סטיבן וולפרם

סטיבן וולפרם הוא מדען מחשב, פיזיקאי, מתמטיקאי ויזם יהודי־בריטי־אמריקאי, מן הדמויות הבולטות בחיבור שבין מחקר תאורטי, תכנות ומוצרי ידע. הוא ייסד את חברת Wolfram Research, הוביל את יצירת Mathematica, פיתח את התפיסה שמאחורי Wolfram Language והשיק את מנוע הידע החישובי Wolfram Alpha. במקביל חקר אוטומטים תאיים ומערכות מורכבות והציע תוכנית מדעית רחבת היקף להבנת הטבע באמצעות חישוב.

ייחודו של וולפרם אינו נעוץ בהמצאה אחת בלבד, אלא בבניית סביבת עבודה שלמה שבה מתמטיקה, נתונים, אלגוריתמים ושפה תכנותית נפגשים. הכלים שפיתח משמשים חוקרים, מהנדסים, מורים, סטודנטים ומפתחי תוכנה כדי לבצע חישובים, לבחון השערות, להמחיש רעיונות ולהפוך שאלות מורכבות לתהליכים שניתן לנסח ולהפעיל במחשב.

בן למשפחת פליטים יהודים וראשית יוצאת דופן במדע

וולפרם נולד בלונדון ב־29 באוגוסט 1959 להוגו ולסיביל וולפרם, פליטים יהודים מגרמניה שהשתקעו בבריטניה. אביו היה יצרן טקסטיל ומנהל בתעשייה, ואמו לימדה פילוסופיה בליידי מרגרט הול שבאוניברסיטת אוקספורד. הרקע המשפחתי חיבר בין עקירה והקמת חיים חדשים לבין עיסוק בתעשייה, מחשבה ולימוד.

כבר כנער גילה וולפרם עניין עמוק בפיזיקה. בגיל 15 החל לפרסם מחקרים בפיזיקת חלקיקים ובתורת השדות הקוונטית. הוא החל ללמוד בסנט ג'ונס קולג' באוקספורד בגיל 17, אך עזב ללא תואר ועבר למכון הטכנולוגי של קליפורניה, קאלטק. בשנת 1980, בהיותו בן 20, השלים שם דוקטורט בפיזיקת חלקיקים. ועדת התזה שלו כללה מדענים ובהם ריצ'רד פיינמן, ופועלו המוקדם הציב אותו במהירות בתוך קהילת הפיזיקה התאורטית.

לאחר הדוקטורט הצטרף לסגל קאלטק. בשנת 1981, בגיל 21, היה למקבל הצעיר ביותר באותה עת של מלגת מקארתור. ההכרה המוקדמת אפשרה לו להרחיב את עבודתו מעבר למסלול המקובל של התמחות מדעית צרה ולחקור את האפשרות שמחשבים אינם רק מכשירים לחישוב תוצאות, אלא גם מעבדות לגילוי חוקיות.

אוטומטים תאיים והמחקר של מערכות מורכבות

בראשית שנות השמונים עבר מוקד עבודתו של וולפרם מפיזיקת חלקיקים למערכות מורכבות ולאוטומטים תאיים: מערכות המורכבות מתאים פשוטים שמשנים את מצבם על פי כללים מקומיים. אף שהכללים יכולים להיות קצרים מאוד, ההתפתחות הכוללת של המערכת עשויה ליצור דפוסים סדורים, כאוטיים או מורכבים להפליא.

וולפרם ערך ניסויים ממוחשבים שיטתיים באוטומטים תאיים חד־ממדיים, הציע שיטת מספור שנודעה בשם Wolfram code ומיין דפוסי התנהגות לסוגים שונים. אחת הדוגמאות הידועות היא כלל 110, מערכת פשוטה שהעלה את האפשרות כי היא מסוגלת לבצע חישוב אוניברסלי; מתיו קוק הוכיח בהמשך שאכן מדובר במערכת שלמה טיורינג. משמעות התוצאה היא שמערכת בעלת כלל מקומי זעיר יכולה, עקרונית, לבצע כל חישוב שמחשב כללי מסוגל לבצע.

עבודותיו סייעו להפוך את האוטומטים התאיים לנושא מרכזי יותר במחקר של מורכבות, סימולציה וחישוב. הוא השתתף בסדנאות הייסוד של מכון סנטה פה ב־1984, הקים באוניברסיטת אילינוי באורבנה־שמפיין את המרכז לחקר מערכות מורכבות, וב־1987 ייסד את כתב העת Complex Systems. באמצעות מוסדות אלה תרם לא רק רעיונות מחקריים, אלא גם מסגרות שבהן חוקרים מתחומים שונים יכלו לפרסם, להשוות שיטות ולפתח שפה מדעית משותפת.

ממערכת אלגברה מוקדמת ל־Mathematica

במקביל למחקרו המדעי עסק וולפרם בשאלה מעשית: כיצד לבנות מערכת מחשב שתטפל בביטויים מתמטיים באופן סימבולי ולא רק במספרים. בשנים 1979–1981 הוביל בקאלטק את פיתוח SMP, ראשי תיבות של Symbolic Manipulation Program. ניסיון זה סיפק בסיס חשוב להבנת האתגרים הכרוכים בייצוג ידע מתמטי, בעיצוב שפת פקודות ובהפיכת תוכנה מחקרית למערכת הניתנת לשימוש רחב.

בשנת 1987 ייסד את Wolfram Research, וב־23 ביוני 1988 הושקה Mathematica. המערכת שילבה אלגברה ממוחשבת, חישוב נומרי, גרפיקה ותכנות בתוך סביבת עבודה אחת. במקום לעבור בין כלים נפרדים כדי לפתור משוואה, לנתח נתונים ולהפיק המחשה חזותית, המשתמש יכול היה לבנות תהליך רציף ומתועד.

השפעת Mathematica נבעה גם מן האופן שבו הרחיבה את גבולות העבודה האפשרית. חישובים שבעבר דרשו פיתוח תוכנה ייעודית או עבודה ידנית ממושכת נעשו זמינים באמצעות פקודות ברמה גבוהה. הדבר סייע לחוקרים לבדוק מודלים, למהנדסים לבצע ניתוחים, למורים להמחיש מושגים ולסטודנטים להתנסות ישירות במבנים מתמטיים. וולפרם המשיך לשמש המעצב הראשי של המערכת, בעוד Wolfram Research התפתחה מחברה שנבנתה סביב מוצר אחד לפלטפורמה חישובית רחבה.

שפת וולפרם: תכנות המבוסס על ידע

השפה שעמדה בבסיס Mathematica התפתחה במשך עשרות שנים ונקראה רשמית Wolfram Language ב־2014. מטרתה אינה רק להורות למחשב כיצד לבצע רצף פעולות, אלא לספק אוצר גדול של מושגים, אלגוריתמים וידע מובנה שאפשר לשלב בתוכנית. היא כוללת יכולות בתחומים כגון מתמטיקה, סטטיסטיקה, גרפים, עיבוד תמונה, למידת מכונה, גאוגרפיה וניתוח טקסט.

הגישה הזאת מבקשת לקצר את המרחק שבין רעיון לבין מימוש. משתמש יכול לנסח פעולה ברמה מושגית גבוהה ולהסתמך על התשתית של המערכת לצורך בחירת האלגוריתמים והטיפול בפרטים הטכניים. ספרו של וולפרם An Elementary Introduction to the Wolfram Language, שראה אור ב־2015, נועד לפתוח את צורת התכנות הזאת בפני לומדים חדשים ולהציג חישוב כדרך לבטא רעיונות.

Wolfram Alpha והמעבר מחיפוש לחישוב תשובות

במאי 2009 השיקה החברה את Wolfram Alpha, מנוע ידע חישובי שתוכנן לענות על שאלות באמצעות חישוב מתוך נתונים מובנים. זהו הבדל מהותי ממנוע חיפוש רגיל: במקום להציג רק רשימה של דפי אינטרנט שעשויים לכלול תשובה, המערכת מנתחת את השאלה, מפעילה מודלים ואלגוריתמים ומחזירה תוצאה, טבלה, גרף או השוואה.

המערכת מתאימה במיוחד למתמטיקה, אך תחומיה התרחבו גם לסטטיסטיקה, מדע, כלכלה, גאוגרפיה, תזונה ותחומים נוספים. כך, שאלה על גבול מתמטי יכולה להניב פתרון והמחשה, ושאלה השוואתית על ערים או נתונים מדעיים יכולה להפיק טבלה מחושבת. ממשק התכנות של Wolfram Alpha מאפשר גם לשירותים אחרים להשתמש ביכולת זו. המהלך תרם להתפתחות הרעיון שלפיו מחשב יכול לספק תשובה נגזרת ומאורגנת, ולא רק לאתר מסמכים.

ספרים ותוכנית מחקר חישובית

בין 1992 ל־2002 הקדיש וולפרם חלק גדול מעבודתו לכתיבת A New Kind of Science. הספר מציג מחקר ניסויי נרחב של תוכניות פשוטות, ובמיוחד אוטומטים תאיים, וטוען כי מערכות חישוביות פשוטות עשויות להסביר את הופעתה של מורכבות בטבע. בלב הספר עומדת תפיסה שלפיה חישוב הוא לא רק כלי שבו מדענים משתמשים, אלא מסגרת יסודית להבנת תהליכים טבעיים.

הספר עורר דיון נרחב משום שהציע לשנות את נקודת המוצא של חקירה מדעית: לחפש לא רק משוואות רציפות, אלא גם תוכניות וכללי עדכון פשוטים. רבות ממסקנותיו הרחבות נותרו שנויות במחלוקת מדעית, אך הספר תרם להעמקת הדיון על אי־ניתנות לחיזוי, אוניברסליות חישובית והדרך שבה כללים פשוטים יוצרים התנהגות מורכבת.

וולפרם המשיך לפתח רעיונות אלה במסגרת Wolfram Physics Project, שהוצג ב־2020. הפרויקט בוחן האם ניתן לתאר מרחב, זמן וחוקי פיזיקה באמצעות רשתות וכללי שכתוב פשוטים. מדובר בתוכנית מחקר שאפתנית ובהצעות שטרם התקבלו כתיאור מוכח של הפיזיקה היסודית; חשיבותה היא גם בניסיון להעמיד כלים חישוביים, מודלים וחומרי עבודה לרשות קהילה רחבה של חוקרים.

ספריו המאוחרים עוסקים בין השאר בתולדות הרעיונות המדעיים, ביסודות המתמטיקה, בזמן, בתרמודינמיקה, בלמידת מכונה ובאופן פעולתם של מודלי שפה. ב־Idea Makers כתב על חייהם ורעיונותיהם של מדענים וממציאים; ב־What Is ChatGPT Doing ... and Why Does It Work? הסביר לקהל רחב את העקרונות החישוביים העומדים מאחורי יצירת טקסט במודלי שפה.

הנגשת מדע ותרבות חישובית

וולפרם היה שותף להקמת Touchpress, חברה שפיתחה יותר ממאה יישומים ומשחקים חינוכיים לפני שהפסיקה לפעול. היישומים שילבו טקסט, נתונים, הדמיות ואינטראקטיביות בנושאים מדעיים ותרבותיים, והמחישו כיצד מחשוב יכול להפוך למדיום של למידה ולא רק למכשיר עבודה.

גם עבודתו כיועץ מדעי לסרט המפגש משנת 2016 ביטאה את העניין שלו בחיבור בין מדע לתרבות. הוא ובנו כריסטופר כתבו חלק מן הקוד שהופיע על המסך בניתוח הסימנים של השפה החייזרית. מעבר לפרט הקולנועי, העבודה המחישה כיצד שפה חישובית וסימולציה יכולות לסייע ליוצרים לבנות עולם בדיוני בעל היגיון פנימי משכנע.

הרגלו לתעד לאורך שנים נתונים על עבודתו ועל פעילותו האישית הפך אותו גם לדוגמה מוכרת בתחום הכימות העצמי. מבחינתו, ניתוח הודעות, הקלדות, פגישות ודפוסי עבודה הוא דרך להשתמש בחישוב כדי להבין תהליכים אנושיים יומיומיים. גישה זו משתלבת בתפיסה הרחבה המאפיינת את מפעלו: כל תופעה שניתן לייצג באופן מובנה עשויה להפוך למושא לחקירה חישובית.

מדוע סטיבן וולפרם ראוי לציון כערך חשוב במורשת

סטיבן וולפרם ראוי להיכלל בארכיון מורשת (Moreshet) משום שעבודתו יצרה תשתיות ממשיות למחקר, לחינוך ולהנדסה. Mathematica שינתה את הדרך שבה משתמשים במחשב לעבודה מתמטית; Wolfram Language הרחיבה את רעיון התכנות המבוסס על ידע; ו־Wolfram Alpha קידם מודל שבו שאלות נענות באמצעות חישוב מתוך מידע מאורגן. לצד אלה, מחקריו באוטומטים תאיים ומוסדות המחקר והפרסום שהקים השפיעו על השיח המדעי בדבר מורכבות וחישוב.

סיפור חייו נושא גם משמעות יהודית ברורה. בן לפליטים יהודים שנמלטו מגרמניה ובנו את חייהם מחדש בבריטניה, וולפרם המשיך מסורת של למדנות, יוזמה ויצירת מוסדות, אך עשה זאת בשפה המרכזית של העידן הדיגיטלי: חישוב. מפעלו אינו יהודי בתוכנו המדעי, אך הוא חלק מסיפור רחב יותר של תרומה יהודית למדע, לטכנולוגיה ולתרבות האינטלקטואלית העולמית.

Moreshet.com מתעד את מורשתו לא רק בזכות ההכרה שזכה לה, אלא מפני שהמערכות שבנה ממשיכות לאפשר לבני אדם ללמוד, לחשב, לחקור ולהפוך ידע לפעולה. החיבור בין מדע יסודי, המצאה טכנולוגית, יזמות והנגשת ידע הופך את תרומתו לפרק משמעותי במורשת היהודית והאנושית של תקופת המחשוב.