Max Home IndustryЭдвард Фредкин считает, что последняя великая теория всего будет вычислительной — что Вселенная — это компьютер. Теперь у нас есть пример чрезвычайно простой вычислительной системы — клеточных автоматов, в которой есть частицы, которые притягиваются и отталкиваются, вращаются и распадаются по закону полураспада.
Клеточные автоматы (CA) — главные кандидаты в своего рода окончательную теорию всего, что мы ищем. Они подчиняются простым правилам, но при этом проявляют сложное поведение. Одним из самых известных CA является «Жизнь Джона Конвея», и после долгого изучения мы все еще делаем открытия.
До недавнего времени не существовало КА, которые проявляли поведение, которое могло бы заинтересовать физиков. Например, КА обычно не демонстрируют движение по кругу или волновое движение. В недавней статье Эдвард Фредкин и Дэниел Миллер объяснили, что их последнее открытие — трехмерный КА действительно демонстрирует круговое движение и многие другие типы поведения, характерные для классической физики.
Это может не означать, что они нашли фундаментальную теорию, но это интересно.
Новый CA является модификацией более ранней архитектуры SALT Фредкина, в которой каждая ячейка идентифицируется как четная или нечетная — как у натрия и хлора в кристалле соли, отсюда и название. Состояние каждой ячейки — вверх или вниз, а простое правило развития учитывает состояния нечетных и четных соседей. Обновление на каждом временном шаге просто принимает форму обмена состояниями диагонально связанных ячеек. SALT CA обратимы и способны к универсальным вычислениям, и предполагается, что они способны к универсальному построению в смысле фон Неймана.
После рассмотрения ряда возможных правил для SALT CA был выбран и подробно исследован один конкретный тип — Busy Boxes.
2D-версию СА объяснить легче. Правило состоит в том, чтобы поменять местами диагональные клетки A и B, если клетки в позициях «Ход коня», то есть C и D, имеют определенные состояния. Обратите внимание, что C и D всегда имеют противоположную четность обмениваемых ячеек:
Двухмерное правило можно расширить до трехмерного, используя его на каждой из трехмерных плоскостей, определяемых осями. Даже в своей двумерной форме CA демонстрирует «струны», которые движутся как единицы, которые никогда не создаются и не разрушаются, и которые демонстрируют струнные колебания.
Когда вы переходите в 3D, маленькие частицы, похожие на блоки, движутся как единое целое в любом из 8 направлений — как планеры в Life — но они также движутся по круговым орбитам.
Вы можете увидеть видео вращения струны в следующем видео, но игра с реальной вещью намного более впечатляющая:
Они также участвуют в процессах распада, которые следуют экспоненциальному закону, как и реальные частицы. Легко подумать, что это тривиальное поведение, но цифровое правило, производящее экспоненциальное поведение, интересно.
Все модели доступны на веб-сайте, и вы можете настроить свои собственные начальные конфигурации.
В статье делается вывод:
Вариант Busy Boxes семейства обратимых клеточных автоматов SALT показал себя обладающим интригующим количеством особенностей, которые заслуживают дальнейшего изучения и анализа. Физик Джерард Т’Хофт писал о возможности того, что обратимые КА, подобные этому, могут помочь прояснить некоторые аспекты физики в квантовой сфере [5]. Мы считаем, что изучение возникающего, качественного и статистически предсказуемого поведения таких дискретных детерминированных систем действительно может пролить свет на вопросы физики, а также может помочь прояснить более глубокие принципы энтропии и происхождения сложных самораспространяющихся систем. такие как те, что находятся в нашей биосфере
В природе правил есть некоторые теоретические недостатки, и есть много вопросов, на которые необходимо ответить. Похоже, это хорошее место для любителей и профессионалов.