סטפן וולפרם: לחשב את התיאוריה של הכל

ובכן, היום אני רוצה לדבר על רעיון. זה רעיון גדול. למען האמת, אני חושב שבסופו של דבר הוא ייחשב לרעיון הגדול היחיד שהגיח במאה האחרונה. זהו רעיון החישוביות. כמובן הרעיון הזה הביא לנו את כל טכנולוגית המחשב שיש לנו כיום, וכו'. אך למעשה יש בחישוביות הרבה מעבר לכך. זה באמת רעיון עמוק מאד, רב עוצמה, ובסיסי מאד, שאת השפעתו אנו רק מתחילים לראות.

ובכן, אני עצמי העברתי את 30 השנה האחרונות מחיי בעבודה על שלושה פרויקטים גדולים אשר באמת מנסים לקחת את רעיון החישוביות ברצינות. אז התחלתי בצעירותי כפיסיקאי והשתמשתי במחשבים ככלי. ואז התחלתי לצלול יותר עמוק ולחשוב על חישובים שאולי הייתי רוצה לעשות, תוך כדי חיפוש אחר האלמנטים שיכולים להרכיב אותם וכיצד ניתן למכן אותם ככל האפשר. בסופו של דבר יצרתי מבנה שלם המבוסס על תיכנות סימבולי וכו' וזה איפשר לי לבנות Mathematica. ובמשך 23 השנים האחרונות, בקצב הולך וגובר, הכנסנו יותר ויותר רעיונות ויכולות וכו' לתוך Mathematica, ואני שמח לומר שזה הוביל להרבה דברים טובים במחקר ופיתוח ובחינוך, בהמון תחומים אחרים. ובכן, עליי להודות שלמעשה היתה לי סיבה מאד אנוכית לבנית Mathematica. רציתי להשתמש בה בעצמי, קצת כמו גלילאו השתמש בטלסקופ שלו לפני 400 שנה. רק שאני רציתי להביט לא על היקום האסטרונומי אלא על היקום החישובי.

אם כן, אנו בדרך כלל חושבים על תכניות מחשב כעל דברים מורכבים שאנו בונים לצרכים מסויימים מאד. אך מה לגבי מרחב כל התכניות האפשריות? הנה ייצוג של תכנית ממש פשוטה. אז אם נריץ את התכנית הנה מה שנקבל. מאד פשוט. כעת בואו ננסה לשנות טיפה את הכלל עבור תכנית זו. כעת נקבל תוצאה אחרת, עדיין מאד פשוטה. נסו לשנות זאת שוב. תקבלו משהו מעט יותר מורכב, אך אם נמשיך להריץ זאת זמן מה נגלה כי למרות שנתבנית שאנו מקבלים היא מאד מורכבת היא בעלת מבנה מאד רגיל. אז השאלה היא: האם משהו אחר יכול לקרות? ובכן, אנו יכולים לבצע ניסוי קטן. בואו רק נעשה ניסוי מתמטי קטן, ננסה ונראה.

בואו רק נריץ את כל התכניות האפשריות מהסוג המסוים אותו אנו בוחנים. הם נקראים אוטומט תאי. ניתן לראות כאן הרבה שונות בהתנהגות. רובן עושות דברים פשוטים מאד. אך אם תסתכלו בין כל התמונות השונות הללו בכלל מספר 30 תתחילו לראות משהו מעניין שקורה כאן. אז בואו נתבונן מקרוב בכלל מספר 30 כאן. אז הנה זה בא. אנו רק מבצעים את הכלל הפשוט הזה כאן למטה אך אנו מקבלים את כל הדברים המדהימים הללו. זה ממש לא מה שאנו רגילים אליו ואני חייב לומר שכאשר ראיתי זאת לראשונה זה היה הלם לאינטואיציה שלי, ולמעשה, כדי להבין זאת נאלצתי בסופו של דבר ליצור מדע חדש לגמרי.

.

מדע זה הוא שונה, כללי יותר מאשר מדע מבוסס מתמטיקה שהיה לנו במשך 300 ומשהו שנים אחרונות. אתם יודעים, זה תמיד נראה כמו מסתורין גדול - כיצד הטבע, כאילו ללא מאמץ מצליח ליצור דברים כה רבים שנראים לנו כה מורכבים. ובכן, אני סבור שמצאנו את סודו. העניין הוא רק לדגום את מה שקיים ביקום החישובי ובתדירות די גבוהה לקבל דברים כמו כלל 30 או כמו זה. והידיעה הזאת מתחילה להסביר הרבה תעלומות עתיקות יומין במדע. אך זה גם מביא בעיות חדשות כגון אי יכולת צימצום חישובית. הכוונה, אנו רגילים לכך שמדע מאפשר לנו לחזות דברים אך משהו כמו זה עקרונית אינו ניתן לצמצום. הדרך היחידה לגלות את תוצאתו היא למעשה רק תוך התבוננות בהתפתחותו. זה מחובר למה שאני קורא העיקרון של שקילות חישובית, אשר אומר שאפילו מערכות פשוטות ביותר יכולות לבצע חישובים מורכבים לאין ערוך. זה לא לוקח הרבה טכנולוגיה או אבולוציה ביולוגית להיות מסוגל לבצע חישובים שרירותיים, זה רק משהו שקורה, באופן טבעי, בכל מקום. דברים עם כללים פשוטים כגון אלה יכולים לעשות זאת. ובכן, לכך יש השלכות מרחיקות לכת על גבולות המדע, על יכולת חיזוי ויכולת בקרה של דברים כמו תהליכים ביולוגיים או כלכלות, על תבונה ביקום, על שאלות כמו רצון חופשי ועל יצירת טכנולוגיה.

אתם יודעים, בזמן שעבדתי על המדע הזה במשך הרבה שנים כל הזמן תהיתי "מה תהיה "האפליקציה המוצלחת" הראשונה שלו?" ובכן, מאז שהייתי ילד חשבתי על כיצד להפוך ידע לשיטתי ואיך שהוא להופכו לבר חישוב. אנשים כמו לייבניץ גם תהו על כך 300 שנה קודם לכן. אך תמיד הנחתי כי כדי להתקדם עקרונית הייתי חייב לשכפל מוח שלם. ובכן, אז התחלתי לחשוב: הפרדיגמה המדעית הזאת שלי מציעה משהו שונה. ודרך אגב, יש לי כרגע יכולות חישוביות אדירות ב-Mathematica, ואני מנכ"ל עם די משאבים לבצע פרוייקטים גדולים ולכאורה מטורפים. אז החלטתי פשוט לנסות ולראות כמה מתוך הידע השיטתי שקיים בעולם ניתן לעשות בר חישוב.

ובכן, זה היה פרויקט גדול ומאד מורכב אשר לא הייתי בטוח שבכלל יעבוד. אך אני שמח לבשר כי הוא דווקא הולך לא רע. ובשנה שעברה הצלחנו לשחרר גרסה ראשונה של אתר האינטרנט של וולפרם אלפא. מטרתו הוא להוות מנוע ידע רציני אשר מחשב תשובות לשאלות. אז בואו וננסה אותו. בואו נתחיל במשהו ממש קל. בואו נקווה לטוב. טוב מאד. אוקיי. עד עכשיו הכל טוב. (צחוק) בואו ננסה משהו קצת יותר קשה. בוא נגיד... הבה נעשה קצת דברים מתמטיים ועם קצת מזל זה יחשב את התשובה וינסה לומר לנו כמה דברים מעניינים - נושאים מתמטיים קשורים. אנו יכולים לשאול אותו משהו על העולם האמיתי. בואו נאמר -- לא יודע -- מהו התל"ג של ספרד? וזה אמור להיות מסוגל לומר לנו זאת. כעת אנו יכולים לחשב משהו שקשור לזה, בואו נאמר התל"ג של ספרד מחולק ב-לא יודע- ה-המממ... בואו נאמר ההכנסות של מיקרוסופט.

.

הרעיון הוא שאנו פשוט יכולים להקליד את זה, מין שאלה כזאת בכל דרך שאנו חושבים עליה. אז הבה ננסה לשאול שאלה, כמו שאלה בנושא בריאות. אז בואו נאמר שיש לנו תוצאת מעבדה שאומרת שאתם יודעים -- יש לנו LDL ברמה של 140 אצל גבר בגיל 50. אז בואו נקליד את זה, וכעת וולפרם אלפא ילך וישתמש בנתוני בריאות הציבור שקיימים וינסה לגלות לאיזה חלק מהאוכלוסיה זה מתאים וכו'. או הבה ננסה לשאול על, לא יודע, תחנת החלל הבינלאומית.

ומה שקורה כאן הוא שוולפרם אלפא אינו רק מחפש משהו; הוא מחשב, בזמן אמת, היכן נמצאת תחנת החלל הבינלאומית כעת, ברגע זה, מה מהירותה וכו'. אם כן, וולפרם אלפא יודע המון המון מיני דברים. עד עתה הוא השיג כיסוי די טוב של כל מה שניתן למצוא בספריה סטנדרטית וכו'. אך המטרה היא ללכת הרבה מעבר לכך ובאופן כללי להביא להמונים את כל הידע הזה ולנסות להוות מקור מהימן בכל התחומים, להיות מסוגל לחשב תשובות לשאלות ספציפיות שיש לאנשים, לא על ידי חיפוש מה שאחרים אולי כתבו קודם, אלא על ידי שימוש בידע מובנה על מנת לחשב תשובות חדשות וטריות לשאלות ספציפיות.

כמובן שוולפרם אלפא הוא פרויקט ענק וארוך טווח עם המון אתגרים. ראשית, צריך לגשת לאין סוף מקורות שונים של עובדות ונתונים ובנינו חתיכת פייפליין של אוטומציה של Mathematica ומומחים אנושיים לצורך זה. אך זוהי רק ההתחלה. בהינתן עובדות או נתונים גולמיים על מנת באמת לענות על שאלות צריך לחשב, צריך לממש את כל השיטות והמודלים והאלגוריתמים הללו וכו' שהמדע ושאר התחומים בנו לאורך מאות בשנים. ובכן, אפילו אם מתחילים ב-Mathematica זאת עדיין כמות עצומה של עבודה. בינתיים, נכתבו בערך 8 מליון שורות קוד של Mathematica בוולפרם אלפא שנבנו על ידי מומחים מהרבה הרבה תחומים שונים.

ובכן, הרעיון המרכזי של וולפרם אלפא הוא שאפשר פשוט לשאול אותו שאלות תוך שימוש בשפה אנושית רגילה כלומר אנו צריכים להיות מסוגלים לקחת את כל הביטויים המוזרים שאנשים מקלידים בשדה הקלט ולהבין אותם. ואני מוכרח לומר שאני חשבתי שצעד זה הוא פשוט בבחינת בלתי אפשרי. קרו שני דברים גדולים. ראשית, כמה רעיונות חדשים על בלשנות שנבעו מחקר היקום החישובי. ושנית, ההכרה כי רכישת ידע בר חישוב משנה לגמרי את הדרך בה ניתן לטפל בהבנת שפה. וכמובן, כעת כשוולפרם אלפא משוחרר לחופשי אנו יכולים ללמוד מדרך השימוש המעשית בו. ולמעשה, היינו עדים להתפתחות מקבילה שקרתה בין וולפרם אלפא לבין המשתמשים האנושיים שלו. וזה ממש מעודד. ברגע זה, אם נסתכל על שאילתות אינטרנט יותר מ-80 אחוז מהן מטופלות בהצלחה בפעם הראשונה. ואם מסתכלים בדברים כמו אפליקציות אייפון החלק היחסי הוא גדול משמעותית. אז אני די מרוצה עם כל זה.

אך בהרבה מובנים אנו עדיין בראשית דרכינו עם וולפרם אלפא. כוונתי, הכל גדל בצורה מאד נחמדה. אנו הולכים וצוברים בטחון. ניתן לצפות שנראה את הטכנולוגיה של וולפרם אלפא מופיעה ביותר ויותר מקומות תוך כדי עבודה עם נתונים ציבוריים כמו אלה שבאתר האינטרנט וגם עם ידע פרטי בשביל אנשים, חברות וכו'. אתם יודעים, הגעתי למסקנה שוולפרם אלפא למעשה נותנת מין יכולת חישובית חדשה לגמרי שאפשר לקרוא לה חישוביות מבוססת ידע שבה מתחילים לא רק מחישוב טהור אלא מכמות עצומה של ידע מובנה. וכשעושים זאת למעשה משנים את הכלכלה של אספקת דברים חישוביים בין אם זה ברשת אן בכל מקום אחר.

אתם יודעים, יש לנו מצב די מעניין כעת. מחד גיסא יש לנו את Mathematica עם שפתה הרשמית והמדוייקת ורשת עצומה של יכולות מתוכננות היטב שמסוגלות לעשות הרבה בכמה שורות קוד. בואו נראה כמה דוגמאות. אז הנה פיסה טריויאלית של תכנית ב-Mathematica. הנה משהו שבו אנו כאילו משלבים כמה יכולות שונות כאן. כאן אנו פשוט ניצור בשורה הזאת ממשק משתמש קטן שמאפשרת לנו לעשות משהו כיפי כאן. אם נמשיך, זוהי תכנית מעט יותר מורכבת שכעת מבצעת כל מיני דברים אלגוריתמיים ויוצרת ממשק משתמש וכו'. אבל זה משהו שהוא מאד מדויק. זהו אפיון מדויק עם שפה מדוייקת ורשמית שגורמת ל-Mathematica לדעת מה לעשות כאן.

ואז, מאידך גיסא יש לנו את וולפרם אלפא עם כל אי הסדר של העולם ושפה אנושית וכו' מובנים לתוכה. אז מה קורה כאשר מחברים את שני הדברים? אני חושב שזה למעשה די נפלא. עם וולפרם אלפא בתוך Mathematica אפשר למשל ליצור תכניות מדוייקות שמשתמשות בנתונים מהעולם האמיתי. הנה דוגמה ממש פשוטה. אפשר גם פשוט לתת קלט מעורפל ואז לתת לוולפרם אלפא לגלות על מה מדובר. בואו ננסה זאת כאן. אך למעשה אני חושב שהדבר המלהיב ביותר בהקשר הזה הוא שזה באמת נותן סיכוי להביא את התיכנות להמונים. כלומר כל אחד יוכל פשוט לומר מה הם רוצים בשפה רגילה ואז הרעיון הוא שוולפרם אלפא יוכל לגלות אילו פיסות קוד בדיוק תהינה מסוגלות לבצע את מה שהם מבקשים, ואז להראות להם דוגמאות שתאפשרנה להם לבחור את מה שהם צריכים כדי לבנות תכניות מדויקות הולכות וגדלות. אז לעיתים וולפרם אלפא יוכל לעשות את כל זה מיד ופשוט להחזיר תכנית אחת גדולה שאיתה ניתן לחשב. אז הנה אתר אינטרנט גדול שבו אספנו המון הדגמות חינוכיות ואחרות על כל מיני דברים: אז, לא יודע, אולי אראה לכם כאן דוגמה אחת. זוהי רק דוגמה של אחד המסמכים ברי החישוב הללו. זהו כנראה פיסה יחסית קטנה של קוד ב-Mathematica שאפשר להריץ כאן.

אוקיי. בוא נעשה זום-אאוט שוב. אז בהינתן המדע מהסוג החדש שלנו האם יש דרך כללית להשתמש בה לייצור טכנולוגיה? ובכן, בהקשר לחומרים פיסיים אנחנו רגילים להסתובב בעולם ולגלות שחומרים מסויימים שימושיים למטרות טכנולוגיות מסויימות וכו'. ובכן, מתברר שאנו יכולים לעשות דבר מאד דומה ביקום החישובי. ישנו היצע בלתי נדלה של תכניות בעולם. האתגר הוא לראות כיצד לרתום אותן למטרות של האנושות. משהו כמו כלל 30 לדוגמה מתברר כמחולל ממש טוב של מספרים אקראיים. תכניות פשוטות אחרות הן מודלים טובים לתהליכים בעולם הטבעי או החברתי. ולדוגמה וולפרם אלפא ו-Mathematica הם כיום מלאים באלגוריתמים אותם גילינו על ידי סריקת היקום החישובי. ולדוגמה זה -- אנו חוזרים כאן לאחור -- זה, באופן מפתיע, נהיה פופולרי בקרב מלחינים שמצאו צורות מוסיקליות תוך כדי חיפוש ביקום החישובי. במובן מסוים אנו יכולים להשתמש ביקום החישובי להשגת יצירתיות המותאמת להמונים. אני מקווה שאנו נוכל למשל להשתמש בכך אפילו כדי לגרום לוולפרם אלפא לעשות דרך קבע המצאות וגילויים תוך כדי עבודה ולמצוא כל מיני דברים נפלאים שאף מהנדס ואף תהליך של אבולוציה הדרגתית לעולם לא יוכלו להשיג.

ובכן, זה מוביל למין שאלה אולטימטיבית. האם ייתכן שאי שם במרחבי היקום החישובי נוכל למצוא את היקום הפיסי? ייתכן שישנו אפילו כלל די פשוט, תכנית די פשוטה ליקום שלנו. ובכן, ההיסטוריה של הפיסיקה אולי גרמה לנו להאמין כי הכלל ליקום הוא משהו מאד מורכב. אבל ביקום החישובי ראינו הרגע כיצד כללים פשוטים להפליא יכולים ליצור התנהגות עשירה ומורכבת להפליא. אז האם ייתכן שזה מה שקורה עם כל היקום שלנו? אם הכללים של היקום פשוטים אזי זה בלתי נמנע שהם חייבים להיות מאד אבסטרקטיים ומאד בסיסיים, שפועלים למשל הרבה מתחת לרמת מרחב או זמן - דבר שמקשה על יצוג דברים. אך לפחות בקבוצה גדולה של מקרים ניתן לחשוב על היקום כמשהו כמו מין רשת אשר כשהיא גדלה די הצורך היא מתחילה להתנהג כמו מרחב רציף בצורה מאד דומה למולקולות שכשמספרן רב הן יכולות להתנהג כמו נוזל רציף. ואם כך, אז היקום חייב להתפתח על ידי הפעלת כללים קטנים אשר בהדרגה מעדכנים רשת זו. וכל כלל אפשרי, במובן מסוים, מתאים להיות מועמד ליקום.

למען האמת לא הראיתי את אלה לפני כן, אך הנה מספר מועמדים להוות יקום שהסתכלתי עליהם. כמה מהם הם יקומים חסרי תקווה, סטריליים לחלוטין, עם פתולוגיות אחרות כגון חוסר מרחב, חוסר זמן, חוסר חומר, בעיות אחרות דומות. אבל הדבר המלהיב הוא שבשנים האחרונות גיליתי כי אין צורך ללכת רחוק ביקום החישובי כדי למצוא מועמדים להוות יקום אשר אינם בבירור לא היקום שלנו. והרי הבעיה: כל מועמד להוות את היקום שלנו הוא באופן בלתי נמנע גדוש באי יכולת צימצום חישובית שמשמעו שקשה, ללא אפשרות לצמצם קושי זה, לגלות כיצד הוא באמת יתנהג, והאם הוא תואם ליקום הפיסי שלנו. לפני מספר שנים התרגשתי לגלות כי ישנם מועמדים להיות יקום עם כללים פשוטים להפליא אשר משחזרים בהצלחה את תורת היחסות הפרטית ואף את תורת היחסות הכללית וגרביטציה ולפחות נותנים רמזים על מכניקת הקוואנטים. אז האם נמצא את הפיסיקה בשלמותה? איני יודע בוודאות. אך אני סבור שבשלב זה זה כמעט מביך שלא לנסות לפחות.

לא פרויקט קל. צריך לפתח המון טכנולוגיות. צריך לפתח מבנה אשר כפי הנראה עמוק לפחות כמו הפיסיקה של היום. ואיני בטוח מהי הדרך הטובה ביותר לארגן את כל הדבר הזה. לבנות צוות, להאיץ אותו קדימה, להציע פרסים וכו'. אך אומר לכם כאן היום כי אני מחוייב לראות את הפרויקט הזה מגיע לסיומו, לראות אם בתוך עשור נוכל סוף סוף להחזיק בידינו את הכלל עבור היקום שלנו ולדעת היכן נמצא היקום שלנו במרחב כל היקומים האפשריים -- ולהיות מסוגל להקליד לתוך וולפרם אלפא "תורת היקום" ושהוא יענה.

(צחוק)

אם כן, עבדתי על רעיון החישוביות זה למעלה מ-30 שנה ובניתי כלים ושיטות והפכתי רעיונות אינטלקטואליים למיליוני שורות קוד חצץ לחוות שרתים וכו'. עם כל שנה שעוברת אני מבין עד כמה רב עוצמה הוא הרעיון של חישוביות. הוא כבר לקח אותנו דרך ארוכה אך יש כל כך הרבה שעוד בדרך. החל מאבני יסוד של מדע עבור לגבולות הטכנולוגיה וכלה בהגדרה של המצב האנושי, אני סבור כי חישוביות נועדה להיות הרעיון המגדיר של העתיד.

תודה לכם.

(מחיאות כפיים)

זה היה מדהים. הישאר כאן. יש לי שאלה.

(מחיאות כפיים)

זה היה, צריך לומר, הרצאה מדהימה. האם תוכל לומר במשפט או שניים כיצד סוג זה של חשיבה יכולה בשלב כלשהו להשתלב בדברים כמו תורת המיתרים או דברים שאנשים מחשיבים כהסברים בסיסיים של היקום?

ובכן, חלקים של פיסיקה שאנו כאילו יודעים שהם נכונים, דברים כמו המודל הסטנדרטי של הפיסיקה. מה שאני מנסה לעשות טוב יותר לשחזר את המודל הסטנדרטי של הפיסיקה או שהוא פשוט שגוי. הדברים שאנשים ניסו לעשות ב-25 השנים האחרונות עם תורת המיתרים וכו' היוו חקירה מעניינת שניסתה לחזור למודל הסטנדרטי אך לא ממש הצליח להגיע לכך. הניחוש שלי הוא שכמה הפשטות רציניות של מה שאני עושה עשויים למעשה לעורר תהודה לא מבוטלת עם מה שנעשה בתורת המיתרים, אך זהו דבר מתמטי מורכב שאיני יודע עוד כיצד יסתיים.

בנואה מנדלברוט נמצא בקהל. גם הוא הראה כיצד מורכבות יכולה להתפתח מהתחלה פשוטה. האם עבודתך קשורה לזה?

אני חושב שכן. אני רואה בעבודתו של בנואה מנדלברוט כאחד התרומות היסודיות לתחום שכזה. בנואה התעניין במיוחד בתבניות מקוננות, בפרקטלים וכו' שם המבנה הוא משהו דמוי עץ, וששם יש מין ענף גדול שממנו יוצאים ענפים קטנים ואף ענפים קטנים יותר וכו'. זוהי אחת הדרכים שבה ניתן להתקרב למורכבות אמיתית. אני חושב שדברים כמו אוטומט תאי המבוסס על כלל 30 יביא אותנו לרמה אחרת. למעשה, בדרך מאד מדויקת הם מביאים אותנו לרמה אחרת משום שנדמה כי הם הדברים אשר ביכולתם להיות מורכבים שזה משהו שהכי גדול שמורכבות יכולה להיות...

אני יכול להרחיב על זה עד מאד, אך לא אעשה זאת.

סטפן וולפרם, תודה לך.

(מחיאות כפיים)