本文是数学的本质是什么?数学与物理有什么内在的关联?的扩展完善版本。在原有的内容基础上,增加了更多的主题探讨和描述,并通过查阅更多的资料更精准的修订了原有的叙述内容。
第二版内容,也从原有的5千字左右,增加到了1万字左右,其增加的主题包括:直觉主义与形式主义、矛盾性、再看几何:突破三维屏障、数学的难度、万物的本质、逻辑与认知、以及宇宙熵,等等。
本文将会以数学为主线和切入点,进行一次思想和思维上的自由推理探索认知之旅,并将会透过一种有趣视角和观点,窥见一个我们所熟悉又有所不同的世界、万事万物和我们的宇宙。
现在就让我们开始这次认知探索的旅程吧。
概述
数学是,结构(存在数量)和关系(存在变化) 的描述,以及验证(结构和关系) 的方法和过程。至于逻辑,更像是结构和关系所固有特点,而抽象是寻找结构和关系过程的手段。所以,数学通过抽象的方法,剥离去除一切无意义的具体,只留下单纯的结构和关系,并探索其中的逻辑。
数学发展到今天庞大而巨细、分支繁杂又艰深,但抽象来看就3个方面:
- 形状结构的定义和空间关系描述。
- 数的结构的定义和数的结构之间的关系描述。
- 对以上结构和关系研究验证的过程和方法。
数学也像一个游戏,在自洽的游戏规则内,随意进行思维的玩耍。从公理出发,进行必要的定义,然后进行严谨的推导论证,得出结论,接着经过确认过的结论(不能与之前的结论相矛盾),又可以加入以后的推导过程中作为基础,如此反复。这就像一个游戏,但目的和终点不得而知,只是结论越来越多,格局越来越大。
而这套游戏玩法,就被称为公理方法,其圈定的越来越庞大的游戏(领域)范围,则被称为公理体系。其中,自洽的游戏规则,需要遵从3大基本原则:相容性、完备性、和独立性。
- 相容性,就是结论本身和之间不能出现矛盾。
- 完备性,就是任何结论都必须可以由公理推导得出。
- 独立性,就是公理不依赖于其它公理的逻辑推论。
事实上,这套公理游戏,最早可以追溯到欧几里得的时代,并且几何学就是这种游戏演绎的一个典型代表。
那么,在很久很久以前——公理体系还没有诞生的时候,数学最初是起源于生活的具体的,那时候还不叫数学,只是一种简单的计数系统。比如,自然数就是映射具体的,但从有理数开始就脱离了现实,变成了人为的创造与抽象。而如今,数学发展到现在,已经完全变成了纯思维的活动,完全脱离了现实,可以说这体现了人类抽象思维和推理能力的进化——也就是智能的进化。
数学试图去发现所有的结构和关系,这是一种描述行为。所以,数学可以说是一种描述物质的物质,就像是一种元数据和元语言——描述的就是物质结构和关系所固有的逻辑。
事实上,基因并不会衰老,基因只是一串排列组合的信息,相反存在越久远的基因越会存在更长的时间。衰老的是上层结构,基因代表的是信息,描述了上层结构,结构复制结构就会把基因传递下去。而结构的复制错误就是衰老的原因,并且会反作用于基因。有趣的是,基因指导了结构的复制,这是基因的生存之道。基因就像是数学,描述了结构的规律。而基因本身则是更基本结构的排列组合——是数据存储了信息。