Stephen Wolfram é físico, cientista da computação e um empresário de muito sucesso.

Em seu livro de 2002, "A New Kind of Science" (Uma Nova Espécie de Ciência ), Wolfram publicou um exemplo mais simples de um computador universal (máquina de Turing). O modelo de autômatos celulares de Wolfram superou a máquina de Turing de Marvin Minsky, de 1962, que detinha o recorde de computador universal mais simples por 40 anos.

Wolfram é o diretor executivo da Wolfram Research , empresa que desenvolveu ferramentas computacionais técnicas aplicáveis a aprendizado de máquina, redes neurais, processamento de imagens e visualizações.

O Wolfram Alpha, seu serviço, é um serviço gratuito de respostas online que vai além das buscas típicas na internet, que retornam páginas da web que podem conter as respostas.

Wolfram chama o Alpha de "mecanismo de conhecimento computacional" ou "mecanismo de respostas". O Alpha reúne a melhor resposta possível a partir de dados selecionados. As respostas do Alpha consistem em texto e visualizações de dados relacionados.

Perguntas complexas feitas à Siri da Apple e à Alexa da Amazon são frequentemente encaminhadas ao Wolfram Alpha para obter respostas mais significativas.

Wolfram faz parte de um grupo de cientistas que trabalham em " filosofia digital ". Esse grupo inclui Gregory Chaitin , Edward Fredkin , Seth Lloyd , Rudy Rucker , Jürgen Schmidhuber , Konrad Zuse e o próprio Wolfram.

Os filósofos digitais geralmente esperam reduzir a mente a um computador e até mesmo enxergar todo o universo como um computador executando algum tipo de código cósmico.

Frederick "Fred" Reif obteve seu doutorado em física pela Universidade de Harvard em 1953, tendo Ed Purcell como orientador de tese. Ele foi trabalhar com Enrico Fermi na Universidade de Chicago. Sete anos depois, ingressou na Universidade da Califórnia, Berkeley, onde lecionou por vinte e nove anos. Em Berkeley, escreveu um clássico da física estatística e da termodinâmica, " Statistical and Thermal Physics" , publicado em 1965.

Naquela época, a Fundação Nacional de Ciência (NSF) apoiava o desenvolvimento de séries de livros didáticos mais modernos em ciências físicas voltadas para alunos do ensino médio. No MIT, Jerrold Zacharias liderou o Comitê de Estudos de Ciências Físicas . Em Harvard, Gerald Holton e Fletcher Watson lideraram o Projeto Física . Em Berkeley, Reif reescreveu seu livro didático, intitulado simplesmente Física Estatística , como o volume 5 do Curso de Física de Berkeley .

O livro de Reif incorporou os primeiros cálculos computacionais sofisticados dos movimentos de moléculas de gás. Como tal, foi um marco no campo dos métodos computacionais para a resolução de problemas em física, em oposição à resolução de equações diferenciais matemáticas.

O trabalho de Reif foi uma visualização da segunda lei da termodinâmica. Os fotogramas do filme de Reif levaram Wolfram a desenvolver seu " Novo Tipo de Ciência ", usando princípios computacionais para derivar as leis fundamentais da física, conforme descrito no livro mais recente de Wolfram, A Segunda Lei .

Exibida como fotogramas de um filme, a capa do livro ilustrava a difusão de moléculas de um estado inicial concentrado na metade esquerda de um espaço bidimensional até preencher todo o espaço após sete fotogramas.

Na contracapa, as velocidades de todas as partículas foram invertidas e os cálculos computacionais mostram as moléculas retornando à metade esquerda. Mas elas não retornam exatamente às posições originais, devido a "erros de arredondamento" nos cálculos.

Em princípio, se o computador pudesse ter informações ilimitadas sobre as posições e velocidades (um número infinito de algarismos significativos), todas as posições das moléculas no passado e no futuro poderiam ser determinadas pelas leis do movimento de Newton ( F=ma , etc.). A física clássica é determinística .

Em 1814, Pierre-Simon Laplace escreveu na introdução ao seu Essai philosophique sur les probabilités ,

"Podemos considerar o estado atual do universo como o efeito do seu passado e a causa do seu futuro. Um intelecto que, em determinado momento, conhecesse todas as forças que movem a natureza e todas as posições de todos os elementos que a compõem, se esse intelecto fosse também vasto o suficiente para submeter esses dados à análise, abarcaria numa única fórmula os movimentos dos maiores corpos do universo e os do menor átomo; para tal intelecto, nada seria incerto e o futuro, tal como o passado, estaria presente diante dos seus olhos."

Laplace estava a desenvolver uma ideia anterior de Gottfried Leibniz , contemporâneo de Newton , mas esta ficou famosa como o Demônio de Laplace , um conceito fundamental do determinismo físico estrito .

Em seu livro mais recente, A Segunda Lei , Stephen Wolfram afirma ter passado cinquenta anos tentando compreender o profundo significado físico dos fotogramas dos filmes de Reif e dos cálculos que os produziram.

A grande questão para Wolfram, e para Reif, é a seguinte: se as equações de movimento para colisões microscópicas entre partículas de gás são reversíveis , por que as propriedades macroscópicas dos gases são irreversíveis Por exemplo, a entropia só pode aumentar, nunca diminuir, como afirma a segunda lei da termodinâmica.

Em um vídeo recente no YouTube, Wolfram descreveu o problema.

E em A Segunda Lei (p. 219), Wolfram descreve o livro de Fred que deu início à sua busca de cinquenta anos para compreender a segunda lei.

A história por trás da capa do livro que deu início a tudo.

Qual é a história por trás da capa do livro que deu início à minha longa jornada com a Segunda Lei O livro foi publicado em 1965 e, na aba interna, encontramos:

Wolfram desenhou as capas de seu livro para combinar com o visual do livro de Fred, mas com os cálculos computacionais provavelmente refeitos usando suas ferramentas Mathematica e Wolfram Language , ou talvez os hipergrafos em evolução de seus autômatos celulares?

A resposta depende da questão da aleatoriedade fundamental . Ludwig Boltzmann levantou a hipótese de que existe algum processo desconhecido que causa comportamento aleatório nas moléculas de gás, ao qual chamou de "desordem molecular" ( molekular ungeordnete ).

Uma vez que as leis microscópicas de Newton sobre o movimento das partículas de gás são completamente determinísticas e reversíveis no tempo, a grande questão dos últimos cento e cinquenta anos é como, macroscopicamente, o gás parece ser irreversível.

O que podemos dizer sobre as opiniões de Fred Reif e Stephen Wolfram a respeito das questões de aleatoriedade e reversibilidade Podemos, na verdade, aprender muito observando atentamente os resultados de seus cálculos computacionais, apresentados nas capas da frente e de trás de seus livros.

Aqui estão as tiras de papel da capa e da contracapa lado a lado.

Física Estatística de Reif

Wolfram, A Segunda Lei

Vamos agora comparar cuidadosamente o quadro inicial nas capas da frente com o quadro final nas capas de trás. O que podemos dizer sobre a física envolvida?

As duas contracapas começam invertendo as velocidades das moléculas no último quadro da capa frontal. Wolfram mostra isso explicitamente invertendo as pequenas setas brancas.

Ambos retornam à metade esquerda dos quadros, como se o próprio tempo estivesse sendo revertido.

Observe, porém, que os cálculos de Reif não retornam cada molécula à sua posição inicial exata, como fazem os de Wolfram. As moléculas de Wolfram estão dispostas em um padrão de grade rígido, inicialmente quatro linhas de três quadrados, talvez um artefato de seus autômatos celulares Note que a contracapa, infelizmente, corta a linha inferior de quatro moléculas.

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