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昌平数学为大家揭秘宇宙是如何用数学构建的
发布时间:2020-04-21 浏览3799次
著名的古希腊数学家、哲学家毕达哥拉斯曾说“万物皆数”。在21世纪的今天,仍然有很多人认为,毕达哥拉斯的“万物皆数”是错误的唯心主义,但同样有很多人认为这是真理。毕达哥拉斯的观点表明,宇宙不仅是有序的、理性的存在,而且这种秩序可以通过数学这种特殊的语言来表达。数学能描述和解释自然法则和规律、预测自然世界的各种行为,因此,它成为了现代科学所使用的一门通用语言。而毕达哥拉斯正是为此奠定了基础的那个人。
但是,批判毕达哥拉斯的人认为,数学虽然能够描述我们的宇宙,但是宇宙并不是按照数学而构建起来的。换句话说,是先有了宇宙然后才有了数学,而非先有数学然后才有了宇宙。但是,从科学的发展历史来看,人类经常会发现一些奇怪的现象,即,有很多在现实中没有被发现,甚至很难想象的事物,却能够根据数学被推算出来,又进一步被科学实验所证实。
这里可以举一个著名的例子,那就是反物质的发现。我们日常生活中所看到的、所接触到的所有物质都是普通物质,或者叫“正物质”,其中的电子都是带负电荷的,所以普通物质中的电子也叫“负电子”。在狄拉克之前,从来没有人觉得会存在“正电子”,也即带有正电荷的电子,这种异想天开的事物人们想都不会去想。但是,狄拉克就如同毕达哥拉斯一样,他相信物理定律应该具有数学之美,而美的东西往往具有对称性。于是,狄拉克基于洛伦兹对称性,创造出了著名的狄拉克方程,该方程有一正一负两个解,与之相对应的,是负电子和正电子。
结果不用多说,从最开始的不相信,到后来实验证实了正电子的客观存在,根据狄拉克方程算出的结果不再被认为是荒谬的,之后反夸克也被证实,从而让科学家们不得不相信,反物质是真实存在的。通过数学发现反物质的例子可以从一个侧面印证毕达哥拉斯的“万物皆数”的观点也许是正确的,正如比毕达哥拉斯晚出生两千多年的伽利略所说:“宇宙这部宏伟的著作,是用数学的语言写成的。”
但是话说回来,反物质的例子并不能证明所有通过数学算出的东西在现实中都客观存在,比如由黎曼几何推导出的高维空间。当然,就目前人类的认知来说,没有发现高维空间存在的证据,也并不能肯定地说高维空间一定就不存在,也许是人类还没有发现它们或者人类还没能理解它们以何种方式存在而已。如今的数学已经成为了理解宇宙的最基础的科学,我们很难想象,如果现代生活离开了数学,会是怎样的光景?而数学神奇的预测推理和解释能力,到底是先于宇宙就存在的?还是宇宙出现之后才自然出现的?这似乎应归为一个哲学问题。
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