元胞自动机(Cellular Automaton,复数为Cellular Automata,简称CA,也有人译为细胞自动机、点格自动机、分子自动机或单元自动机)。是一时间和空间都离散的动力系统。散布在规则格网 (Lattice Grid)中的每一元胞(Cell)取有限的离散状态,遵循同样的作用规则,依据确定的局部规则作同步更新。大量元胞通过简单的相互作用而构成精态系统的演化。由冯诺依曼在20世纪50年代发明。

一开始是二维的,后来发展到三维,多维。

两张图片展示一下:

二维:

知识:元胞自动机

三维:

元胞自动机本来是研究在一定规则下元胞的演化的,而且得出了很多有价值的结论。比如参看文章:这个游戏没有玩家,为何在学术圈火了半个世纪?

今天还了解到,元胞自动机已经被使用到各个方面。我关心的是在物理学中的应用。

百度百科介绍到:“除了格子气元胞自动机在流体力学上的成功应用。元胞自动机还应用于磁场、电场等场的模拟,以及热扩散、热传导和机械波的模拟。另外。元胞自动机还用来模拟雪花等枝晶的形成。”

还有一个文章详细讲解了元胞自动机,很生动:http://www.swarma.org/complex/models/ca/ca1.htm

有人给出了二维元胞自动机的一个C++开源例子,原文链接:访问。我分享一下运行视频:

 

我在arXiv.cn上搜索得到的结果:https://arxiv.org/find/all/1/all: AND Cellular Automaton/0/1/0/all/0/1?client_host=cn.arxiv.org

有几个我很有兴趣:

1. Von Neumann Regular Cellular Automata  arXiv:1701.02692

2. Morphognosis: the shape of knowledge in space and time  arXiv:1701.02272

3. Neighborhood-History Quantum Walk  arXiv:1611.07495

4. Quantum cellular automata and free quantum field theory  arXiv:1608.02004

5. Particle models with self sustained current  arXiv:1606.04920

6. Neighborhood approximations for non-linear voter models  arXiv:1604.07778

《奇幻森林》中的很多动物很多都其实都是自然界中动物的合体。其中巨猿路易王也是糅合而成的,它的体型来自于已经灭绝的步氏巨猿,外貌特征则参考了雄性的婆罗洲猩猩。

路易王
路易王

在 1967 年的原作《森林王子》里,路易王的角色是一只 orangutan(大猩猩)。 而《奇幻森林》里的路易王则是一只 Gigantopithecus blacki(巨猿),这种生物已在 10 万年前灭绝,化石则可追溯到100万年前。它们生存在的中国、印度等地,与现今人类共存约几千年。步氏巨猿是历史上出现过的已知最大的灵长类动物,它们的身高可超过3米,体重达550公斤。这么大的体形竟然以吃竹子为生,偶尔也吃吃水果和树叶什么的。

步氏巨猿
步氏巨猿

婆罗洲猩猩也是一种大个子的灵长动物,雄性体长约1米,浑身披着红毛,脸上有一对“颊囊”(猴年春晚没有出现的吉祥物康康那两颗“猴腮雷”就是颊囊),随着年龄增长导致的皮肤松弛,雄性婆罗洲猩猩的颊囊会逐渐向两边扩张成巨大的盘状,是名副其实的“大脸盘子”。

婆罗洲猩猩
婆罗洲猩猩

配音演员和动物合体海报欣赏(精美大图):

本文内容整理自网络,参考文章如下:
http://zhidao.baidu.com/daily/view?id=11790
http://www.china-7.net/view-1297026.html
http://baike.baidu.com/view/3133924.htm

这本书作者为卡尔·罗威利(Carlo Rovelli),圈量子引力的建立者之一。本书回顾了其科学生涯,讲了他是如何走上量子引力这一条路,以及如何和李·斯莫林(Lee Smolin)、阿贝·阿西提卡(Abhay Ashtekar)、罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)等人发现圈量子引力的数学表述的。

先说说作者的科研经历:

作者出生于意大利维罗纳,父亲是工程师和企业老板(这为作者在以后的某段拮据时光起到帮助)。青少年时期很叛逆激进,发现世界和自己期望的不一样之后发奋读书,在博洛尼亚读大学, 二十岁时独自进行漫长的环球旅行去寻找“真理”,直到大二也仍旧激进反叛,大三物理课上接触到二十世纪的物理学,被“新的”科学观点震惊,对理论物理产生兴趣,开始思索物理问题。大四偶然读到英国物理学家克里斯·伊沙姆(Chris Isham)的涉及到“量子引力作用”的文章,对所述问题着迷。经历不少周折之后,在帕图瓦读博士,选择了一位对作者不太在乎的教授做导师,允许他继续做他喜欢的研究。三年里阅读所有量子引力的论著,未曾发表文章。在读博的几年里,认识到量子引力理论的情况仍不明朗。读博器件又一次旅行,期望找到一些对量子引力学和时间空间感兴趣的人。从克里斯·伊沙姆那里得知了美国锡拉丘兹的阿贝·阿西提卡,在加州圣巴巴拉的研讨会上认识了耶鲁大学的李·斯莫林,两人成为好友。两人从李·斯莫林发现的惠勒-德维特方程解法出发,认识到每一个解法都与空间里的一条闭合曲线,即与一个环或者“圈”相关联。这些“圈”就是量子引力场的法拉第场线,而且这些场线是分散的,就像电磁场分散成很多光子。这些圈本身就是空间。基于此合作提出了圈量子引力。两人于1987年在印度阿果公布了研究结果。在随后的几年里作者进一步发展这个理论并完成了论文。获得INFN基金在罗马智德大学地下室进行几年短暂研究,经费用尽后再三犹豫去了美国匹兹堡大学,并在匹兹堡度过十年,喜欢那里的科学史与哲学研究中心,受益很大。二十世纪九十年代得助于罗杰·彭罗斯的“自旋网”数学处理了容积问题,寻找到“空间粒子”。之后回到欧洲,到了法国马赛的鲁米尼理论物理学中心工作直到现在。 从中受益的内容摘抄。所摘抄内容是我认为的本书的精华部分,其中包含了对基础物理的理解,对圈量子引力思想的简单阐述,对现有理论的评价,对科学发展观的看法,对当今世界环境的评论已经对未来的期盼。加了“PS”记号的是我的批注。

P11

……量子力学所应用的是传统的时间和空间概念,这是与广义相对论背道而驰的。而广义相对论所应用的是传统的物质和能量概念,这又与量子力学南辕北辙。……以至于我们已经搞不清什么是时间、空间和物质。至此,今天的基础物理学已经处于可悲的境地。……

P13

幸运的是,来自成年人慎重建议的唯一后果,就是往往会让青年人更加快活地固执己见。(不当年轻人不知道啊,确实如此啊,这就是叛逆精神。)

P21-22

世界就不是存在于空间里面的粒子和场,而仅仅是粒子和场……空间本身就是与其他场相同的一种场。它和电磁场完全一样,可以移动、波动、弯曲。……

P26

量子力学的另一个新奇之处,就是一切物体的运动中,都有一个偶然的分力。在运动中存在着内在的非确定性。正如牛顿曾经说过,一个粒子目前的状态难以决定随后将发生的事件。在围观范畴里里,物质的运动方式是由概率法则所决定的。

P38

空间看上去是延续的,但在很小的尺度下,还是可以数的清这些“圈子”的。在没有物质存在时,这些“圈子”则自我闭合。在靠近物质时,这些“圈子”就会打开,像电磁场中在电荷作用下打开的电磁场线“圈子”。……所以从基本粒子和普朗克长度的水平才能看到物质与圈子之间最基本的相互作用。

P41

以后我才发现,科学界明飞净土,我对此很难过,也有过惨痛教训。剽窃他人观点的案例比比皆是。很多研究者都对成为某一观点的首创者忧心忡忡,不敢对他人透漏口风,以防他人抢先一步发表论文或以贪天之功为己功的方式改写历史。这产生了一种猜忌怀疑的氛围,令人痛苦不堪,以至于严重最了科研的进步。我就认识很多人,他们对正在的研究的内容在发表之前,从不对任何人透漏只言片语。

P46-47

我相信科学与哲学之间的对话在今天显得十分重要。从前,这种对话对于科学的发展也起到过重要作用,尤其是在理论物理学出现重大概念改变的时候。……但是在二十世纪的后五十年里,基础科学却远离与哲学的对话。……人文科学与自然科学之间的相互猜忌也影响了整个社会由科学构成这一形象。(PS:人文、艺术与科学之间本就是友好的伙伴,不应该这样。)

P55

第一个改变了世界古老形象的人,他的名字是阿那克西曼德(约公元前610年-公元前546年,古希腊哲学家),科学家和哲人,生活在公元前六世纪时的古希腊城市米累(米利都),濒临今天的土耳其海岸一带。正是他提出了令大家信服的对地球的全新解读:地球是漂浮在空间的一块巨石。天空不仅在地球之上,还环绕着地球,包括地球的下方。(PS:现在想想,地球居然浮在空中都有些不可思议,还是因为我们的观念被束缚住了才会这样觉得。)

P58

在大型物体附近的空间结构会发生改变的现象,亦将成为一种常识。而那种固态的均匀空间的观点将会变得滑稽可笑。就像认为地球要依靠支撑才不会掉下去一样显得脑残。(PS:译者很有意思,“脑残”一词都用上了,哈哈。)

P62

围绕着空间是实体还是关系的哲学争论……(PS:实体的和关系的,这是两种主流说法。)

P72

如果该理论不能提出这些预言,那它就不是一种科学理论。

P73

可以用自旋网概率云来描述物理空间。

P78-79

但是如果一个黑洞在发热,那么产生振动的基本“原子”会是什么呢?圈理论给出了答案。这些产生振动并导致黑洞产生温度变化的基本原子恰好就是黑洞表面的单个“圈子”。

目前用于测量比 $10^{-29}$ 厘米更小的粒子的测量手段还不甚准确。……实际上它(这里指圈量子引力)会违反自然的重要对称,即我们称之为“局部洛伦兹对称”。与之相反,很多论据表明,圈子理论是遵守这种对称的,最新的计算也倾向于肯定这个结论,使得我们不可能用这种渠道进行理论验证。

P89-P90

量子引力学带给我们的新观点是,空间是不存在的。存在的只是引力场,……空间的不存在也意味着时间的不存在,……惠勒-德维特方程式中没有 t 变量,在该理论基本架构的任何地方都没有它。

P92、93、94

用脉搏来确定中百的摆动是否规则,又用座钟确定脉搏跳动是否规则,这不是一个怪圈吗?而这又意味着什么?

这意味着,我们从未测量到事件本身。我们测量的只是诸如 A,B,C 等变量(摆动,心跳以及别的数据),我们也是用一个变量去与另一个变量进行比较。所以我们测量的只是函数A(B)、B(C)、C(A) 等。不过还死活有必要认为变量 t 即“真正的时间”是存在的,尽管我们不能测量到它,但它却隐藏在全部事物背后。(PS:现在我们知道,我们一直所说的时间都是用别的变量来间接说明的,比如“一天”。)

换言之,时间变量的存在,与其说是观测结果,更不如说是一种假设。

P95

在这些变量之间建立起联系,即是A(B)、B(C)、C(A)这些函数的方程式,而不再是A(t)、B(t)、C(t) 这种我们无法观测到的方程式。(PS:这句话被taho重新修改,并非书上原话。)与空间一样,时间也编程了一种相关性的概念,它只是表述了事物的不同状态之间的关系。(PS:这种观点真的很新颖,很让人热血沸腾,又感到恐惧。)

P96

那么我们真的可以毫不考虑时间而研究世界吗?真的可以完全不考虑时间而探究我们的这个世界?我认为是可以的,但这是我们思想观念上的一次彻底革命。

P97

换言之,时间是我们队世界细枝末节的无知所产生的效应。

P113-114

弦理论比圈理论受到更广泛的研究且更著名,主要是由于历史原因造成的。……弦理论的优势在于把物理学的各种互相作用完美地统一起来。它的死穴之处在于其存在参考空间。

P118

如果所述理论中的假说性质含糊不清,科学就会丧失信誉。比如弦理论,就常被当作是已经能够得到验证的理论。(PS:说的太对了,我本人即为受害者,但我见到的受害者更多,几乎所有看科普书的人都是受害者……)

P119

我认为,对科学伤害最大的是那些科普学者,他们尝尝吧假说理论单过已经确定的理论进行宣传。

澄清弦理论、圈理论,尤其是那些在“标准模型”之外的各种理论的假说性质,对于科学的纯洁性与公众进行透明的沟通是很重要的,因为社会才是科学的衣食父母。(PS:确实如此。科学家不应该清高,因为你所做的事是需要花钱的,钱是大家给你的。)

P120

世界各地对于科学的资金计划都越来越倾向于自主那些有助于工业发展和技术应用的研究项目。而对于纯科学研究的自处则直线下降。这是短视的政策。如果亚历山大时代的君主或者佛罗伦萨的梅迪奇家族只注重应用研究,他们一定会认为欧几里得或伽利略的研究都毫无用处,那我们今天就会处于愚昧和贫穷之中。

P126

这种全心的文化氛围孕育了崭新的知识理念,即理性的和批判性的知识。这是一种充满活力的知识,能够不断发展并敢于质疑传统观念,甚至自我质疑。这种新知识的威望既非来自传统,也非来自强权武力,更非求助于对永恒真理的追求,而仅仅来自于通过自身的公正观点来说服他人。对已有的观点的批判不仅不被禁止,反而会得到提倡,这就是这种思想的生机和力量源泉,使得这种思想得意不断完善。它是新世界的曙光。……我们欢迎不同意见,这正是思想的动力源泉。想要获胜的唯一方式是通过对话来以理力争,捍卫自己的观点,最终说服他人。(PS:和平与友好谈判非常重要,以理服人才是智慧的象征。)

P127

想要了解事物,需要经过城市的研究过程,要虚心学习,关注大自然,耐心听取他人的意见。其关键是老实诚恳(即“好无恶意”),因为我们的看法可能会是错的。从柏拉图开始,人类已经走过了漫长的道路,但我们仍需沿着他指引的道路前进:追求知识的理想途径是通过对话,在理性辩论的范围内求得共识。……理想中的民主,就是决策者通过民主的方式来阐述自己的观点,并以理服人。

P130

科学发展观从未与艺术、文学和哲学的发展脱节。……无论是舒伯特的乐章还是爱因斯坦的著作,都蕴含着一样的美好、智慧、人性和奇妙。(PS:舒伯特的小夜曲很好听啊。听听看。)

P132

科学就是我们勇于承认自己的无知和局限,就是要取人之长补己之短,而不是对他人心怀猜忌。

如果说全世界在文化方面亏欠欧洲,那么在长达三个世纪的殖民掠夺中,世界失去的更多。……我期望欧盟主席有一天能这样说:我们欧洲人面对殖民罪行,深感耻辱。(PS:说了句我的心里话。我喜欢这个卡尔·罗威利。)

P133

他们向我征求意见时,我强烈反对他们从事这个领域的专业研究,就像当年我的老师反对我的意愿一样。我告诉他们,专业研究这个行当,职场竞争激烈,课题研究困难重重,科研工作风险巨大。我会告诉他们,只凭热情工作非常危险。但我私下却希望他们能够充满热情和勇气,不畏险阻去追求自己的梦想。(PS:科研有风险,入行需谨慎。)