Quels concepts Stephen Wolfram introduit-il dans son ouvrage « A project to find the fundamental theory of physics »

1. Le calcul comme fondement de la physique :

Wolfram propose que la computation (le calcul) soit la clé pour comprendre les lois fondamentales de l’univers. Selon lui, l’univers physique peut être décrit comme un énorme processus computationnel qui évolue selon des règles simples mais produisant des résultats complexes. Cette idée est au cœur de son approche de la physique computationnelle.

2. Les automates cellulaires :

Un concept majeur de l’ouvrage est l’idée que des systèmes simples comme les automates cellulaires peuvent produire des phénomènes extrêmement complexes. Wolfram soutient que la réalité physique pourrait être modélisée par un tel système, où des règles simples de calculs locales donnent lieu à une évolution globale du système, générant la complexité que nous observons dans l’univers. Il va jusqu’à dire que tout ce que nous percevons dans la nature pourrait être le résultat de l’application de règles computationnelles simples.

3. La théorie de l’irréductibilité computationnelle :

Un des concepts clés que Wolfram introduit est celui de l’irréductibilité computationnelle. Il postule que pour certains systèmes complexes, la seule manière de comprendre ce qui se passe est de simuler chaque étape de son évolution, ce qui empêche toute simplification prévisible. En d’autres termes, certains phénomènes naturels sont fondamentalement irréductibles et ne peuvent pas être compris à l’aide de modèles analytiques traditionnels.

4. La notion de « ruliad » :

Un autre concept central dans l’ouvrage est la ruliad. Ce terme désigne la structure mathématique qui représente toutes les évolutions possibles de tous les systèmes de règles computationnelles possibles. La ruliad est une entité qui regroupe toutes les évolutions possibles de tous les programmes et capture ainsi l’ensemble des résultats possibles des calculs de l’univers. Wolfram la décrit comme une sorte de « carte » de l’espace des possibles computationnels. C’est en analysant cette ruliad que Wolfram espère découvrir la structure sous-jacente de la réalité physique.

5. Les règles fondamentales de la nature :

Wolfram propose que l’univers fonctionne selon des règles simples et locales qui, quand elles sont appliquées de manière itérative, génèrent des phénomènes aussi complexes que ceux que nous observons dans la physique et la nature. Ces règles, en appliquant des principes computationnels fondamentaux, produisent des structures qui ressemblent à des lois physiques comme celles de la relativité et de la mécanique quantique. Selon lui, ces règles sont discrètes et basiques, mais génèrent un ensemble de comportements émergents qui peuvent expliquer l’ensemble des phénomènes physiques.

6. Le principe d’équivalence computationnelle :

Ce principe stipule que tous les systèmes computationnels assez complexes sont équivalents en termes de pouvoir computationnel. Autrement dit, une fois qu’un système dépasse un certain seuil de complexité, il devient capable de réaliser toutes les formes de calcul computationnel possibles. Cela suggère que les lois physiques de l’univers pourraient émerger de systèmes de calcul qui, à un niveau fondamental, sont égaux dans leur potentiel de calcul, quelle que soit la manière dont ils sont structurés.

7. Les réseaux de causalité :

Wolfram introduit également le concept de réseaux de causalité dans lequel les éléments de l’univers interagissent entre eux à travers des règles causales simples. Il soutient que chaque événement de l’univers peut être vu comme une interconnexion causale entre des entités et que comprendre ces réseaux de causalité à un niveau profond pourrait permettre de décrire les lois physiques sous-jacentes.

8. La vision de la physique comme un programme informatique :

Wolfram envisage la physique comme une forme de programmation informatique dans laquelle chaque événement ou phénomène peut être compris comme le résultat de l’exécution d’un programme computationnel. Cela se traduit par l’idée que tout phénomène dans l’univers pourrait être vu comme une étape dans l’exécution d’un programme universel qui évolue dans le temps, produisant toute la diversité de la réalité physique.

9. Les émergences de la complexité :

Un autre aspect important de la théorie de Wolfram est l’idée que la complexité émerge de la simplicité. En partant de règles simples, il postule qu’il est possible de générer des systèmes de plus en plus complexes, semblables aux structures physiques que l’on trouve dans le monde. Il explore comment des règles simples appliquées à un niveau fondamental peuvent créer des structures de plus en plus sophistiquées, comme la matière, la gravité, la lumière et d’autres forces physiques.

10. L’unification des forces fondamentales :

Enfin, une de ses ambitions est de proposer une unification des forces fondamentales de la nature. Wolfram croit que la théorie qu’il propose pourrait potentiellement unifier la gravité, l’électromagnétisme, la mécanique quantique et la théorie des champs dans une loi fondamentale unique. Selon lui, cette unification pourrait émerger d’une simple règle computationnelle.

Conclusion :

En résumé, Wolfram introduit dans cet ouvrage des concepts profonds et novateurs autour de la computation, des automates cellulaires, de l’irréductibilité computationnelle, et de la ruliad. Il suggère que la physique pourrait être comprise comme un processus computationnel évoluant selon des règles simples, mais produisant une complexité infinie et variée, semblable à celle que nous observons dans l’univers.