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我们能否想象得出一个没有数学的宇宙?

时间:2022-04-17 11:45:08 | 来源:新浪科技综合

来源:原理

近400年前,伽利略在《试金者》(TheAssayer)中写道:“哲学写在宇宙这本大书里……(但宇宙这本书)是用数学语言写就的。”这几乎可以被认为是最早的关于科学方法的著作。

我们不知道是谁最早开始将数学应用在了科学研究中,有可能是巴比伦人,他们在近3000年前用数学发现了日食的基本模式。但这些模式直到微积分和牛顿物理体系的出现才真正得到了解释。

古巴比伦的天文学家发展许多了至今仍在使用的重要概念,比如将天空分成360度。2016年,M。Ossendrijver翻译了几块巴比伦楔形文字板后发现,在公元前350至50年,古巴比伦天文学家就会运用精密的几何来追踪木星的运动。(图片素材/M。Ossendrijver)

自从那时起,可以说每一项重大的科学发现都以某种形式用到了数学,因为它比其他任何人类语言都要强大得多。毫不奇怪的是,这也让许多人相信数学甚至还要重要得多,“宇宙是由一位数学家创造的”。

那么,我们能否想象得出一个没有数学的宇宙呢?

我们离不开数学语言

萨丕尔-沃尔夫假说也被称为“语言相对论”,它断言,如果没有语言去描述一则概念,你就无法讨论它。

在任何科学,尤其是物理学中,我们需要描述的概念并不能很好地映射到任何人类语言上。人们可以描述一个电子,但很快就会意识到人类语言的局限和不足。

比如,如果我们开始问类似“电子是什么颜色的”这样的问题,按照自然语言的描述,一个物体的颜色取决于它所反射的光的波长,所以电子没有颜色,或者更准确地说,它有一切颜色。这个问题本身就毫无意义。而如果问“电子的行为如何”,自然语言的描述绝不简单,但答案在数学原理上其实非常简洁。1928年,狄拉克早已写下一个简洁的方程,几乎完美描述了电子在所有情况下的行为。

即使在日常生活中,人类对逻辑、数学思维的依赖也可能比我们意识到的要深刻得多。超越一辆缓慢行驶的汽车的决定,看似并不会涉及明确的运动方程的整合,但其实我们的大脑一定在隐含地这么做,就像现如今汽车自动驾驶的算法那样解决问题。

在混沌中数学失效了吗?

因此,数学不仅是描述外部世界的一种语言,而且在许多方面是唯一一种语言,这一点儿也不令人奇怪。但是,可以用数学描述的东西并不意味着它可以被预测。

在过去50年间,一项令人瞩目的发现便是混沌系统。这些可能是看上去并不复杂的数学系统,却无法得到精确的解。事实证明,许多系统在这个意义上都是混沌的,即使用强大的现代计算机,也几乎不可能精确预测加勒比海地区的飓风轨迹。

但是,我们明白这背后的原因,描述天气的方程本质上是混沌的,所以我们可以在短期(约24小时)内做出准确的预测,但这些预测在数天的时间尺度上就会变得越来越不可靠。类似的,量子力学提供了一种理论,让我们确切地知道哪些预测是无法准确做出的。人们可以非常准确地计算出一个电子的属性,但我们无法预测单个电子会做什么。

我们无法精确预测某个事件,并不意味着我们不能在它发生时对它进行描述。我们甚至有能力处理一次性的事件,比如人们普遍认为,宇宙是在大爆炸中产生的,我们对此已经有了一个相当精确的理论。

在社会系统中数学失效了吗?

不可否认,一大堆社会现象,都缺乏良好的预测性的数学。但我们仍然可以描述已经发生的事情,并在一定程度上构建出模拟系统。

那么,类似个人关系这些事情呢?爱情可能是盲目的,但关系在某种程度上仍然是可描述的,甚至可预测的。绝大多数人都在自身所处的社会阶层和语言群体中选择伴侣,所以在统计学上这绝对是有意义的。甚至已经出现了许多约会网站,通过数学构建算法来赚钱,这些算法至少在匹配你的理想伴侣方面成功做出了一些“假装”的努力。

一个无法用数学描述的宇宙,也就是一个没有数学的宇宙,从根本上来说似乎就是不合理的。我们显然不是生活在那样的宇宙中,而且我也怀疑,我们根本无法想象那样的宇宙。

#创作团队:

原文作者:Peter Watson(卡尔顿大学物理学荣誉退休教授)

编译:Måka

排版:雯雯

#参考来源:

https://theconversation.com/a-universe-without-mathematics-is-beyond-the-scope-of-our-imagination-175813

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aad8085

#图片来源:

封面图:pixabay

首图:pixabay

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