为何复杂的宇宙能使用简练的数学语言来表达

发布时间：2023-05-12 09:39:15 所属栏目：外闻来源：

导读：数学是一种格外有效和成功的与宇宙对话的语言

很多自然定律都可以用数学形式表达，包括那些内容原本和数学没什么关系的定律（例如被总结出来描述自然选择造成的演化的定律，不管这些定律最后会长成什么样），在被

数学是一种格外有效和成功的与宇宙对话的语言

很多自然定律都可以用数学形式表达，包括那些内容原本和数学没什么关系的定律（例如被总结出来描述自然选择造成的演化的定律，不管这些定律最后会长成什么样），在被数学重新解读之后,它们都会收获更大的动力。

最早考虑这个问题的科学家之一是颇具影响力的匈牙利数学家尤金·维格纳（Eugene Wigner或匈牙利语Wigner Jenö Pál，1902—1995），他在1959年的一场题为“数学在自然科学中不可理喻的有效性”的讲座中提出了这个问题。他以一种也许非常明智的谨小慎微的态度给出了如下结论：数学不可理喻的有效性是一个谜，这个谜过于深奥，是不可能通过人类的反思获得解决的。其他一些人进一步增强了这种普遍的绝望感，他们认为在目前的各种未解之谜中，这一个很可能会一直持续下去。

自然律存在数学版本，这一事实也许指向一个关于组成现实世界的深层结构可能是什么的严肃问题，并让我们期待获得一个能带来丰厚回报的答案。也许它指向的是那个最深刻的问题，也是古往今来所有问题中最令人困惑和最引人入胜的问题：真实存在着的东西，一般人是怎样被动的开始自然而然的存在的。

不可否认，数学是一种格外有效和成功的与宇宙对话的语言。从实用主义的层面来说，我们可以用概括物理定律的方程预言出物理过程的数值结果，就像从摆长预言出单摆的周期那样。看看天文学家预言行星轨道、日食发生率，以及超级月亮——也就是在月球接近近地点的时候出现满月的现象——出现的惊人能力吧。然后，从表述为数学形式的定律中还会突现出意想不到的推论，并被观测验证。

当然，在我们对宇宙的理解以及对它的物理诠释中，有一些方面尚未被表示为数学形式。我把注意力投向了宇宙中影响最深远的理论之一，即用来解释演化现象的自然选择理论。从它并没有被表示成公式形式的意义上说，这一理论就其内在本质而言并不是数学性的，但它却仍然拥有巨大的效力，也许在宇宙中不管什么地方，只要那里存在可以被认为是“生命”的东西，这项理论就能够适用。甚至不仅仅是新物种的突现，它还可以适用于整个宇宙的突现。我们可以把这一理论表述为一种自然规律，比如，赫伯特·斯宾塞的“适者生存”就是一种粗糙但不失犀利的近似。不过，一旦我们对这种理论做一点儿数学上的演绎，比如构建生物数量的动力学模型，就像我很快会再次提到的，这项理论的定性版本就会立刻获得深不可测的、定量化的丰富内涵——我这样说的意思是，它将能够做出定量化的预言。

生物学，就其整体而言，也许是数学博览会中一个不那么显眼的区域。直到1953年以前，这一人类知识分支在很大程度上还不过就是在大自然中走走看看而已，而就在1953年，沃森和克里克确定了DNA的结构，从而几乎一下把生物学变成了化学的一部分，也因此使它成为了物理科学的一员，并赋予了它这一身份所蕴含的全部威力。

超逸绝伦然而却悲剧性地倒在流言蜚语中的天才艾伦·图灵（Alan Turing，1911—1954），也许是第一个据传丑得难以置信的伊索（可能生活于公元前629—公元前565年，如果他真的存在过的话）讲述的美丽寓言拆台的人，他展示了如何用数学方法处理化学物质在各种形状——例如像豹子那样的形状——容器中扩散的扩散波，这一工作解释了动物毛皮上的图样是如何形成的，包括豹子的斑点、斑马的斑纹、长颈鹿的斑块以及蝴蝶翅膀上错综复杂的美丽纹理。就连大象的长鼻子也是通过化学物质按照各种方程及其解所表示的数学定律在整个大象早期胚胎中产生的扩散波而形成的。这些发现使人们相信，大象的祖先可能是一种高等哺乳动物，它们的祖先在很早以前就开始进化了。

（编辑：汽车网）

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