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数学能揭示宇宙的真相吗?

发布时间:2022-08-16 18:42:23

数学使我们能够定量地描述宇宙,如果运用得当,它是一个非常有用的工具。但是宇宙是一个物理实体,而不是数学实体,两者之间有很大的区别。

地心说与日心说的数学见证图:地心说(左),日心说(右)

大约在400年前,人类还认为地球是宇宙的中心,在之前的几千年来,天文学家一直使用地心模型准确地描述行星的轨道,地球是静止的,所有其他物体都绕着它转。这并非仅仅依靠神话的手段,还借助数学几何和精确的天文观测,天体轨道的数学描述符合人类观察到的景象。即使是在地心说中出现了行星逆行的现象,托勒密可以用本轮理论来解释。

直到16世纪,哥白尼这种匹配并不完美,日心说诞生了。通过把太阳放在中心,逆行运动的解释变得更简单,但数学上的计算吻合度却更差。后来开普勒出现了,试图解决日心说上的数学问题。

图:开普勒通过将每颗行星的轨道放在一个球体上,这个球体由五个柏拉图多面体中的一个(或两个)支撑。

开普勒注意到总共有六颗行星(金木水火土、地),而当时数学上只有5个柏拉图几何多面体,(正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体),它们的面都是等边多边形。如果一个圆球内接一个立方体,而立方体内再内切一个圆球,这个圆球再内接一个正四面体……将它们“嵌套”起来,这可以说是人类第一次试图构建宇宙模型。

然而这个模型并无法符号观测数据,同样哺乳托勒密的地心模型,这也是人类第一次试图从纯数学的角度来构建宇宙。但开普勒并没有放弃,才有了现在的三大定律。

图:开普勒三定律

开普勒果断的抛弃了制作好的模型,既然数学无法拟合,那就从观测数据入手,反推数学公式来匹配观测数据,因此诞生了伟大的开普勒三定律。

这是科学史上的一个革命性时刻。数学并不是支配自然的物理定律的根源;它是一种用来描述自然的物理法则是如何显现出来的工具。科学需要建立在可观察和可测量的基础上,任何理论都需要符合这些基础,否则就不可能取得进展。

引力与相对论随着新的数学发明和发现使我们有了尝试描述物理系统的新工具,这样的例子在整个历史上一次又一次地出现。但是每次不仅仅是新的数学告诉我们宇宙是如何工作的。相反,新的观测结果告诉我们,我们还需要一些目前所理解的物理学之外东西,而光有纯数学是不够的。

图:水星近日点进动

在20世纪初,物理学家们还在致力于寻找牛顿时代遗留下来的“以太”物质。因为在经典物理中无法解释物体如何以接近光速运动。同时万有引力也同样陷入了困境,因为它无法解释水星环绕太阳的运动(水星近日点进动),直到爱因斯坦的出现。

图:三维网格空间

在经典物理中,我们经常把空间想象成一个三维网格,即使加入时间元素,空间依然是平坦的,它与空间相互独立。而在爱因斯坦的时空观中,时间与空间是不可分割的,空间是可以弯曲的。

图:质量时空弯曲

而相对论的理论框架并不是仅仅依赖于数学,而是通过对宇宙的观察,用过特定的方式来调整数学公式,从而获得结果。场方程中的宇宙常数,拿与不拿,加与不加,爱因斯坦翻来覆去,最终决定权还是通过对宇宙的了解与观察,使数学公式得以完美。没有与现实的对抗,就没有物理学,也就得不到宇宙的真相。而目前,大统一理论尚未圆满,引力子尚未发现,而量子力学又是曲折离奇。

量子力学薛定谔提出了量子力学中的基本方程——薛定谔波动方程,然而他却提出了“猫”的思维实验来讽刺波尔关于量子叠加态的解释,而叠加态却是该数学公式(薛定谔波动方程)目前最为主流的解释。

图:薛定谔,生死叠加态的猫

除此之外还有十多种解释,例如:平行宇宙,一千个观众眼中有一千个哈姆雷特,然而事实往往只有一个,而这些解释都源于同样一个数学。

图:平行宇宙

每一个物理专业的学生在第一次计算抛向空中的物体的轨迹时都会学到的一课。小球能走多远?小球将在哪里着陆?小球在空中要花多长时间?当你利用牛顿运动方程求解是,你不会直接得到“答案”。你会得到两个解;这就是数学告诉你的。

但在现实中,只有一个物体只遵循一条轨迹,在一个特定的时间降落在一个地点。哪个答案符合现实?数学不会告诉你。为此,你需要理解这个物理问题的细节,因为只有这样才能告诉你哪个答案背后有物理意义。数学会让你在这个世界上走得很远,但它不会让你得到一切。没有与现实的对抗,你就理解不了物理宇宙。

数学对于许多小伙伴而言是一种硬伤,而对于科学家而言则是探索宇宙发展的另一个工具。看似抽象的数学蕴含着可能是一方世界发展的真理,正是因为这个原因,才成为人类研究的重大课题之一。

较为出名的一个数学公式是:“麦克斯韦方程组”它揭示着全宇宙发展规律的一个数学公式,指的是宇宙的万物是建立在数学的逻辑上的,也就是说只要掌握这事物发展的根本规律,就可以看到宇宙运行的真实面目。

这个数学公式就是以他的发明者命名的,麦克斯韦从小都对数学有着极大的兴趣,而长大后更是就读知名的剑桥大学继续攻读数学,那个时期的麦克斯韦已经在电磁学领域取得一席之地,而他在前人法拉第的基础上对电磁学进行了完善与发展,并且建立了麦克斯韦方程组,正是因为他对于电磁学的伟大贡献,所以才与爱因斯坦和牛顿并列为伟大的物理学家。但是他的方程组直到20年后的德国物理学家赫兹证实。

而麦克斯韦方程组具有一定的通用性,因为宇宙中发现的一切光电现象都可以用其来解释和验证,它不仅总结了电磁学还对光学进行了一定的归纳。所以在物理学界,麦克斯韦方程组具有一定的地位。而我们总是希望能够对外太空的生物取得一定的联系,那么就这一结果而言,我们只能通过电磁学的公式作为与宇宙中其他生物文明沟通搭建的桥梁。

尼古拉·特斯拉手稿揭示宇宙密码特斯拉逝世后,美国情报机构接收了他的全部发明手稿。即便在贝尔格莱德尼古拉·特斯拉博物馆里收集的15万件展品中,也几乎没有关于特斯拉的科研数据资料。

不过最近,人们在亚利桑那州一位当地艺术家Zucca的古董店里发现了尼古拉特斯拉的一套手稿。这些草图与其他画作混在一个小箱子里,里面的手稿主题包括各种科技设备到自由能源系统。据说这些手稿是在特斯拉自由能源实验室时期创造出来的。

特斯拉飞行器手稿

在所有发现的手稿中,最为独特的就是这张“数学漩涡”的手稿!手稿上的图非常直观,我们可以观察到这些数字是怎样组合成12个方向布局。这些螺旋布局不仅仅通过交织网络表示出乘法的规则,更提供了所有数字自由组合成12个空间组合的视觉化理解方式。

12(12x )是最为复杂神奇的数字系统。

特斯拉曾说过:“如果你知道3、6和9的秘密,你就掌握了通向宇宙的钥匙。”巧的是,如果你把数字3、6、9和12随意组合,其数根结果无一例外都是3、6和9!这些数字似乎揭示出某种独特的规律。

尼古拉特斯拉曾做不可技術的神秘实验,尽管他本身就是一个谜,所有天才都有一个无法自拔的执着,尼古拉百分百是相当执着的一位科学家。

他要进入一个房子之前,会重覆绕着建筑物3次,他用18张餐巾纸清洁他的盘子。

他只住能够经过数学推算与数字3扯上结果的饭店房间,他会在所处的环境事物立即计算,然后根据结果是3才会做出选择,他做任何事都是跟3有关系。

有些人说他患有强迫症,有些人则认为他很迷信。

宇宙经常向我们展示它不可思议的创造,在许多古老文明中,几何被认为是宇宙创造的神圣象征。透过几何简单的比例划分,就可以变化出万事万物的形态。神圣几何,作为描述空间的一个基本形式,实际上是宇宙能量的结构,也是宇宙意识透过宇宙力量的自我显现。

这样的几何模式存在于万事万物之中,也存在于人类的心灵之中。当内在心灵与外在世界相契合,那指向宇宙核心的几何正是回归的路标。此刻的灵性符号,它作为一种共通语言的媒介,正指宇宙核心。

无形无相无限的宇宙透过几何与数创生了我们这个所思所见所感的世界,所以说道生一、一生二、二生三、三生万物,精神意识、心灵、物质,从无到有,点、线、面、体,宇宙在几何结构与数的秩序中被创造出来。

东方世界的太极图也是神圣的几何图形,里面蕴含着宇宙的信息和密码,千百年来已经成为中国文化的代表。

在数学对天文学的贡献上,最典型的例子要数海王星的发现,法国数学家在天王星特别的轨道中发现了海王星,发现过程仅需羊皮纸和墨水就确定了海王星的轨道。当我们进入20世纪后,量子力学理论开始形成,科学家很快意识到牛顿的物理学和数学无法发挥到量子水平上,我们需要更先进的数学。爱因斯坦提出的广义和狭义相对论代表着数学将进入新的发展时期,目前科学家的挑战在于如何开发出一种能够统一量子世界与宏观世界的数学途径,其背后将隐藏着我们这个宇宙的终极奥秘。可以认为,我们通过数学与造物主进行对话。

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