《機遇與混沌》讀書隨筆4——自娛自樂的數(shù)學(xué)和描述世界的物理

書的第一節(jié)講的是關(guān)于機遇的一些概述性的東西,關(guān)于機遇的研究帶來的不錯的引人注目的成果——概率論描融,統(tǒng)計力學(xué)睹晒,信息論。接下來書后面將要涉及到大量的數(shù)學(xué)和物理領(lǐng)域的東西显拳,因此作者覺得有必要先認識一下棚愤,數(shù)學(xué)和物理,物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家的區(qū)別杂数, 這樣之后能更加愉悅的探討一些內(nèi)容宛畦。

以我的慣有經(jīng)驗來看,一般寫這種關(guān)于科學(xué)的特征描述的文章揍移,作者極其熱衷于舉例子刃永,舉出一些反常滑稽的例子羊精,讓我們看到物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家居然都這么有毛病斯够。比如我這幾天讀的一本微積分教學(xué)指導(dǎo)《How to ace calculus: the streetwise guide-微積分之屠龍寶刀》里面就說了一位在學(xué)生葬禮上探討論文內(nèi)容的數(shù)學(xué)家,一位不記得家在哪也不認識自己女兒的科學(xué)家(見圖)喧锦。读规。。


圖片掃描自《How to ace calculus: the streetwise guide-微積分之屠龍寶刀》

而這次的作者明顯畫風(fēng)清奇燃少,放著一大堆有趣的逸聞趣事不講束亏,而是一本正經(jīng)的扯理論。雖然沒有(太多)故事可讀阵具,但是還是不少有意思的東西碍遍。

總結(jié)來說,數(shù)學(xué)和物理最大的區(qū)別就在于阳液,數(shù)學(xué)追求的是一個邏輯自洽的體系怕敬,而物理追求的是描述這個世界。

數(shù)學(xué)更像是依據(jù)嚴格規(guī)則進行特殊語句的語法練習(xí)帘皿。數(shù)學(xué)理論的出發(fā)點东跪,由對確定數(shù)量的一些數(shù)學(xué)對象的若干“基本斷言”(一般稱為基本假設(shè))組成,然后由這些基本假設(shè),數(shù)學(xué)家力圖使用純粹的邏輯虽填,來推斷出被稱為“定理”的新斷言(這里的“斷言”這個詞我覺得是不是說成是“命題”更合適一些丁恭?好像這么理解下來這個詞就是在說命題。)斋日。而推導(dǎo)出這個新斷言的“證明過程的長度正式數(shù)學(xué)上的一個興趣點所在牲览,并且事實上在哲學(xué)上有基本的重要意義”。關(guān)于這句話什么意思恶守,作者會在之后的章節(jié)討論竭恬。

感覺對這個過程的理解一臉懵圈,求說人話熬的?其實理解起來大概就是:我先確定一些一眼就能看出來的東西痊硕,將其描述出來作為一個基本假設(shè)(比如:過平面上的任意兩點有且只有一條直線,或者活潑一點別說數(shù)學(xué)押框,可以說:你下雨站在雨中你會被淋濕)岔绸,然后將這些基本假設(shè)通過一些顯然成立的邏輯手段(比如a=b, b=c,則a=c,衣服被淋濕會變重「原理可能是ma+mb=mc>ma?」)重新組合橡伞,就可以得到一些新的漂亮結(jié)論(我編不出來了你們自己腦補盒揉。。兑徘。其實我是想舉一個例子的刚盈,結(jié)果找不到又短又典型的。挂脑。藕漱。)。

而一般來說數(shù)學(xué)家會遇到一些比較棘手的玩意崭闲,就是關(guān)于最初的那幾個基本假設(shè)肋联,其實證明起來非常的困難,比如為什么1+1=2刁俭?或者說“1”究竟是什么橄仍?這樣的證明絕對是讓數(shù)學(xué)家分分鐘想撞墻。牍戚。侮繁。我就不摻和了。如孝。宪哩。好好弄清楚如何利用這些基本假設(shè)得出有用的結(jié)論就好。暑竟。斋射。

物理學(xué)呢育勺,則是使我們的世界有意義但荤。物理學(xué)家愿意逐個考察“實在的片段”(可以是一段運動罗岖,一次溫度變化,任何你能想到的東西)腹躁,然后將這個片段“抽象與簡化”桑包,接著嘗試用一種數(shù)學(xué)理論去描述它。那么具體到實踐操作中纺非,就大概是這樣子(讓我來用物理學(xué)家的口氣扯一段):

研究物體的自由下落哑了。——選擇一類現(xiàn)象

研究物體在這個片段(即運動)中的速度變化烧颖∪踝螅——定義出該現(xiàn)象中可操作的物理概念

至此,完成了物理框架的構(gòu)建

選擇“函數(shù)”這一數(shù)學(xué)模型去描述速度隨時間的變化——選擇一個數(shù)學(xué)理論

通過某些奇怪的手段(呃不對炕淮,應(yīng)該說是實驗觀測和推導(dǎo)論證)拆火,發(fā)現(xiàn)這里的關(guān)系是v=gt ——在數(shù)學(xué)理論和物理概念之間建立了“對應(yīng)關(guān)系”

至此,完成了數(shù)學(xué)對“實在片段”的表述

物理研究的重點涂圆,就是找到這樣的對應(yīng)關(guān)系们镜,并且,對應(yīng)關(guān)系對實在片段描述的越精確润歉,這種對應(yīng)關(guān)系就越好模狭。

那么現(xiàn)在對數(shù)學(xué)和物理的大致區(qū)別有了一定的了解。明天我繼續(xù)說書中講到的另外一點踩衩,關(guān)于這兩門學(xué)科內(nèi)在一致性的探究——邏輯自洽的數(shù)學(xué)和神聚形散的物理嚼鹉。

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