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Wolfram Science

Mit den Basiswissenschaften des berechenbaren Universums für eine neue Art von Technologie

Bekannt auch als "NKS" nach dem Titel von Stephen Wolframs 2002 erschienenem Buch A New Kind of Science, ist Wolfram Science ein Zweig klassischer Wissenschaft, der sich mit dem Verstehen des berechenbaren Universums möglicher Programme befasst: Ihr Verhalten, ihre allgemeine Eigenschaften und Anwendungen.

Wolfram Science begründet eine neue Art und Weise, über Berechnung nachzudenken, und einen neuen Zugang zur Entwicklung berechnungsorientierter und anderer Technologien.


Die intensive Durchsuchung des berechenbaren Universums möglicher Programme mithilfe der Ideen von Wolfram Science wurde zu einer wesentlichen Herangehensweise bei der Entwicklung der in Wolfram-Produkten verwendeten Algorithmen. Und als ein Unternehmen, das sich einer Langzeit-Vision verschrieben hat, unterstützt Wolfram Research auch weiterhin Wolfram Science und dessen intellektuelle Entwicklung.

Simple Programme machen nicht immer nur simple Sachen

Eine wesentliche Erkenntnis von Wolfram Science ist, dass sogar extrem kurze Programme, bestehend aus weniger als einer Zeile Wolfram Language-Code, in der Lage sind, irreduzibles komplexes Verhalten zu erzeugen.

Regel 30

Stephen Wolframs liebste Erkenntnis: Ein unglaublich einfaches Programm, das ein dermaßen komplexes Verhalten erzeugt, dass viele Aspekte davon zufällig wirken — und sie sind zufällig genug, um einen großartigen Pseudozufallsgenerator abzugeben.

Erkundung des berechenbaren Universums

Genauso wie das Teleskop die moderne Astronomie ermöglicht und den Weg zur modernen Physik bereitet hat, genauso haben die Wolfram Language und ihre Vorgängersprachen die Erkundung des berechenbaren Universums ermöglicht und zu Wolfram Science geführt.

Das Prinzip der berechenbarer Äquivalenz

Stephen Wolframs zentrales Prinzip, das er aus jahrelanger Auseinandersetzung mit dem berechenbaren Universum abgeleitet hat — mit tiefgreifenden Auswirkungen auf Wissenschaft, Technologie und die Art und Weise, wie wir über die Welt nachdenken.

Der Raum der möglichen Mathematiken

Die heutige Mathematik – so wie sie in vielen Mathematica-Funktionen wiedergegeben ist – ist auf bestimmten Axiomen aufgebaut. Wolfram Science beleuchtet den vielfältigen Raum anderer möglicher Axiome, die unentdeckte Zweige der Mathematik freigeben.

Berechenbare Modelle der Natur

Anschließend an die umfangreiche Arbeit von Stephen Wolfram und vielen anderen, sind einfache Programme nun im Begriff, mathematische Gleichungen als bevorzugter Modellierungsansatz in einer Vielzahl von Systemen zu überholen, besonders, wenn komplexes Verhalten vorliegt.

Die Schwelle zur Universalität

Was braucht es, um einen universellen Computer herzustellen? Eine Schlüsselerkenntnis von Wolfram Science ist, dass sogar unglaublich einfache Systeme als universelle Computer so programmiert werden können, alles zu berechnen.

Ein Paradigma für Biologie?

Genauso wie das Konzept von digitaler Information zur Genomik geführt hat, ist es möglich, dass Überlegungen zum berechenbaren Universum zu einem Verständnis diverser biologischer Prozesse führen können – und zu der Komplexität, die die Medizin zu einem schwierigen Feld macht.

Der Physik auf der Spur

Wenn einfache Programme unendlich komplexes Verhalten erwirken können, kann vielleicht unser ganzes Universum als ein einfaches Programm repräsentiert werden. Stephen Wolfram hat sich ausgiebig mit dieser Idee auseinandergesetzt und vielfältige Resultate generiert, ohne jedoch unser Universum zu finden (für's erste)...

Automatisierte Kreativität

Jedes Programm im berechenbaren Universum ist wie eine neue Idee mit ihren eigenen unerwarteten, raffinierten, nützlichen oder schönen Konsequenzen, die uns überraschen und in Staunen versetzen können.

Die Schönheit der Natur verallgemeinern

Die Natur erschafft komplexe und wunderschöne Formen, die bestimmten einfachen Programmen folgen. Angesichts der enormen Auswahl an Programmen im berechenbaren Universum haben wir jedoch ein unerschöpfliches Angebot an naturähnlicher Schönheit, die es zu erkunden gilt.

WolframTones: "Eine neue Art von Musik"

WolframTones, entwickelt im Jahr 2005 am Höhepunkt des Klingelton-Booms, erzeugt kurze Musikstücke extrahiert aus dem berechenbaren Universum.

Die Kreativität der Biologie

Die Idee, nach einfachen Programmen zu suchen, ist nicht neu: Sie ist neben der natürlichen Selektion wahrscheinlich sogar eine wichtige treibende Kraft in der Biologie, die die unendlich kreativen und komplexen Formen hervorbringt, die wir in der Biologie sehen.

Die Kunst von Wolfram Science

Einfache Programme – besonders zelluläre Automaten – werden seit jeher zur Erzeugung dekorativer Kunst eingesetzt, mit Formen, die an unterschiedliche Stile erinnern, die man beim Erkunden des berechenbaren Universums von Programmen findet.

Architektonische Formen

Wenn ein Architekturprojekt eine Form mit innerer Logik, aber vielfältiger und komplexer Struktur verlangt, ist es inzwischen nicht ungewöhnlich, mithilfe von Wolfram Science einfache Programme zu finden, die Resultate mit diesen Vorgaben generieren.

Auf der Suche nach Algorithmen

Seit Jahrtausenden durchkämmen wir das physikalische Universum nach Technologie. Nun ist es an der Zeit, das Augenmerk auf das berechenbare Universum zu legen und Algorithmen jenseits unserer Vorstellungskraft zu entdecken. Wolfram Research tut das bereits seit Jahren.

Im Aufbau: Die Wolfram Algorithmbase

Eine ständig wachsende Zahl an Wolfram Language-Algorithmen – zur Bildanalyse, zur Auswertung von Funktionen und Zufallsgenerierung, für maschinelles Lernen und viel mehr – sind das Ergebnis intensiver Suche im berechenbaren Universum.

Die beste Lösung ist oft überraschend

Die meisten traditionellen Algorithmen haben sehr reguläre iterative (periodische) oder rekursive (verschachtelte) Strukturen. Häufig bringen Wolfram Science-Suchen mehr optimale Algorithmen ohne diese identifizierbaren Strukturen hervor.

Der Entdeckungsprozess von Algorithmen

Genauso wie für die Entdeckung von Medikamenten im chemischen Universum ist es für die Entdeckung von Algorithmen im berechenbaren Universum notwendig, Ziele zu setzen – oft definiert als Wolfram Language-Programme zum Vergleichen oder Testen von potenziellen Algorithmen.

Nicht-inkrementelle Entwicklung

Die traditionelle Methodologie umfasst die Entwicklung von Algorithmen in inkrementellen Schritten. Die Methodologie von Wolfram Science schließt umfangreiche Suchen ein, die im Erfolgsfall das Endresultat unverzüglich ausgeben.

Durchsuchung von Milliarden von Programmen

Wolfram Research durchsucht häufig Milliarden von Programmen, um den besten Algorithmus für einen bestimmten Zweck zu finden. Normalerweise werden inkrementelle und evolutionäre Methoden vermieden, die für gewöhnlich nicht bis zum Unerwarteten vordringen.

Unverständliche Programme

Im berechenbaren Universum ist es nicht ungewöhnlich, optimale Programme zu finden, deren Funktionsweise und Anwendung im besten Fall schwer zu verstehen ist. Daher bedarf es automatisierter Verfahren zur Evaluierung der Performance oder zum Nachweis des richtigen und genauen Funktionierens.

Das Geheimrezept von Wolfram|Alpha

Wolfram|Alpha ist in vielerlei Hinsicht die erste "Killer App" von Wolfram Science – ermöglicht durch die konzeptuellen Erkenntnisse der Wissenschaft und durch die damit eingeführten praktischen Methoden.

Es ist alles nur Berechnung

Stephen Wolfram bezeichnet häufig das Prinzip der berechenbaren Äquivalenz als ausschlaggebend für seine Überzeugung, dass berechnungsbasiertes Wissen keine menschenähnliche künstliche Intelligenz erfordert – und dass das Projekt Wolfram|Alpha machbar ist.

Automatisierte Bewertung & Ästhetik

Wolfram|Alpha steckt voller Heuristiken, die menschliche Bewertungsprozesse und ästhetische Entscheidungen effektiv automatisieren. Viele dieser Heuristiken wurden entweder durch Wolfram Science-Methoden ermittelt oder ergänzt.

Durchbrüche in linguistischer Datenverarbeitung

Wolfram|Alphas System zur Verarbeitung natürlicher Sprache basiert im Wesentlichen auf Ideen von Wolfram Science. Nämlich in der Einrichtung von Sammlungen interagierender einfacher Programme, die primitive linguistische Prozesse repräsentieren.

Visualisierung von Berechnunsprozessen

Forschung in Wolfram Science umfasst normalerweise die ausführliche Visualisierung von Berechnungsprozessen – ein Verfahren, das in der Entwicklung von Wolfram|Alpha intensiv angewendet wurde.

Eine Grundlage für eine berechnungsbezogene Studienlaufbahn

Genauso wie die Mathematik führt Wolfram Science in das abstrakte Denken ein – während es Schülern und Studierenden aber gleichzeitig wichtige theoretische und konzeptuelle Grundlagen für ihr Leben in der heutigen Welt allgegenwärtiger computergestützter Berechnung vermittelt.

Ab dem Kindergarten

Die Auseinandersetzung mit den Regeln zur Erzeugung eines zellulären Automaten ist eine Aktivität, die mit Kindern im Kindergartenalter durchgeführt werden kann und ihnen bereits das Konzept eines Algorithmus und die Relevanz der Präzision vermittelt sowie Verbindungen zur echten Welt aufzeigt.

Mathe-ähnliches Denken in der Reichweite von allen

Insbesondere in den Einstiegslevels vermittelt Wolfram Science dieselbe Art von abstraktem und präzisem Denken wie die Mathematik – ist dabei aber häufig konkreter und zugänglicher und stellt überraschende unmittelbare Verbindungen zur echten Welt her.

Eine allumfassende Wissenschaft

Kunst. Technologie. Natur. Programmieren. Erkunden. Abstraktes Denken. Wolfram Science besteht aus Komponenten, die ein bemerkenswert breites Spektrum von Studierenden ansprechen.

Live-Experimente

Wolfram Science bietet Lehrenden eine einzigartige Gelegenheit, den Entdeckungsprozess live in Action durch Computerexperimente im Unterricht mit Stegreif-Resultaten vorzuzeigen.

Vor der Informatik

Ohne Mathematikkenntnisse vorauszusetzen, bringt Wolfram Science Schülern die Konzepte der Berechnung nahe und bietet ihnen einen starken Rahmen für ein späteres traditionelles Informatikstudium.

Eine Wissenschaft, viele Methodologien

Wolfram Science verwendet Computerexperimente und experimentelle Beobachtung, theoretisches abstraktes Denken, das Erstellen und Bewerten von Modellen ebenso wie visuelles Denken unter der Einbeziehung von Ästhetik.

Jeder ist in der Lage, die Grenzen neu zu definieren

Zum Teil, weil sie so neu ist, zum Teil aufgrund ihrer Methodologien, ist Forschung in Wolfram Science einzigartig zugänglich für Schüler und Studierende. So können sogar die jüngsten Nutzer ihre eigenen Entdeckungen machen.

Wolfram Summer School

Seit 2003 ist die jährlich stattfindende Wolfram Summer School ein höchst erfolgreiches Modell für projektbasiertes Lernen mit Wolfram Science.

Die Rolle der Wolfram Language

Die Vorläufer der Wolfram Language sind das, was Wolfram Science möglich gemacht hat – und die Wolfram Language stellt jetzt wiederum eine hochoptimierte Umgebung für die Arbeit von Wolfram Science dar.

Repräsentation der Breite der Berechnung

Durch die symbolischen Primitiven – und Pattern-Matching-Verfahren – eignet sich die Wolfram Language ideal zur Repräsentation eines breiten Spektrums an Berechnungsmodellen und einfachen Programmen.

Eingebaute Wolfram Science-Funktionen

Die Wolfram Language besitzt eine Vielzahl eingebauter Funktionen zur Durchführung häufiger Operationen in Wolfram Science – wie die Simulierung zellulärer Automaten, Turingmaschinen etc.

Auf Produktionslevel

Wenn Sie eine Wolfram Science-Entdeckung in der Wolfram Language gemacht haben, ist es einfach, den Algorithmus, das Modell etc. zu Produktionszwecken zu skalieren.

Probieren Sie's einfach aus!

Dank ihres interaktiven und hochautomatisierten Wesens eignet sich die Wolfram Language jederzeit für Computerexperimente.

Berechnungsorientierte Labor-Notebooks

Wolfram Language CDF-Documents eignen sich ideal zum Aufnehmen von Computerexperimenten, zum Aufzeichnen der Reihenfolge der unternommenen Schritte und zum Einfügen von Text mit relevanten Beobachtungen.

Geschichte & Kontext

Wolfram Science ist ein Produkt der Arbeit vieler Menschen im Zusammenspiel mit wesentlichen Innovationen, die Stephen Wolfram seit 1980 beigetragen hat — und die 2002 ihren Höhepunkt mit dem Buch A New Kind of Science fanden.

Wissenschaft verallgemeinern

Seit dem 17. Jahrhundert basierte die exakte Wissenschaft zum größten Teil auf der Formulierung mathematischer Gleichungen, die die Welt erklären und abbilden sollten. Wolfram Science setzt sich zum Ziel, diese mithilfe von Programmen anstatt von Gleichungen zu verallgemeinern.

Die Wissenschaft der Komplexität

Inspiriert in gewisser Weise von Stephen Wolframs Arbeit in den frühren 1980ern, untersucht die Komplexitätstheorie Systeme mit komplexem Verhalten, allerdings nicht mit derselben globalen Sichtweise des berechenbaren Universums wie Wolfram Science.

Ein klassischer Paradigmenwechsel

Als Stephen Wolframs Buch 2002 erschien, hat es genauso viele Kontroversen hervorgerufen wie viele andere historische Paradigmenwechsel in der Wissenschaft. Weitreichende und andauernde Zustimmung und Anerkennung ließen jedoch nicht lang auf sich warten.

Die Beweise häufen sich

Konzepte wie das Prinzip der berechenbaren Äquivalenz sind langfristige wissenschaftliche Ideen, die progressive Validierung erfordern – wie der im Jahr 2007 von Wolfram ausgeschriebene Aufruf zum Beweis der einfachsten universellen Turingmaschine.

Zelluläre Automaten und darüber hinaus

Stephen Wolframs Erkenntnisse in den frühen 1980ern basierten auf einer Klasse einfacher Programme, bekannt als zelluläre Automaten. In seinem 2002 erschienenen Buch zeigte er, wie umfassend seine Erkenntnisse eigentlich sind.

"Ich brauche Mathematica"

Stephen Wolfram begann 1986 mit der Entwicklung von Mathematica, um ein Werkzeug zu haben, mit dem er seine Arbeit in den Basiswissenschaften fortsetzen konnte. Tatsächlich war Mathematica von 1991 bis 2002 wesentlich für seine Erkenntnisse in A New Kind of Science.

Zehntausende wissenschaftliche Artikel

In zahlreichen wissenschaftlichen Artikeln wurden Methodologien von Wolfram Science angewendet, um in einem eindrucksvollen Spektrum naturwissenschaftlicher, sozialwissenschaftlicher, mathematischer und anderer Felder Modelle zu erstellen und Entdeckungen zu machen.

Der Beweis liegt in den Resultaten

Die ultimative Prüfung für eine Wissenschaft ist, ob sie auch praxisrelevant ist – und Wolfram Science hat sich als eine Top-Quelle wissenschaftlicher, technologischer, philosophischer und anderer Resultate etabliert.

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