Month: July 2024

서호주 대학교의 ARC 디지털 엔지니어링을 통한 에너지 인프라 변환 산업 변환 연구 허브(TIDE) 연구원들이 해양 연구 및 기술을 변화시키는 데 도움이 될 수 있는 중요한 수학적 돌파구를 마련했습니다.

UWA 물리학, 수학 및 컴퓨팅 학부의 연구원인 Lachlan Astfalck 박사와 그의 팀은 스펙트럼 밀도 추정을 위한 새로운 방법을 개발하여 오랜 편향을 해결하고 보다 정확한 해양학 연구의 길을 열었습니다.

이 연구는 응용 분야에서 직접적 또는 잠재적 가치가 있는 독창적인 방법론적 및 이론적 기여를 강조하는 것으로 알려진 Biometrika 저널에 게재되었습니다.

“해양 공학, 기후 평가 및 모델링, 재생 에너지 기술, 국방 및 운송을 포함한 수많은 분야에서 해양을 이해하는 것은 매우 중요합니다.” Astfalck 박사가 말했습니다.

“우리의 새로운 방법은 연구원과 산업 전문가가 더 큰 확신과 정확성으로 해양 기술을 발전시킬 수 있도록 합니다.”

스펙트럼 밀도 추정은 파도 및 해류와 같은 진동 신호의 에너지 기여도를 측정하는 데 사용되는 수학적 기술로, 어떤 주파수가 가장 많은 에너지를 전달하는지 식별합니다.

“전통적으로 Welch 추정기는 사용 용이성과 광범위한 인용으로 인해 이 분석의 주요 방법이었지만, 이 방법은 모델의 가정에 따라 예상 추정치를 왜곡할 수 있는 내재된 편향 위험이 있으며, 이는 종종 간과되는 문제입니다.” Astfalck 박사가 말했습니다.

TIDE 팀은 이러한 편향을 제거하기 위해 비모수 통계 학습을 사용하는 편향 제거 Welch 추정기를 개발했습니다.

“우리의 방법은 데이터의 형태나 분포에 대한 특정 가정을 요구하지 않고 스펙트럼 계산의 정확성과 신뢰성을 향상시킵니다. 이는 해양 선반 지역의 내부 조수와 같이 알려진 분석 패턴을 따르지 않는 복잡한 데이터를 다룰 때 특히 유용합니다.” Astfalck 박사가 말했습니다.

이 새로운 방법은 최근 UWA 해양 대학원 선임 강사이자 TIDE 협력자인 Matt Rayson 박사가 복잡한 비선형 해양 과정을 연구하기 위해 TIDE 연구 프로젝트에 적용했습니다.

“해양은 측정하고 이해하기 어렵고, 우리가 하는 일은 그러한 미스터리 중 일부를 밝히는 것입니다.” Rayson 박사가 말했습니다.

“새로운 방법은 해양 과정, 기후 모델, 해류 및 퇴적물 운송을 더 잘 이해할 수 있게 하여 차세대 수치 해양 모델 개발에 더 가까워지게 합니다.

더 많은 통찰력을 얻으려면 당사 웹사이트 www.international-maths-challenge.com을 방문하십시오.

이 기사의 출처는 서호주 대학교입니다.

قام باحثون في مركز أبحاث التحول الصناعي للهندسة الرقمية لتحويل البنية التحتية للطاقة (TIDE) بجامعة غرب أستراليا بتحقيق اختراق رياضي مهم قد يساعد في تحويل أبحاث وتكنولوجيا المحيطات.

طور زميل الأبحاث الدكتور لاكلان أستفالك، من كلية الفيزياء والرياضيات والحوسبة بجامعة غرب أستراليا، وفريقه طريقة جديدة لتقدير الكثافة الطيفية، معالجين التحيزات القائمة منذ فترة طويلة وممهدين الطريق لدراسات أكثر دقة للمحيطات.

نُشرت الدراسة في مجلة بيوميتريكا، المعروفة بتركيزها على المساهمات المنهجية والنظرية الأصلية ذات القيمة المباشرة أو المحتملة في التطبيقات.

”إن فهم المحيط أمر بالغ الأهمية للعديد من المجالات، بما في ذلك الهندسة البحرية، وتقييم ونمذجة المناخ، وتقنيات الطاقة المتجددة، والدفاع والنقل،“ كما قال الدكتور أستفالك.

”تتيح طريقتنا الجديدة للباحثين والمتخصصين في الصناعة تطوير تقنيات المحيطات بثقة ودقة أكبر.“

تقدير الكثافة الطيفية هو تقنية رياضية تُستخدم لقياس مساهمة الطاقة في الإشارات المتذبذبة، مثل الأمواج والتيارات، من خلال تحديد الترددات التي تحمل أكبر قدر من الطاقة.

”تقليديًا، كان مقدر ويلش هو الطريقة المعتمدة لهذا التحليل نظرًا لسهولة استخدامه والاستشهاد به على نطاق واسع، ومع ذلك فإن هذه الطريقة تنطوي على مخاطر متأصلة للتحيز، مما قد يشوه التقديرات المتوقعة بناءً على افتراض النموذج، وهي مشكلة غالبًا ما يتم تجاهلها،“ كما قال الدكتور أستفالك.

طور فريق TIDE مقدر ويلش المصحح للتحيز، الذي يستخدم التعلم الإحصائي غير البارامتري لإزالة هذه التحيزات.

”تحسن طريقتنا دقة وموثوقية الحسابات الطيفية دون الحاجة إلى افتراضات محددة حول شكل البيانات أو توزيعها، وهو أمر مفيد بشكل خاص عند التعامل مع البيانات المعقدة التي لا تتبع أنماطًا تحليلية معروفة، مثل المد والجزر الداخلي في مناطق الرفوف المحيطية،“ كما قال الدكتور أستفالك.

تم تطبيق الطريقة الجديدة مؤخرًا في مشروع بحثي لـ TIDE من قبل المحاضر الأول في كلية المحيطات بجامعة غرب أستراليا والمتعاون مع TIDE، الدكتور مات رايسون، للنظر في عمليات المحيط غير الخطية المعقدة.

”المحيط صعب القياس والفهم والعمل الذي نقوم به يتعلق بكشف بعض تلك الألغاز،“ كما قال الدكتور رايسون.

“تعني الطريقة الجديدة أننا يمكن أن نفهم بشكل أفضل عمليات المحيط ونماذج المناخ والتيارات المحيطية ونقل الرواسب، مما يقربنا من تطوير الجيل التالي من نماذج المحيطات الرقمية.

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الفضل في المقال يعود لجامعة غرب أستراليا.

Forscher des ARC Industrial Transformation Research Hub für die Transformation der Energieinfrastruktur durch digitale Ingenieurwissenschaften (TIDE) der University of Western Australia haben einen bedeutenden mathematischen Durchbruch erzielt, der die Meeresforschung und -technologie verändern könnte.

Forschungsstipendiat Dr. Lachlan Astfalck von der School of Physics, Mathematics and Computing der UWA und sein Team entwickelten eine neue Methode zur Spektraldichteschätzung, die langjährige Verzerrungen beseitigt und den Weg für genauere ozeanografische Studien ebnet.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Biometrika veröffentlicht, die für ihren Fokus auf originelle methodische und theoretische Beiträge von direktem oder potenziellem Wert für Anwendungen bekannt ist.

„Das Verständnis des Ozeans ist entscheidend für zahlreiche Bereiche, darunter Offshore-Engineering, Klimabewertung und -modellierung, erneuerbare Technologien, Verteidigung und Transport,“ sagte Dr. Astfalck.

„Unsere neue Methode ermöglicht es Forschern und Fachleuten aus der Industrie, Meerestechnologien mit größerer Zuversicht und Genauigkeit voranzutreiben.“

Spektraldichteschätzung ist eine mathematische Technik, die verwendet wird, um den Energiebeitrag von oszillierenden Signalen, wie Wellen und Strömungen, zu messen, indem identifiziert wird, welche Frequenzen die meiste Energie tragen.

„Traditionell war Welch’s Schätzer die bevorzugte Methode für diese Analyse, aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit und weiten Verbreitung. Diese Methode birgt jedoch ein inhärentes Verzerrungsrisiko, das die erwarteten Schätzungen basierend auf der Modellannahme verzerren kann – ein Problem, das oft übersehen wird,“ sagte Dr. Astfalck.

Das TIDE-Team entwickelte den entzerrten Welch-Schätzer, der nicht-parametrisches statistisches Lernen verwendet, um diese Verzerrungen zu beseitigen.

„Unsere Methode verbessert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Spektralberechnungen, ohne spezifische Annahmen über die Form oder Verteilung der Daten zu erfordern, was besonders nützlich ist, wenn man mit komplexen Daten arbeitet, die keinen bekannten analytischen Mustern folgen, wie z.B. interne Gezeiten in ozeanischen Schelfregionen,“ sagte Dr. Astfalck.

Die neue Methode wurde kürzlich in einem TIDE-Forschungsprojekt von Dr. Matt Rayson, Senior Lecturer an der Oceans Graduate School der UWA und TIDE-Mitarbeiter, angewendet, um komplexe nicht-lineare Ozeanprozesse zu untersuchen.

„Der Ozean ist schwer zu messen und zu verstehen, und bei unserer Arbeit geht es darum, einige dieser Geheimnisse zu lüften,“ sagte Dr. Rayson.

„Die neue Methode bedeutet, dass wir Ozeanprozesse, Klimamodelle, Meeresströmungen und Sedimenttransport besser verstehen können, was uns der Entwicklung der nächsten Generation numerischer Ozeanmodelle näherbringt.“

Für weitere Einblicke wie diese, besuchen Sie unsere Website unter www.international-maths-challenge.com.

Artikelgutschrift an die University of Western Australia.

Des chercheurs du Hub de recherche de transformation industrielle ARC de l’Université d’Australie-Occidentale pour la transformation des infrastructures énergétiques par l’ingénierie numérique (TIDE) ont réalisé une percée mathématique significative qui pourrait contribuer à transformer la recherche et la technologie océaniques.

Le chercheur Dr. Lachlan Astfalck, de l’École de physique, mathématiques et informatique de l’UWA, et son équipe ont développé une nouvelle méthode d’estimation de densité spectrale, s’attaquant aux biais de longue date et ouvrant la voie à des études océanographiques plus précises.

L’étude a été publiée dans la revue Biometrika, connue pour son accent sur les contributions méthodologiques et théoriques originales de valeur directe ou potentielle dans les applications.

« Comprendre l’océan est crucial pour de nombreux domaines, notamment l’ingénierie offshore, l’évaluation et la modélisation climatiques, les technologies renouvelables, la défense et le transport », a déclaré le Dr. Astfalck.

« Notre nouvelle méthode permet aux chercheurs et aux professionnels de l’industrie de faire progresser les technologies océaniques avec plus de confiance et de précision. »

L’estimation de densité spectrale est une technique mathématique utilisée pour mesurer la contribution énergétique des signaux oscillatoires, tels que les vagues et les courants, en identifiant quelles fréquences portent le plus d’énergie.

« Traditionnellement, l’estimateur de Welch a été la méthode de référence pour cette analyse en raison de sa facilité d’utilisation et de ses citations répandues, cependant cette méthode présente un risque inhérent de biais, qui peut déformer les estimations attendues basées sur l’hypothèse du modèle, un problème souvent négligé », a déclaré le Dr. Astfalck.

L’équipe TIDE a développé l’estimateur de Welch débiaiser, qui utilise l’apprentissage statistique non paramétrique pour éliminer ces biais.

« Notre méthode améliore la précision et la fiabilité des calculs spectraux sans nécessiter d’hypothèses spécifiques sur la forme ou la distribution des données, ce qui est particulièrement utile lors du traitement de données complexes qui ne suivent pas de modèles analytiques connus, comme les marées internes dans les régions de plateau océanique », a déclaré le Dr. Astfalck.

La nouvelle méthode a récemment été appliquée dans un projet de recherche TIDE par le maître de conférences de l’École supérieure des océans de l’UWA et collaborateur TIDE, le Dr. Matt Rayson, pour examiner des processus océaniques non linéaires complexes.

« L’océan est difficile à mesurer et à comprendre et le travail que nous faisons vise entièrement à découvrir certains de ces mystères », a déclaré le Dr. Rayson.

« La nouvelle méthode signifie que nous pouvons mieux comprendre les processus océaniques, les modèles climatiques, les courants océaniques et le transport de sédiments, nous rapprochant du développement de la prochaine génération de modèles océaniques numériques.

Pour plus d’informations comme celle-ci, visitez notre site web à www.international-maths-challenge.com.

Crédit de l’article donné à l’Université d’Australie-Occidentale.

西澳大利亚大学 ARC 工业转型研究中心的研究人员通过数字工程改造能源基础设施 (TIDE)，取得了一项重大的数学突破，这可能有助于改变海洋研究和技术。

来自西澳大学物理、数学和计算学院的研究员 Lachlan Astfalck 博士及其团队开发了一种新的频谱密度估计方法，解决了长期存在的偏差问题，并为更准确的海洋学研究铺平了道路。

该研究发表在 Biometrika 杂志上，该杂志以强调在应用中具有直接或潜在价值的原创方法论和理论贡献而闻名。

Astfalck 博士说：“了解海洋对于包括海上工程、气候评估和建模、可再生技术、国防和运输在内的众多领域至关重要”。

“我们的新方法使研究人员和行业专业人士能够以更大的信心和准确性推进海洋技术。”

频谱密度估计是一种数学技术，用于通过识别哪些频率携带的能量最多来测量振荡信号（如波浪和海流）的能量贡献。

Astfalck 博士说：“传统上，Welch 估计器因其易用性和广泛引用而成为这种分析的首选方法，但是这种方法具有固有的偏差风险，这会根据模型的假设扭曲预期的估计值，这是一个经常被忽视的问题”。

TIDE 团队开发了去偏 Welch 估计器，该估计器使用非参数统计学习来消除这些偏差。

Astfalck 博士说：“我们的方法提高了频谱计算的准确性和可靠性，而无需对数据的形状或分布进行特定假设，这在处理不遵循已知分析模式的复杂数据时特别有用，例如海洋陆架区域的内潮”。

西澳大学海洋研究生院高级讲师兼 TIDE 合作者 Matt Rayson 博士最近在一个 TIDE 研究项目中应用了这种新方法，以研究复杂的非线性海洋过程。

Rayson 博士说：“海洋难以测量和理解，我们所做的工作都是为了揭开其中的一些谜团”。

“新方法意味着我们可以更好地了解海洋过程、气候模型、洋流和沉积物输送，从而使我们更接近于开发下一代数值海洋模型。

要了解更多此类见解，请访问我们的网站 www.international-maths-challenge.com。

本文的版权归西澳大利亚大学所有。

Researchers at The University of Western Australia’s ARC Industrial Transformation Research Hub for Transforming Energy Infrastructure through Digital Engineering (TIDE) have made a significant mathematical breakthrough that could help transform ocean research and technology.

Research Fellow Dr. Lachlan Astfalck, from UWA’s School of Physics, Mathematics and Computing, and his team developed a new method for spectral density estimation, addressing long-standing biases and paving the way for more accurate oceanographic studies.

The study was published in the journal Biometrika, known for its emphasis on original methodological and theoretical contributions of direct or potential value in applications.

“Understanding the ocean is crucial for numerous fields, including offshore engineering, climate assessment and modeling, renewable technologies, defense and transport,” Dr. Astfalck said.

“Our new method allows researchers and industry professionals to advance ocean technologies with greater confidence and accuracy.”

Spectral density estimation is a mathematical technique used to measure the energy contribution of oscillatory signals, such as waves and currents, by identifying which frequencies carry the most energy.

“Traditionally, Welch’s estimator has been the go-to method for this analysis due to its ease of use and widespread citation, however this method has an inherent risk of bias, which can distort the expected estimates based on the model’s assumption, a problem often overlooked,” Dr. Astfalck said.

The TIDE team developed the debiased Welch estimator, which uses non-parametric statistical learning to remove these biases.

“Our method improves the accuracy and reliability of spectral calculations without requiring specific assumptions about the data’s shape or distribution, which is particularly useful when dealing with complex data that doesn’t follow known analytical patterns, such as internal tides in oceanic shelf regions,” Dr. Astfalck said.

The new method was recently applied in a TIDE research project by Senior Lecturer at UWA’s Oceans Graduate School and TIDE collaborator, Dr. Matt Rayson, to look at complex non-linear ocean processes.

“The ocean is difficult to measure and understand and the work we are doing is all about uncovering some of those mysteries,” Dr. Rayson said.

“The new method means we can better understand ocean processes, climate models, ocean currents and sediment transport, bringing us closer to developing the next generation of numerical ocean models.

For more insights like this, visit our website at www.international-maths-challenge.com.

Credit of the article given to University of Western Australia.

قارنت أجيال من العلماء الكون بلعبة عملاقة ومعقدة، مما يثير تساؤلات حول من يلعبها – وماذا يعني الفوز فيها.

إذا كان الكون لعبة، فمن الذي يلعبها؟

فيما يلي مقتطف من نشرتنا الإخبارية “ضائع في الزمكان”. في كل شهر، نسلم لوحة المفاتيح إلى فيزيائي أو عالم رياضيات ليخبرك عن أفكار مثيرة من زاويته في الكون. يمكنك الاشتراك في “ضائع في الزمكان” مجانًا من هنا.

هل الكون لعبة؟ بالتأكيد اعتقد الفيزيائي الشهير ريتشارد فاينمان ذلك: “العالم أشبه بلعبة شطرنج عظيمة تلعبها الآلهة، ونحن مراقبون للعبة.” وبينما نراقب، مهمتنا كعلماء هي محاولة فهم قواعد اللعبة.

كما نظر عالم الرياضيات في القرن السابع عشر جوتفريد فيلهلم لايبنتز إلى الكون كلعبة، وحتى أنه مول تأسيس أكاديمية في برلين مخصصة لدراسة الألعاب: ”أنا أؤيد بشدة دراسة ألعاب المنطق ليس لذاتها ولكن لأنها تساعدنا على إتقان فن التفكير.“

يحب جنسنا البشري لعب الألعاب، ليس فقط كأطفال بل حتى في مرحلة البلوغ. يُعتقد أنها كانت جزءًا مهمًا من التطور التكاملي – لدرجة أن المنظر الثقافي يوهان هويزينغا اقترح أن نُسمى Homo ludens، أي الإنسان اللاعب، بدلاً من Homo sapiens. اقترح البعض أنه بمجرد أن أدركنا أن الكون محكوم بقواعد، بدأنا في تطوير الألعاب كوسيلة للتجربة مع نتائج هذه القواعد.

خذ، على سبيل المثال، واحدة من أولى ألعاب اللوحة التي ابتكرناها. تعود اللعبة الملكية لأور إلى حوالي 2500 قبل الميلاد وتم العثور عليها في مدينة أور السومرية، جزء من بلاد ما بين النهرين. تُستخدم النرد رباعي الأوجه لتسابق خمس قطع تنتمي لكل لاعب عبر تسلسل مشترك من 12 مربعًا. أحد تفسيرات اللعبة هو أن المربعات الـ 12 تمثل الأبراج الـ 12 التي تشكل خلفية ثابتة للسماء الليلية والقطع الخمس تتوافق مع الكواكب الخمسة المرئية التي لاحظها القدماء وهي تتحرك عبر السماء الليلية.

لكن هل يمكن اعتبار الكون نفسه لعبة؟ كان تحديد ما يشكل لعبة بالفعل موضوع نقاش حاد. اعتقد المنطقي لودفيغ فيتغنشتاين أن الكلمات لا يمكن تحديدها بتعريف قاموسي وأنها تكتسب معناها فقط من خلال الطريقة التي تُستخدم بها، في عملية أطلق عليها ”لعبة اللغة“. مثال على كلمة اعتقد أنها تكتسب معناها من خلال الاستخدام وليس التعريف هي كلمة ”لعبة“. في كل مرة تحاول فيها تعريف كلمة ”لعبة“، ينتهي بك الأمر بتضمين بعض الأشياء التي ليست ألعابًا واستبعاد أخرى كنت تقصد تضمينها.

كان الفلاسفة الآخرون أقل استسلامًا وحاولوا تحديد الصفات التي تعرّف اللعبة. يتفق الجميع، بما في ذلك فيتغنشتاين، على أن أحد الجوانب المشتركة لجميع الألعاب هو أنها محددة بقواعد. هذه القواعد تتحكم فيما يمكنك أو لا يمكنك فعله في اللعبة. لهذا السبب، بمجرد أن فهمنا أن الكون محكوم بقواعد تحدد تطوره، ترسخت فكرة الكون كلعبة.

في كتابه الإنسان واللعب والألعاب، اقترح المنظر روجر كايوا خمس سمات رئيسية أخرى تحدد اللعبة: عدم اليقين، عدم الإنتاجية، الانفصال، الخيال والحرية. فكيف يتطابق الكون مع هذه الخصائص الأخرى؟

دور عدم اليقين مثير للاهتمام. نحن ندخل لعبة لأن هناك فرصة لأي من الجانبين للفوز – إذا كنا نعرف مسبقًا كيف ستنتهي اللعبة، فإنها تفقد كل قوتها. لهذا السبب فإن ضمان استمرار عدم اليقين لأطول فترة ممكنة هو عنصر أساسي في تصميم الألعاب.

صرح العالم الموسوعي بيير-سيمون لابلاس بشكل مشهور أن تحديد إسحاق نيوتن لقوانين الحركة قد أزال كل عدم يقين من لعبة الكون: ”يمكننا اعتبار الحالة الحالية للكون نتيجة لماضيه وسبب مستقبله. ذكاء يعرف في لحظة معينة جميع القوى التي تحرك الطبيعة، وجميع مواقع جميع العناصر التي تتكون منها الطبيعة، إذا كان هذا الذكاء واسعًا بما يكفي لإخضاع هذه البيانات للتحليل، فإنه سيحتضن في صيغة واحدة حركات أعظم أجسام الكون وتلك الخاصة بأصغر ذرة؛ بالنسبة لمثل هذا الذكاء لن يكون هناك شيء غير مؤكد والمستقبل مثل الماضي يمكن أن يكون حاضرًا أمام عينيه.“

تعاني الألعاب المحلولة من نفس المصير. لعبة Connect 4 هي لعبة محلولة بمعنى أننا نعرف الآن خوارزمية ستضمن دائمًا فوز اللاعب الأول. مع اللعب المثالي، لا يوجد عدم يقين. لهذا السبب تعاني أحيانًا ألعاب الاستراتيجية البحتة – إذا كان أحد اللاعبين أفضل بكثير من خصمه، فهناك القليل من عدم اليقين في النتيجة. دونالد ترامب ضد غاري كاسباروف في لعبة شطرنج لن تكون لعبة مثيرة للاهتمام.

ومع ذلك، فإن اكتشافات القرن العشرين أعادت إدخال فكرة عدم اليقين إلى قواعد الكون. تؤكد الفيزياء الكمية أن نتيجة التجربة ليست محددة مسبقًا بحالتها الحالية. قد تتجه القطع في اللعبة في اتجاهات متعددة مختلفة وفقًا لانهيار دالة الموجة. على عكس ما اعتقده ألبرت أينشتاين، يبدو أن الله يلعب لعبة بالنرد.

حتى لو كانت اللعبة حتمية، فإن رياضيات نظرية الفوضى تشير أيضًا إلى أن اللاعبين والمراقبين لن يتمكنوا من معرفة الحالة الحالية للعبة بالتفصيل الكامل وأن الاختلافات الصغيرة في الحالة الحالية يمكن أن تؤدي إلى نتائج مختلفة جدًا.

أن تكون اللعبة غير منتجة هي صفة مثيرة للاهتمام. إذا لعبنا لعبة من أجل المال أو لتعليمنا شيئًا ما، اعتقد كايوا أن اللعبة أصبحت عملاً: اللعبة هي ”مناسبة للإهدار المحض: إهدار الوقت والطاقة والبراعة والمهارة“. لسوء الحظ، ما لم تؤمن بقوة أعلى، تشير كل الأدلة إلى عدم وجود غرض نهائي للكون. الكون ليس موجودًا لسبب ما. إنه موجود فقط.

الصفات الثلاث الأخرى التي يحددها كايوا ربما تنطبق بشكل أقل على الكون ولكنها تصف اللعبة كشيء متميز عن الكون، رغم أنها تسير بالتوازي معه. اللعبة منفصلة – تعمل خارج الزمان والمكان العاديين. للعبة مساحتها الخاصة المحددة التي تُلعب فيها ضمن حد زمني محدد. لها بدايتها الخاصة ونهايتها الخاصة. اللعبة هي استراحة من كوننا. إنها هروب إلى كون موازٍ.

حقيقة أن اللعبة يجب أن يكون لها نهاية مثيرة للاهتمام أيضًا. هناك مفهوم اللعبة اللانهائية التي قدمها الفيلسوف جيمس ب. كارس في كتابه الألعاب المحدودة واللانهائية. أنت لا تهدف للفوز في لعبة لانهائية. الفوز ينهي اللعبة وبالتالي يجعلها محدودة. بدلاً من ذلك، مهمة لاعب اللعبة اللانهائية هي استمرار اللعبة – التأكد من أنها لا تنتهي أبدًا. يختتم كارس كتابه بالعبارة الغامضة إلى حد ما، ”لا توجد سوى لعبة لانهائية واحدة.“ يدرك المرء أنه يشير إلى حقيقة أننا جميعًا لاعبون في اللعبة اللانهائية التي تجري من حولنا، اللعبة اللانهائية التي هي الكون. على الرغم من أن الفيزياء الحالية تفترض حركة نهائية: الموت الحراري للكون يعني أن هذا الكون قد يكون له نهاية لا يمكننا فعل أي شيء لتجنبها.

تشير صفة الخيال عند كايوا إلى فكرة أن الألعاب هي خيال. تتكون اللعبة من خلق واقع ثانٍ يسير بالتوازي مع الحياة الحقيقية. إنه كون خيالي يستحضره اللاعبون طواعية بشكل مستقل عن الواقع الصارم للكون المادي الذي نحن جزء منه.

أخيرًا، يعتقد كايوا أن اللعبة تتطلب الحرية. أي شخص يُجبر على لعب لعبة يعمل بدلاً من أن يلعب. لذلك، ترتبط اللعبة بجانب مهم آخر من الوعي البشري: إرادتنا الحرة.

هذا يثير سؤالاً: إذا كان الكون لعبة، فمن الذي يلعبها وماذا سيعني الفوز؟ هل نحن مجرد بيادق في هذه اللعبة بدلاً من لاعبين؟ افترض البعض أن كوننا هو في الواقع محاكاة ضخمة. قام شخص ما ببرمجة القواعد، وإدخال بعض البيانات الأولية وترك المحاكاة تعمل. لهذا السبب تبدو لعبة الحياة لجون كونواي أقرب إلى نوع اللعبة التي قد يكون الكون عليها. في لعبة كونواي، تولد البكسلات على شبكة لانهائية، وتعيش وتموت وفقًا لبيئتها وقواعد اللعبة. كان نجاح كونواي في إنشاء مجموعة من القواعد التي أدت إلى مثل هذا التعقيد المثير للاهتمام.

إذا كان الكون لعبة، فيبدو أننا محظوظون جدًا لنجد أنفسنا جزءًا من لعبة لديها التوازن المثالي بين البساطة والتعقيد، الصدفة والاستراتيجية، الدراما والمخاطرة لجعلها مثيرة للاهتمام. حتى عندما نكتشف قواعد اللعبة، فإنها تعد بأن تكون مباراة رائعة حتى اللحظة التي تصل فيها إلى نهايتها.

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*الفضل في المقال يعود إلى ماركوس دو سوتوي*

Des générations de scientifiques ont comparé l’univers à un jeu géant et complexe, soulevant des questions sur qui y joue – et ce que cela signifierait de gagner.

Si l’univers est un jeu, alors qui y joue ?

Ce qui suit est un extrait de notre newsletter Lost in Space-Time. Chaque mois, nous confions le clavier à un physicien ou un mathématicien pour vous parler d’idées fascinantes de leur coin de l’univers. Vous pouvez vous inscrire gratuitement à Lost in Space-Time ici.

L’univers est-il un jeu ? Le célèbre physicien Richard Feynman le pensait certainement : « “Le monde” ressemble à une grande partie d’échecs jouée par les dieux, et nous sommes les observateurs du jeu. » En observant, notre tâche en tant que scientifiques est d’essayer de comprendre les règles du jeu.

Le mathématicien du XVIIe siècle Gottfried Wilhelm Leibniz considérait aussi l’univers comme un jeu et a même financé la fondation d’une académie à Berlin dédiée à l’étude des jeux : « J’approuve fortement l’étude des jeux de raison non pour eux-mêmes mais parce qu’ils nous aident à perfectionner l’art de penser. »

Notre espèce adore jouer, pas seulement en tant qu’enfants mais jusqu’à l’âge adulte. On pense que cela a été une partie importante du développement évolutif – à tel point que le théoricien culturel Johan Huizinga a proposé qu’on nous appelle Homo ludens, l’espèce qui joue, plutôt qu’Homo sapiens. Certains ont suggéré qu’une fois que nous avons réalisé que l’univers est contrôlé par des règles, nous avons commencé à développer des jeux comme moyen d’expérimenter les conséquences de ces règles.

Prenons, par exemple, l’un des tout premiers jeux de plateau que nous avons créés. Le Jeu royal d’Ur remonte à environ 2500 av. J.-C. et a été trouvé dans la cité sumérienne d’Ur, partie de la Mésopotamie. Des dés tétraédriques sont utilisés pour faire courir cinq pièces appartenant à chaque joueur le long d’une séquence partagée de 12 cases. Une interprétation du jeu est que les 12 cases représentent les 12 constellations du zodiaque qui forment un arrière-plan fixe au ciel nocturne et les cinq pièces correspondent aux cinq planètes visibles que les anciens observaient se déplacer dans le ciel nocturne.

Mais l’univers lui-même peut-il être qualifié de jeu ? Définir ce qui constitue réellement un jeu a fait l’objet d’un débat passionné. Le logicien Ludwig Wittgenstein croyait que les mots ne pouvaient pas être définis par une définition de dictionnaire et ne gagnaient leur sens qu’à travers la façon dont ils étaient utilisés, dans un processus qu’il appelait le « jeu de langage ». Un exemple d’un mot qui, selon lui, ne tirait son sens que de l’usage plutôt que de la définition était « jeu ». Chaque fois que vous essayez de définir le mot « jeu », vous finissez par inclure certaines choses qui ne sont pas des jeux et en exclure d’autres que vous vouliez inclure.

D’autres philosophes ont été moins défaitistes et ont essayé d’identifier les qualités qui définissent un jeu. Tout le monde, y compris Wittgenstein, s’accorde à dire qu’une facette commune de tous les jeux est qu’ils sont définis par des règles. Ces règles contrôlent ce que vous pouvez ou ne pouvez pas faire dans le jeu. C’est pour cette raison que dès que nous avons compris que l’univers est contrôlé par des règles qui limitent son évolution, l’idée de l’univers comme jeu s’est imposée.

Dans son livre L’Homme, le Jeu et les Jeux, le théoricien Roger Caillois a proposé cinq autres traits clés qui définissent un jeu : l’incertitude, l’improductivité, la séparation, l’imagination et la liberté. Alors, comment l’univers correspond-il à ces autres caractéristiques ?

Le rôle de l’incertitude est intéressant. Nous entrons dans un jeu parce qu’il y a une chance que l’un ou l’autre camp gagne – si nous savons à l’avance comment le jeu se terminera, il perd tout son pouvoir. C’est pourquoi assurer une incertitude continue le plus longtemps possible est un composant clé dans la conception de jeux.

Le polymathe Pierre-Simon Laplace a déclaré de façon célèbre que l’identification par Isaac Newton des lois du mouvement avait supprimé toute incertitude du jeu de l’univers : « Nous pouvons considérer l’état présent de l’univers comme l’effet de son passé et la cause de son futur. Une intelligence qui à un certain moment connaîtrait toutes les forces qui mettent la nature en mouvement, et toutes les positions de tous les éléments dont la nature est composée, si cette intelligence était aussi vaste pour soumettre ces données à l’analyse, elle embrasserait dans une seule formule les mouvements des plus grands corps de l’univers et ceux du plus petit atome ; pour une telle intelligence rien ne serait incertain et l’avenir tout comme le passé pourrait être présent devant ses yeux. »

Les jeux résolus subissent le même sort. Puissance 4 est un jeu résolu dans le sens où nous connaissons maintenant un algorithme qui garantira toujours la victoire au premier joueur. Avec un jeu parfait, il n’y a pas d’incertitude. C’est pourquoi les jeux de pure stratégie souffrent parfois – si un joueur est bien meilleur que son adversaire, alors il y a peu d’incertitude dans le résultat. Donald Trump contre Garry Kasparov dans une partie d’échecs ne sera pas un jeu intéressant.

Les révélations du XXe siècle, cependant, ont réintroduit l’idée d’incertitude dans les règles de l’univers. La physique quantique affirme que le résultat d’une expérience n’est pas prédéterminé par son état actuel. Les pièces du jeu pourraient se diriger dans plusieurs directions différentes selon l’effondrement de la fonction d’onde. Contrairement à ce qu’Albert Einstein croyait, il semble que Dieu joue un jeu avec des dés.

Même si le jeu était déterministe, les mathématiques de la théorie du chaos impliquent aussi que les joueurs et les observateurs ne pourront pas connaître l’état présent du jeu dans tous ses détails et que de petites différences dans l’état actuel peuvent résulter en des résultats très différents.

Qu’un jeu doive être improductif est une qualité intéressante. Si nous jouons à un jeu pour de l’argent ou pour nous apprendre quelque chose, Caillois croyait que le jeu était devenu du travail : un jeu est « une occasion de pure perte : perte de temps, d’énergie, d’ingéniosité, d’habileté ». Malheureusement, à moins que vous ne croyiez en une puissance supérieure, toutes les preuves pointent vers l’absence de but ultime de l’univers. L’univers n’est pas là pour une raison. Il est, tout simplement.

Les trois autres qualités que Caillois décrit s’appliquent peut-être moins à l’univers mais décrivent un jeu comme quelque chose de distinct de l’univers, bien qu’évoluant parallèlement à lui. Un jeu est séparé – il fonctionne en dehors du temps et de l’espace normaux. Un jeu a son propre espace délimité dans lequel il se joue dans une limite de temps définie. Il a son propre commencement et sa propre fin. Un jeu est un temps mort de notre univers. C’est une évasion vers un univers parallèle.

Le fait qu’un jeu doive avoir une fin est aussi intéressant. Il y a le concept d’un jeu infini que le philosophe James P. Carse a introduit dans son livre Jeux finis et infinis. Vous ne cherchez pas à gagner un jeu infini. Gagner termine le jeu et le rend donc fini. Au lieu de cela, le joueur du jeu infini a pour tâche de perpétuer le jeu – s’assurer qu’il ne finisse jamais. Carse conclut son livre avec la déclaration plutôt cryptique : « Il n’y a qu’un seul jeu infini. » On réalise qu’il fait référence au fait que nous sommes tous des joueurs dans le jeu infini qui se déroule autour de nous, le jeu infini qu’est l’univers. Bien que la physique actuelle postule un coup final : la mort thermique de l’univers signifie que cet univers pourrait avoir une fin de partie que nous ne pouvons rien faire pour éviter.

La qualité d’imagination de Caillois fait référence à l’idée que les jeux sont de la fiction. Un jeu consiste à créer une seconde réalité qui fonctionne en parallèle avec la vraie vie. C’est un univers fictif que les joueurs invoquent volontairement indépendamment de la réalité sévère de l’univers physique dont nous faisons partie.

Enfin, Caillois croit qu’un jeu exige la liberté. Quiconque est forcé de jouer à un jeu travaille plutôt qu’il ne joue. Un jeu, par conséquent, se connecte avec un autre aspect important de la conscience humaine : notre libre arbitre.

Cela soulève une question : si l’univers est un jeu, qui y joue et que signifiera gagner ? Ne sommes-nous que des pions dans ce jeu plutôt que des joueurs ? Certains ont spéculé que notre univers est en fait une énorme simulation. Quelqu’un a programmé les règles, saisi des données de départ et a laissé la simulation tourner. C’est pourquoi le Jeu de la vie de John Conway ressemble le plus au type de jeu que l’univers pourrait être. Dans le jeu de Conway, des pixels sur une grille infinie naissent, vivent et meurent selon leur environnement et les règles du jeu. Le succès de Conway a été de créer un ensemble de règles qui a donné naissance à une complexité si intéressante.

Si l’univers est un jeu, alors il semble que nous aussi avons eu de la chance de nous retrouver partie d’un jeu qui a l’équilibre parfait de simplicité et de complexité, de hasard et de stratégie, de drame et de péril pour le rendre intéressant. Même quand nous découvrons les règles du jeu, il promet d’être un match fascinant jusqu’au moment où il atteint sa fin de partie.

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*Crédit pour l’article donné à Marcus Du Sautoy*

Generationen von Wissenschaftlern haben das Universum mit einem riesigen, komplexen Spiel verglichen und dabei Fragen aufgeworfen, wer spielt – und was es bedeuten würde, zu gewinnen.

Wenn das Universum ein Spiel ist, wer spielt es dann?

Das Folgende ist ein Auszug aus unserem Newsletter „Lost in Space-Time“. Jeden Monat überlassen wir einem Physiker oder Mathematiker die Tastatur, um Ihnen faszinierende Ideen aus ihrem Bereich des Universums zu erzählen. Sie können sich hier kostenlos für „Lost in Space-Time“ anmelden.

Ist das Universum ein Spiel? Der berühmte Physiker Richard Feynman dachte sicherlich so: „‚Die Welt‘ ist so etwas wie ein großes Schachspiel, das von den Göttern gespielt wird, und wir sind Beobachter des Spiels.“ Während wir beobachten, ist es unsere Aufgabe als Wissenschaftler, die Regeln des Spiels herauszufinden.

Der Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz aus dem 17. Jahrhundert betrachtete das Universum ebenfalls als ein Spiel und finanzierte sogar die Gründung einer Akademie in Berlin, die sich der Erforschung von Spielen widmete: „Ich befürworte nachdrücklich das Studium von Denkspielen, nicht um ihrer selbst willen, sondern weil sie uns helfen, die Kunst des Denkens zu perfektionieren.“

Unsere Spezies liebt es, Spiele zu spielen, nicht nur als Kinder, sondern bis ins Erwachsenenalter. Es wird angenommen, dass dies ein wichtiger Teil der evolutionären Entwicklung war – so sehr, dass der Kulturtheoretiker Johan Huizinga vorschlug, wir sollten Homo ludens, die spielende Spezies, genannt werden, anstatt Homo sapiens. Einige haben vorgeschlagen, dass wir, sobald wir erkannten, dass das Universum von Regeln kontrolliert wird, begannen, Spiele zu entwickeln, um mit den Konsequenzen dieser Regeln zu experimentieren.

Nehmen wir zum Beispiel eines der allerersten Brettspiele, die wir geschaffen haben. Das Königsspiel von Ur stammt aus der Zeit um 2500 v. Chr. und wurde in der sumerischen Stadt Ur, einem Teil Mesopotamiens, gefunden. Tetraederförmige Würfel werden verwendet, um fünf Figuren jedes Spielers über eine gemeinsame Abfolge von 12 Feldern zu bewegen. Eine Interpretation des Spiels ist, dass die 12 Felder die 12 Sternbilder des Tierkreises darstellen, die einen festen Hintergrund des Nachthimmels bilden, und die fünf Figuren den fünf sichtbaren Planeten entsprechen, die die Alten beim Bewegen durch den Nachthimmel beobachteten.

Aber qualifiziert sich das Universum selbst als Spiel? Die Definition dessen, was ein Spiel tatsächlich ausmacht, war Gegenstand hitziger Debatten. Der Logiker Ludwig Wittgenstein glaubte, dass Wörter nicht durch eine Wörterbuchdefinition festgelegt werden könnten und ihre Bedeutung nur durch die Art und Weise erhielten, wie sie verwendet wurden, in einem Prozess, den er das „Sprachspiel“ nannte. Ein Beispiel für ein Wort, von dem er glaubte, dass es seine Bedeutung nur durch Gebrauch und nicht durch Definition erhielt, war „Spiel“. Jedes Mal, wenn man versucht, das Wort „Spiel“ zu definieren, schließt man am Ende einige Dinge ein, die keine Spiele sind, und schließt andere aus, die man einschließen wollte.

Andere Philosophen waren weniger defätistisch und haben versucht, die Eigenschaften zu identifizieren, die ein Spiel definieren. Alle, einschließlich Wittgenstein, sind sich einig, dass ein gemeinsamer Aspekt aller Spiele darin besteht, dass sie durch Regeln definiert sind. Diese Regeln bestimmen, was man im Spiel tun oder lassen kann. Aus diesem Grund setzte sich die Idee des Universums als Spiel durch, sobald wir verstanden, dass das Universum von Regeln kontrolliert wird, die seine Entwicklung bestimmen.

In seinem Buch Man, Play and Games schlug der Theoretiker Roger Caillois fünf weitere Schlüsselmerkmale vor, die ein Spiel definieren: Ungewissheit, Unproduktivität, Abgrenzung, Vorstellungskraft und Freiheit. Wie passt das Universum also zu diesen anderen Merkmalen?

Die Rolle der Ungewissheit ist interessant. Wir treten in ein Spiel ein, weil die Chance besteht, dass eine der beiden Seiten gewinnt – wenn wir im Voraus wissen, wie das Spiel enden wird, verliert es seine ganze Kraft. Deshalb ist die Gewährleistung einer anhaltenden Ungewissheit so lange wie möglich ein Schlüsselbestandteil des Spieldesigns.

Der Universalgelehrte Pierre-Simon Laplace erklärte bekanntlich, dass Isaac Newtons Identifizierung der Bewegungsgesetze alle Ungewissheit aus dem Spiel des Universums entfernt habe: „Wir können den gegenwärtigen Zustand des Universums als die Wirkung seiner Vergangenheit und die Ursache seiner Zukunft betrachten. Ein Intellekt, der zu einem bestimmten Zeitpunkt alle Kräfte kennen würde, die die Natur in Bewegung setzen, und alle Positionen aller Gegenstände, aus denen die Natur besteht, wenn dieser Intellekt auch groß genug wäre, um diese Daten der Analyse zu unterziehen, würde er in einer einzigen Formel die Bewegungen der größten Körper des Universums und die des kleinsten Atoms umfassen; für einen solchen Intellekt wäre nichts ungewiss und die Zukunft könnte ebenso wie die Vergangenheit vor seinen Augen liegen.“

Gelöste Spiele erleiden dasselbe Schicksal. Vier gewinnt ist ein gelöstes Spiel in dem Sinne, dass wir jetzt einen Algorithmus kennen, der dem ersten Spieler immer einen Gewinn garantiert. Bei perfektem Spiel gibt es keine Ungewissheit. Deshalb leiden reine Strategiespiele manchmal – wenn ein Spieler viel besser ist als sein Gegner, gibt es wenig Ungewissheit über den Ausgang. Donald Trump gegen Garry Kasparow in einer Schachpartie wird kein interessantes Spiel sein.

Die Offenbarungen des 20. Jahrhunderts haben jedoch die Idee der Ungewissheit wieder in die Regeln des Universums eingeführt. Die Quantenphysik behauptet, dass das Ergebnis eines Experiments nicht durch seinen aktuellen Zustand vorbestimmt ist. Die Figuren im Spiel könnten sich je nach dem Kollaps der Wellenfunktion in mehrere verschiedene Richtungen bewegen. Entgegen dem, was Albert Einstein glaubte, scheint es, dass Gott ein Spiel mit Würfeln spielt.

Selbst wenn das Spiel deterministisch wäre, impliziert die Mathematik der Chaostheorie auch, dass Spieler und Beobachter den gegenwärtigen Zustand des Spiels nicht vollständig kennen können und kleine Unterschiede im aktuellen Zustand zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen können.

Dass ein Spiel unproduktiv sein sollte, ist eine interessante Eigenschaft. Wenn wir ein Spiel um Geld spielen oder um uns etwas beizubringen, glaubte Caillois, dass das Spiel zu Arbeit geworden sei: Ein Spiel ist „ein Anlass reiner Verschwendung: Verschwendung von Zeit, Energie, Einfallsreichtum, Geschicklichkeit“. Leider deutet, sofern man nicht an eine höhere Macht glaubt, alles darauf hin, dass das Universum letztlich zwecklos ist. Das Universum ist nicht aus einem bestimmten Grund da. Es ist einfach.

Die anderen drei Eigenschaften, die Caillois skizziert, treffen vielleicht weniger auf das Universum zu, beschreiben aber ein Spiel als etwas vom Universum Getrenntes, das jedoch parallel dazu verläuft. Ein Spiel ist getrennt – es funktioniert außerhalb der normalen Zeit und des Raums. Ein Spiel hat seinen eigenen abgegrenzten Raum, in dem es innerhalb einer festgelegten Zeitbegrenzung gespielt wird. Es hat seinen eigenen Anfang und sein eigenes Ende. Ein Spiel ist eine Auszeit von unserem Universum. Es ist eine Flucht in ein Paralleluniversum.

Die Tatsache, dass ein Spiel ein Ende haben sollte, ist ebenfalls interessant. Es gibt das Konzept eines unendlichen Spiels, das der Philosoph James P. Carse in seinem Buch Finite and Infinite Games einführte. Man zielt nicht darauf ab, ein unendliches Spiel zu gewinnen. Gewinnen beendet das Spiel und macht es somit endlich. Stattdessen ist der Spieler des unendlichen Spiels damit beauftragt, das Spiel fortzusetzen – sicherzustellen, dass es niemals endet. Carse schließt sein Buch mit der eher kryptischen Aussage: „Es gibt nur ein unendliches Spiel.“ Man erkennt, dass er sich auf die Tatsache bezieht, dass wir alle Spieler in dem unendlichen Spiel sind, das sich um uns herum abspielt, dem unendlichen Spiel, das das Universum ist. Obwohl die aktuelle Physik einen letzten Zug postuliert: Der Hitzetod des Universums bedeutet, dass dieses Universum ein Endspiel haben könnte, das wir nicht vermeiden können.

Caillois’ Eigenschaft der Vorstellungskraft bezieht sich auf die Idee, dass Spiele ein Trugbild sind. Ein Spiel besteht darin, eine zweite Realität zu schaffen, die parallel zum realen Leben verläuft. Es ist ein fiktives Universum, das die Spieler freiwillig heraufbeschwören, unabhängig von der strengen Realität des physikalischen Universums, dessen Teil wir sind.

Schließlich glaubt Caillois, dass ein Spiel Freiheit erfordert. Jeder, der gezwungen wird, ein Spiel zu spielen, arbeitet eher, als dass er spielt. Ein Spiel verbindet sich daher mit einem weiteren wichtigen Aspekt des menschlichen Bewusstseins: unserem freien Willen.

Dies wirft eine Frage auf: Wenn das Universum ein Spiel ist, wer spielt es dann und was bedeutet es, zu gewinnen? Sind wir nur Bauern in diesem Spiel statt Spieler? Einige haben spekuliert, dass unser Universum tatsächlich eine riesige Simulation ist. Jemand hat die Regeln programmiert, Startdaten eingegeben und die Simulation laufen lassen. Deshalb fühlt sich John Conways Spiel des Lebens am ehesten wie die Art von Spiel an, die das Universum sein könnte. In Conways Spiel werden Pixel auf einem unendlichen Gitter geboren, leben und sterben gemäß ihrer Umgebung und den Regeln des Spiels. Conways Erfolg bestand darin, eine Reihe von Regeln zu schaffen, die eine so interessante Komplexität hervorbrachten.

Wenn das Universum ein Spiel ist, dann haben wir anscheinend Glück gehabt, Teil eines Spiels zu sein, das die perfekte Balance aus Einfachheit und Komplexität, Zufall und Strategie, Drama und Gefahr aufweist, um es interessant zu machen. Selbst wenn wir die Regeln des Spiels entdecken, verspricht es ein faszinierendes Match zu werden, bis zu dem Moment, in dem es sein Endspiel erreicht.

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*Artikelgutschrift an Marcus Du Sautoy*

一代又一代的科學家將宇宙比作一個巨大而複雜的遊戲，引發了關於誰在玩這個遊戲，以及獲勝意味著什麼的問題。

如果宇宙是場遊戲，那麼誰在玩它？

以下是我們《迷失於時空》電子報的摘錄。每個月，我們都會將鍵盤交給一位物理學家或數學家，向您講述他們宇宙角落中引人入勝的想法。您可以在此免費註冊《迷失於時空》。

宇宙是場遊戲嗎？著名物理學家理查·費曼當然這麼認為：「『世界』就像一場由眾神進行的偉大西洋棋遊戲，而我們是遊戲的觀察者。」當我們觀察時，我們作為科學家的任務是試圖找出遊戲規則。

17 世紀數學家戈特弗里德·威廉·萊布尼茨也將宇宙視為一場遊戲，甚至資助了柏林一所專門研究遊戲的學院的成立：「我非常贊成研究理性遊戲，不是為了遊戲本身，而是因為它們有助於我們完善思考的藝術。」

我們人類喜歡玩遊戲，不僅僅是孩子，成年後也是如此。據信，遊戲是進化發展的重要組成部分——以至於文化理論家約翰·赫伊津哈（Johan Huizinga）提出，我們應該被稱為 Homo ludens，即遊戲物種，而不是 Homo sapiens。有人認為，一旦我們意識到宇宙是由規則控制的，我們就開始開發遊戲，以此來試驗這些規則的後果。

以我們創造的最早的棋盤遊戲之一為例。烏爾王室遊戲可以追溯到西元前 2500 年左右，在美索不達米亞的蘇美爾城市烏爾被發現。四面體形狀的骰子用於競賽，每個玩家的五個棋子沿著共享的 12 個方格的序列前進。對該遊戲的一種解釋是，這 12 個方格代表黃道帶的 12 個星座，它們構成了夜空的固定背景，而五個棋子對應於古代人觀察到的在夜空中移動的五顆可見行星。

但是宇宙本身是否符合遊戲的資格？定義什麼構成遊戲一直是激烈爭論的主題。邏輯學家路德維希·維根斯坦認為，詞語不能被字典定義所束縛，只能通過它們的使用方式來獲得意義，他稱之為「語言遊戲」。他認為，只有通過使用而不是定義才能獲得意義的一個詞的例子是「遊戲」。每次你試圖定義「遊戲」這個詞時，你最終會包括一些不是遊戲的東西，並排除其他你想要包括的東西。

其他哲學家則不那麼悲觀，並試圖確定定義遊戲的品質。包括維根斯坦在內的每個人都同意，所有遊戲的一個共同點是它們由規則定義。這些規則控制著你在遊戲中可以做什麼或不能做什麼。正是因為這個原因，一旦我們理解了宇宙是由約束其演化的規則控制的，宇宙作為遊戲的想法就紮根了。

理論家羅傑·凱約瓦（Roger Caillois）在他的著作《人、遊戲和玩耍》中提出了定義遊戲的其他五個關鍵特徵：不確定性、非生產性、分離性、想像力和自由。那麼，宇宙在多大程度上符合這些其他特徵呢？

不確定性的作用很有趣。我們進入遊戲是因為任何一方都有可能獲勝——如果我們事先知道遊戲將如何結束，它就會失去所有的力量。這就是為什麼確保盡可能長時間的持續不確定性是遊戲設計中的一個關鍵組成部分。

博學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）曾著名地宣稱，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）對運動定律的識別消除了宇宙遊戲中的所有不確定性：「我們可以將宇宙的現在狀態視為其過去的結果和其未來的起因。一個在某一時刻知道所有推動自然運動的力量，以及組成自然的所有物體的所有位置的智力，如果這個智力也足夠廣闊，可以將這些數據提交給分析，它將在一個單一的公式中包含宇宙中最大物體的運動和最小原子的運動；對於這樣一個智力來說，沒有什麼是不確定的，未來就像過去一樣可以呈現在它的眼前。」

已解決的遊戲遭受同樣的命運。四子棋是一種已解決的遊戲，因為我們現在知道一種演算法，它總是能保證先手玩家獲勝。在完美的遊戲中，沒有不確定性。這就是為什麼純粹的策略遊戲有時會受到影響——如果一個玩家比他們的對手好得多，那麼結果幾乎沒有不確定性。唐納德·川普（Donald Trump）對陣加里·卡斯帕羅夫（Garry Kasparov）的西洋棋比賽將不會是一場有趣的比賽。

然而，20 世紀的啟示重新將不確定性的概念引入了宇宙的規則中。量子物理學斷言，實驗的結果並非由其當前狀態預先決定。遊戲中的棋子可能會根據波函數的崩潰朝多個不同的方向前進。儘管阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）相信什麼，但上帝似乎正在擲骰子玩遊戲。

即使遊戲是確定性的，混沌理論的數學也暗示著玩家和觀察者將無法完全詳細地了解遊戲的當前狀態，並且當前狀態的微小差異可能導致非常不同的結果。

遊戲應該是非生產性的，這是一個有趣的品質。如果我們為了錢或為了教我們一些東西而玩遊戲，凱約瓦認為遊戲已經變成了工作：遊戲是「純粹浪費的場合：浪費時間、精力、才智、技能」。不幸的是，除非你相信某種更高的力量，否則所有證據都指向宇宙的最終無目的性。宇宙不是為了某個原因而存在的。它只是存在。

凱約瓦概述的其他三個品質可能較少適用於宇宙，但將遊戲描述為與宇宙不同的東西，儘管與宇宙平行運行。遊戲是分離的——它在正常的時間和空間之外運行。遊戲有其自己劃定的空間，在設定的時間限制內進行。它有自己的開始和自己的結束。遊戲是我們宇宙的暫停。它是逃往平行宇宙的途徑。

遊戲應該有一個結束也是很有趣的。哲學家詹姆斯·P·卡斯（James P. Carse）在他的著作《有限與無限遊戲》中介紹了無限遊戲的概念。你的目標不是贏得無限遊戲。獲勝會終止遊戲，因此使其成為有限的。相反，無限遊戲的玩家的任務是延續遊戲——確保它永遠不會結束。卡斯以相當隱晦的陳述結束了他的書：「只有一個無限遊戲。」人們意識到他指的是我們都是在我們周圍進行的無限遊戲的玩家，這個無限遊戲就是宇宙。儘管目前的物理學確實提出了一個最終的舉動：宇宙的熱寂意味著這個宇宙可能有一個我們無能為力的殘局。

凱約瓦的想像力品質指的是遊戲是虛構的想法。遊戲包括創造一個與現實生活平行運行的第二現實。這是一個虛構的宇宙，玩家自願召喚它，獨立於我們所屬的物理宇宙的嚴酷現實。

最後，凱約瓦認為遊戲需要自由。任何被迫玩遊戲的人都是在工作而不是在玩耍。因此，遊戲與人類意識的另一個重要方面聯繫在一起：我們的自由意志。

這提出了一個問題：如果宇宙是場遊戲，那麼誰在玩它，獲勝意味著什麼？我們只是這個遊戲中的棋子而不是玩家嗎？有人推測我們的宇宙實際上是一個巨大的模擬。有人編寫了規則，輸入了一些起始數據，並讓模擬運行。這就是為什麼約翰·康威（John Conway）的生命遊戲感覺最接近宇宙可能存在的遊戲類型。在康威的遊戲中，無限網格上的像素根據它們的環境和遊戲規則而誕生、生存和死亡。康威的成功在於創造了一套規則，這些規則產生了如此有趣的複雜性。

如果宇宙是場遊戲，那麼我們也感到幸運，發現自己是遊戲的一部分，這個遊戲在簡單性和複雜性、機遇和策略、戲劇性和危險性之間取得了完美的平衡，使其變得有趣。即使我們發現了遊戲規則，它也承諾在達到殘局的那一刻之前，都將是一場引人入勝的比賽。

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*文章作者：Marcus Du Sautoy*