🚀 引言：从一条“俏皮话”开始的旅程
大家好，我是Jonathan Gorard。最近，我在社交媒体上发了一系列关于“编码函数”和物理定律的算法复杂度的帖子，可能有些人觉得这只是个一时兴起的“俏皮话”。但实际上，这个想法的根源可以追溯到17世纪一个深刻的哲学难题：唯心主义与唯物主义的古老对立。这并非故弄玄虚，而是一次尝试，试图用现代计算理论的语言，为这个经典哲学问题提供一个全新的视角。
我们常常将物理学视为探索宇宙客观规律的科学。但“规律”究竟是什么？是我们头脑中的模型，还是宇宙内禀的属性？或者，两者皆是？这个问题困扰了哲学家和科学家数个世纪。我发现，当我们引入“计算”这一概念时，整个问题就变得豁然开朗了。
请跟随我的思绪，我们将一起踏上一段奇妙的旅程。我们会看到，物理学，这门看似最“唯物”的科学，其核心可能恰恰在于寻找一种最高效的“翻译”，一种能将宏大、复杂的宇宙状态，用最简洁的方式“编码”成我们能够理解的抽象表征的魔法——我称之为“编码函数”。这就像一场宇宙级的“信息压缩”，而物理学家，正是这场压缩竞赛的顶尖选手。准备好了吗？让我们开始吧！
🧩 核心发现：五个关键洞察
1. 宇宙的计算三重奏：系统、观察者与编码者
要用计算的眼光看待世界，我们必须认识到，这里至少存在三种不同的计算过程。它们就像一个交响乐团里的三个声部，缺一不可，共同奏响了我们所感知的现实乐章。
- 系统计算 (The System's Computation): 这就是宇宙本身。想象一下，从大爆炸到星系形成，从量子涨落到生命演化，宇宙每时每刻都在进行着无比复杂的“计算”，它的状态在不断演化。这是“客观实在”的计算。
- 观察者计算 (The Observer's Computation): 这是我们（或者任何一个观察者）大脑或测量仪器中发生的计算。我们接收信息、处理信息、形成概念、构建模型。这是“主观认知”的计算。
- 编码函数 (The Encoding Function): 这是连接前两者的桥梁，也是我理论的核心。它是一种特殊的计算，负责将“系统”的状态，映射或“翻译”成“观察者”能够理解的状态。没有它，宇宙对我们来说就是一堆无法解读的乱码。
很多人认为，只要搞懂了“系统计算”（即所谓的“万有理论”），物理学就终结了。但我认为，这忽略了至关重要的一环。我们永远无法直接“触摸”系统本身，我们所能接触的，永远是经过编码函数翻译后的结果。因此，理解这个编码函数，与理解系统本身同等重要。
想象一下看电影的过程。电影胶片上记录的光学和声学信息是“系统状态”。你的眼睛、耳朵和大脑是“观察者”。而电影放映机，就是那个神奇的“编码函数”！它读取胶片上的原始数据，将其“翻译”成我们能看见的画面和能听见的声音。换一台放映机（改变编码函数），即使胶片不变，你的观影体验也可能天差地别。
2. 不可分割的共舞：以规范理论为例
你可能会问：“观察者的状态真的那么重要吗？难道它不只是被动地接收信息吗？” 事实远非如此。在现代物理学中，尤其是在规范理论（如电磁学和粒子物理的标准模型）中，观察者的“选择”会主动地影响我们对物理系统的描述，甚至看似“创造”了物理现象。
一个经典的例子是电磁学。为了描述空间中某一点的电磁场，我们需要选择一个“坐标基准”（在规范理论中称为“规范”）。这个选择，本质上是观察者计算状态的一部分。它就像你决定从哪个角度、用哪个参照物来观察一栋建筑。然而，这个看似主观的决定并非孤立的。你对这一点规范的选择，会通过“规范连接”约束你对邻近点的规范选择，这种约束在时空中传播开来，就形成了我们观测到的电磁波——这可是实实在在的、能够传递能量的物理系统状态！
看，观察者的计算（选择规范）和系统的计算（电磁波的传播）在这里紧密地纠缠在一起，无法分割。它们就像一对跳探戈的舞者，你的一个转身会立刻引发对方的响应。这再次证明，我们必须有一个强大的“编码函数”来描述这两者之间复杂的映射关系。
想象你在一个广阔的平原上绘制地图。你在地图上选择了一个点，并规定“这里朝北”。这是你的“规范选择”。现在，为了保证地图的连续性和准确性，你邻近点的“北方”方向就必须与你的初始选择相协调。当你把这个协调规则应用到整个地图时，你会发现地图上自然地出现了一系列等高线和方向箭头，它们共同描绘了地势的起伏。你最初的一个“主观”决定，通过一个规则（编码函数），“涌现”出了对客观地貌（物理系统）的描述。
3. 哲学的十字路口：唯心 vs. 唯物
现在，让我们穿越回17世纪的欧洲。当时的哲学家们正进行着一场旷日持久的辩论。一方是以笛卡尔、莱布尼茨为代表的理性主义者，他们相信真理源于纯粹的理性，我们心中天生就有一些“天赋观念”。另一方是以洛克、霍布斯为代表的经验主义者，他们认为心灵是一块“白板”（Tabula Rasa），所有知识都必须来自感官经验。
这场认识论的争论很快就蔓延到了本体论层面，也就是关于“什么才是终极实在”的争论，从而形成了两大阵营：
- 唯心主义 (Idealism): 以贝克莱主教为代表，认为心灵和精神表征是第一性的，是唯一真实的存在。我们所说的“物质世界”，不过是这些精神表征的涌现或构造物。
- 唯物主义 (Materialism): 以洛克等人为代表，认为物质世界是第一性的，具有本体论上的优先地位。我们的心灵和意识，只是物质世界复杂互动的结果。
这场争论持续了几个世纪，似乎永远无法分出胜负。为什么？我大胆地提出一个假设：这场哲学辩论，其实是我们在无意识中对“计算负担”进行不同分配的产物。
4. 计算的“锅”该谁来背？
想象一下，描述整个宇宙的总计算复杂度是一个固定的量。现在的问题是，这个“计算的重担”应该由谁来承担？是宇宙系统本身，还是作为观察者的我们？
我发现，我们可以任意地移动这个负担：
- 极端情况一：唯心主义的计算模型
我们可以假设宇宙系统本身的计算极其简单甚至“微不足道”（Trivial）。例如，假设宇宙的底层规则可能只是“存在”。那么，我们所看到的一切复杂性——星辰、生命、思想——都源于哪里呢？它们全部被塞进了“编码函数”和“观察者计算”中。是我们的心智（观察者）通过一个极其复杂的编码过程，从一个简单的基底中“生发”出了整个世界的斑斓景象。这，就是计算视角下的唯心主义。 - 极端情况二：唯物主义的计算模型
反过来，我们也可以假设观察者的计算和编码函数极其简单。我们的心智可能只是一个最基础的“信息记录仪”。那么，世界的复杂性就必须完全由宇宙系统本身的计算来承担。宇宙遵循着一套极其复杂的内在法则，独立于我们而运行，而我们只是被动地接收其计算结果。这，就是计算视角下的唯物主义。
关键在于，这两种极端情况，以及它们之间的任何中间状态，从最终结果来看是无法区分的！因为无论计算的“锅”由谁来背，只要它们最终能产生等效的观察者状态（equivalent observer states），对我们来说，它们就是一样的。我们唯一能接触到的，就是我们自己的最终感觉和认知。这就像两段不同的代码，虽然实现逻辑天差地别，但只要输出结果完全相同，我们就无法仅凭输出来判断哪个是“正确”的。这就是为什么唯心与唯物之争会成为一个“无法解决”的哲学难题。
A君给你讲一个复杂的故事。他可以有两种方式： 1. （唯物主义）他把故事的所有细节、前因后果、人物关系都原原本本地告诉你。这个过程非常复杂（系统计算量大），而你只需要坐着听就行了（观察者计算量小）。 2. （唯心主义）他只告诉你故事的几个关键词，比如“王子、恶龙、公主”。然后让你自己根据这些线索去想象、构建整个故事。这个过程，他的讲述很简单（系统计算量小），但你的大脑需要进行大量的创作和联想（观察者计算量大）。 无论哪种方式，只要最终你脑中都得到了一个同样精彩的故事，你能说哪种方式更“真实”吗？
5. 物理学的真正任务：寻找那把奥卡姆剃刀
既然我们陷入了这个“计算负担分配”的任意性困境，难道物理学研究就无法推进了吗？难道我们必须先站队，宣称自己是唯心主义者或唯物主义者，才能开始研究物理定律吗？当然不是！
我的解决方案是：停止纠结于系统和观察者谁的计算更复杂，而是将它们的复杂度都视为固定的背景。然后，将我们的全部注意力，都集中在优化第三个元素——编码函数上！
换句话说，我们可以提出一个新的科学原则：假设宇宙（系统）和我们的心智（观察者）的运作方式是给定的，物理学的任务，就是去寻找那个算法上最简单、信息上最高效的“编码函数”，它能将前者映射到后者。这就是在现代语境下对“奥卡姆剃刀”或“简约法则”最精确的诠释。
我们不再问“物理定律是什么”，而是问“描述物理定律的最短程序是什么？” 这就将问题转化为了一个关于柯尔莫哥洛夫复杂度（Kolmogorov Complexity）的最小化问题。物理定律不再是刻在宇宙基石上的冰冷规则，而是连接现实与感知的、最优雅、最经济的“翻译算法”。
通过这种方式，我们就可以在不预设任何无法验证的本体论立场（无论唯心还是唯物）的情况下，有意义地、可量化地去比较不同的物理理论，并评判哪个理论更“好”——即，哪个理论提供了更短、更优美的编码函数。这，才是我认为物理学在计算时代应该扮演的角色。
你有一张巨大的高清图片（系统状态），你想把它发给朋友。朋友的手机屏幕很小，只能显示缩略图（观察者状态）。你可以： 1. 用一个很笨的程序，直接把图片缩小，损失很多细节，压缩率很低（一个糟糕的编码函数）。 2. 用一个非常智能的JPEG或PNG压缩算法，它能分析图片内容，用最少的数据量来完美地描述这张图片，并能被朋友的手机精确解码（一个优秀的编码函数）。 物理学的任务，就是去寻找那个像JPEG算法一样，最高效、最智能的“宇宙压缩程序”。
🔬 技术细节：深入算法与数学的核心
为了让我的观点更加严谨，我们需要深入其背后的数学和算法理论。核心概念是算法信息论，特别是柯尔莫哥洛夫复杂度。这部分内容可能有些抽象，但我会尽量用清晰的语言和公式来解释。
柯尔莫哥洛夫复杂度：复杂性的终极度量
在日常生活中，我们说一个东西“复杂”，通常是主观感觉。但在算法理论中，有一个精确的度量方式。一个对象（比如一个字符串、一张图片或一个物理状态）的柯尔莫哥洛夫复杂度，被定义为能够生成这个对象的最短计算机程序的长度。我们用 \(K(x)\) 来表示对象 \(x\) 的复杂度。
这里的 \(p\) 是一个程序，\(|p|\) 是程序 \(p\) 的长度（以比特为单位），\(U\) 是一台通用的图灵机（可以理解为任何一种理想化的计算机）。这个公式的直观意义是：一个对象越“简单”，描述它的最短指令集就越短。
- 思考圆周率 π 的前一百万位数字。这个数字串看起来非常随机和复杂。但它的柯尔莫哥洛夫复杂度其实很低，因为我们可以用一个很短的程序（比如一个计算 π 的算法）来生成它。所以 \( K(\pi_{1,000,000}) \) 很小。 - 现在，思考一个通过连续投掷一百万次硬币产生的真正随机的01字符串。要生成这个字符串，你没有任何捷径，只能把整个字符串存储下来然后输出。因此，描述它的最短程序基本上就是它本身，其柯尔莫哥洛夫复杂度非常高。
计算复杂度的守恒与转移
现在，让我们用柯尔莫哥洛夫复杂度的语言来重写我之前的观点。设 \(S\) 为宇宙的某个物理状态，\(O\) 为观察者感知的相应状态。我们的总模型复杂度 \(K_{total}\) 可以看作是三个部分的和：
其中 \(f\) 是编码函数，满足 \(f: S \mapsto O\)。这是一个简化的模型，但足以说明核心思想。
唯物主义和唯心主义的争论，就源于我们可以“重新分配”这些 \(K\) 值。
- 唯物主义假设: \(K(O)\) 和 \(K(f)\) 很小。世界的复杂性主要体现在 \(K(S)\) 上。即，宇宙本身是复杂的。
- 唯心主义假设: \(K(S)\) 很小。世界的复杂性主要体现在 \(K(O)\) 和 \(K(f)\) 上。即，我们的心智和解释方式是复杂的。
由于我们只能接触到最终的 \(O\)，并且通常对 \(S\) 没有直接的先验知识，这条路走不通。我的提议是，我们不应该去猜测 \(K(S)\) 和 \(K(O)\) 的绝对大小，而是应该把它们看作一个整体，然后致力于最小化编码复杂度 \(K(f)\)。
这个公式陈述的是：在所有能够成功将物理现实 \(S\) 映射到我们的观测 \(O\) 的编码函数 \(f\) 中，找到那个自身描述最短（即最优雅、最简洁）的一个。广义相对论之所以比牛顿引力更优越（在强引力场中），不仅仅是它更精确，更是因为它提供了一个更根本、更统一的编码方式（时空弯曲），尽管其数学形式更复杂，但其底层的“程序”可能更短。
物理定律即数据压缩
从这个角度看，每一条伟大的物理定律，都是一次成功的“数据压缩”。牛顿的万有引力定律 \(F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}\) 就是一个惊人高效的编码函数。它用一个极短的程序，取代了记录宇宙中所有物体过去和未来运动轨迹的无穷无尽的数据表格。爱因斯坦的场方程更进一步，将引力编码为时空的几何属性，实现了更深层次的压缩。
我们正在进行的Wolfram物理项目，本质上也是在做同样的事情。我们试图找到一个极其简单的底层计算规则（一个非常短的程序 \(p\)），并研究是否能找到一个合适的编码函数 \(f\)，将这个简单规则的演化结果 \(U(p)\)，映射到我们观测到的复杂物理世界（广义相对论、量子力学等）。如果成功，我们将获得对物理定律的终极压缩，即找到了那个柯尔莫哥洛夫复杂度最低的编码函数 \(f\)。
📊 模拟实验：以元胞自动机为例
理论需要实践来检验。虽然我们无法直接对整个宇宙进行实验，但我们可以在一个“玩具宇宙”中模拟我的想法。我最喜欢的玩具宇宙就是元胞自动机（Cellular Automata），比如著名的“规则30”。
案例研究：描述“规则30”的演化
“规则30”是一个非常简单的确定性规则，但它能生成看似高度复杂和随机的模式。假设这个模式就是我们的“物理系统”（\(S\)），而我们的目标是向一个观察者描述这个模式在第100行的状态（\(O\)）。
我们来比较三种建模思路的“总复杂度”，这里用程序代码的行数来近似模拟柯尔莫哥洛夫复杂度。
| 建模思路 | 系统计算 K(S) (近似) | 观察者/编码 K(O)+K(f) (近似) | 总复杂度 (近似) | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| 模型A (唯物主义) | ~500行 | ~10行 | ~510行 | 直接存储并传输第100行的完整状态。系统复杂度高（因为状态本身很长），观察者/编码极其简单。 |
| 模型B (唯心主义) | ~5行 | ~800行 | ~805行 | 只告诉观察者“存在一个模式”，然后让观察者自己去尝试无数规则来“重构”它。系统规则简单，但观察者的解码/搜索过程极其复杂。 |
| 模型C (我的方法) | ~5行 (规则30本身) | ~20行 (演化代码) | ~25行 | 提供系统的初始状态和演化规则（编码函数）。这是描述整个过程的最短程序。 |
这个简单的例子清晰地表明，通过优化编码函数（即提供生成规则而非最终结果），我们获得了描述这个“玩具宇宙”的最高效、最简约的方式。这正是模型C的精髓所在。
🌌 结论：重新定义物理学的疆界
从一条关于编码函数的帖子，到17世纪的哲学思辨，再到现代算法理论，我的这趟思想之旅希望能向你揭示一个核心观点：我们对宇宙的理解，深刻地依赖于我们选择的“语言”——那个连接客观实在与主观认知的编码函数。
长久以来，唯心主义与唯物主义的争论就像一个无法逾越的鸿沟，将哲学和科学置于一种紧张关系中。但我认为，计算理论为我们架起了一座桥梁。它告诉我们，这场争论或许从一开始就是一个“伪问题”，是由于对计算负担分配的视角局限性造成的。我们不必在“物质第一性”或“意识第一性”之间做出选择。
相反，我们可以拥抱一个更具建设性的新范式：将物理学视为一门寻找终极编码函数的艺术和科学。 这门科学的目标，是在给定的物理现实和观察者结构下，发现那个算法上最简洁、最优美的“翻译程序”。这不仅为奥卡姆剃刀等古老科学原则提供了坚实的计算基础，也为物理学的未来发展指明了一个清晰可行的方向。
这不仅仅是一场学术游戏。它关乎我们如何看待自身在宇宙中的位置。我们不是被动的旁观者，也不是凭空创造现实的上帝。我们是宇宙的共同计算者、意义的编码者。我们通过不断寻找更深刻、更简洁的物理定律，参与到这场宇宙级的“信息压缩”中，从而让这个宏大而沉默的宇宙，在我们心智中，以最绚烂的方式歌唱。
这便是我分享这些思考的初衷。它不是终点，而是一个全新的起点。我邀请你们每一个人，都来成为这场伟大探索的参与者。谢谢大家。