliziert ist herauszufinden wie es sich wirklich verhalten wird und ob es zu unserem physischen Universum passt. Vor einigen Jahren war ich ziemlich aufgeregt bei der Entdeckung, dass es Kandidaten Universen mit unglaublich einfachen Regeln gibt, die eine spezielle Relativitätstheorie erfolgreich reproduzieren und auch die allgemeine Relativitätstheorie und Gravitation und zumindest Hinweise auf die Quantenmechanik geben. Werden wir also die ganze Physik entdecken? Ich bin mir nicht sicher. Aber ich denke, an dieser Stelle ist es irgendwie fast beschämend, es nicht wenigstens zu versuchen.

Kein einfaches Projekt. Man hat eine Menge Technologie zu erschaffen. Man hat eine Struktur zu erschaffen, die wahrscheinlich mindestens so tief ist, wie die schon existierende Physik. Und ich bin mir nicht sicher, was der beste Weg ist, um das ganze Ding zu organisieren. Erschaffe ein Team, motiviere es, biete Preise und so weiter. Aber ich sage Ihnen heute, dass ich engagiert bin, dass Projekt zu erledigen, um zu sehen, ob wir innerhalb dieser Dekade, endlich die Gesetzmäßigkeit für unser Universum in den Händen halten und wissen wo unser Universum liegt, im Raum aller möglichen Universen und in der Lage sind, die Theorie des Universum in Wolfram Alpha einzugeben und sie uns von ihm sagen zu lassen.

(Lachen)

Ich arbeite nun am Konzept der Berechnung seit über 30 Jahren, entwickle Werkzeuge und Methoden und verwandle intellektuelle Ideen in Millionen Zeilen von Code als Stoff für Großserver. Mit jedem vorübergehenden Jahr, begreife ich, wieviel mächtiger das Konzept der Berechnung wirklich ist. Wir sind nun schon einen langen Weg gegangen, aber es wird noch sehr viel kommen, von den Grundlagen der Wissenschaft hin zu den Grenzen der Technologie gar bis zu den Bedingungen des Menschseins, Ich denke Berechnung ist bestimmt dazu, die Anschauung unserer Zukunft zu prägen.

Vielen Dank.

(Applaus)

Chris Anderson: Das war beeindruckend. Bleib noch hier, wir haben eine Frage.

(Applaus)

Das war ein überaus eindrucksvoller Vortrag. Kannst du uns in ein zwei Sätzen sagen wie diese Art des Denkens sich irgendwann integrieren könnte in Bereiche wie die Stringtheorie oder die Art von Sachverhalten, die die Menschen für die fundamentale Erklärung des Universums halten?

Stephen Wolfram: Nun, die Teile der Physik die wir für wahr halten, Dinge, wie das Standardmodell der Physik. Ich versuche die Reproduktion des Standardmodells der Physik besser hinzubkommen sie ist einfach falsch. Diese Sachen, die die Leute in den letzten 25 Jahren oder so versucht haben, mit der Stringtheorie und so sind interessante Erforschungen gewesen die versucht haben zurück zum Standardmodell zu führen, aber es nicht wirklich hinbekommen haben. Meine Annahme ist, dass einige große Vereinfachungen bei dem was ich tue, tatsächlich erhebliche Resonanz auf das haben könnte, was mit der Stringtheorie getan wurde, aber das ist ein kompliziertes mathematisches Ding, was ich bislang noch nicht herausgefunden habe.

CA: Benoit Mandlebrot sitzt im Publikum. Er hat ebenso gezeigt, wie Komplexität sich von einem einfachen Anfang entwickeln kann. Bezieht sich deine Arbeit darauf?

SW: Ich denke schon. Ich sehe Benoit Mandlebrots Arbeit als eine Art grundlegenden Beitrag auf diesem Gebiet. Benoit interessierte sich besonders für verschachtelte Muster, Fraktale und so weiter, wo die Struktur irgendwie wie ein Baum ist, bei dem jeder große Zweig weitere kleine Zweige hervorbringt und diese wieder kleinere Zweige und so weiter. Das ist eine Möglichkeit von vielen, um zu wahrer Komplexität zu kommen. Ich denke, Dinge wie Regel 30 der zellulären Automaten bringen uns auf eine andere Ebene. Genau genommen bringen sie uns auf einem sehr präzisen Weg auf eine andere Ebene, weil sie vermutlich Dinge sind, die Komplexität ermöglichen, eine Art von größtmöglicher Komplexität ...

Ich könnte das noch sehr ausführlich besprechen, werde es aber nicht tun.

CA: Stephen Wolfram, Vielen Dank.

(Applaus)