9.1 物理学的问题

在上一章中，我们了解到，通过以简单程序为思路，可以理解各种日常系统的重要方面。但基础物理学又如何呢？研究简单程序所得出的思想是否也适用于此？

基础物理学是科学领域中传统数学方法取得最大成功的领域。但尽管取得了这样的成功，仍有许多核心问题尚未得到解决。本章中，我的目的是根据我们从研究简单程序中得到的知识，来探讨这些问题中的一些。

最初，尝试以简单程序为基础来理解基础物理学可能看起来并不合理。因为物理系统的一些最显著的特征——如能量守恒或空间方向的等价性——在我们迄今为止在本书中讨论的大多数程序中似乎没有明显的类似物。

正如我们将看到的，事实上，简单程序确实能够显示出这些类型的特征。但事实证明，物理学中一些最重要且尚未解决的问题所涉及的现象在某种意义上更为普遍，并且并不太依赖于这些特征。

实际上，我们将在本章中看到，尽管传统的努力相当不成功，但极其简单的程序往往能够捕捉到正在发生的事情的本质。

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因此，例如，在本章的前半部分，我将讨论所谓的热力学第二定律或熵增原理：观察到许多物理系统随时间推移倾向于不可逆地变得更加随机。我将展示，这种行为的本质可以很容易地在简单程序中看到。

自从热力学第二定律首次提出以来，已经过去了一个多世纪。然而，尽管传统物理学中取得了许多详细的结果，但其起源仍然相当神秘。但本章中我们将看到，通过研究简单程序中的热力学第二定律，我们最终将能够清楚地理解为什么它经常成立——以及何时可能不成立。

我在研究热力学第二定律等问题时采用的方法，实际上是将简单程序作为物理系统的隐喻。但这样的程序事实上能否超越这一点呢？例如，是否可以设想在某种层面上，物理系统实际上是根据简单程序的规则直接运行的？

以我们今天所知的物理定律来看，这听起来可能很荒谬。因为首先，这些定律似乎太复杂了，无法与任何简单的程序相对应。但本书的一个关键发现是，即使具有非常简单的基本规则的程序也能产生巨大的复杂性。

基础物理学可能也是如此。在我们今天所知的物理定律之下，可能隐藏着一个非常简单的程序，从这个程序中产生了所有已知的定律——以及我们最终在宇宙中看到的所有复杂性。

假设我们的宇宙在本质上只是一个简单的程序，这无疑是一个大胆的假设。但在本章的第二部分，我将描述我在调查这一假设方面所取得的一些重大进展，并详细阐述可能涉及哪些类型的简单程序。

还有很长的路要走。但根据我目前的发现，我极为乐观地认为，通过使用本书中的思想，物理学中最基本的问题——也是所有科学中的终极问题之一——可能终于有望得到解决。

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