许多人认为数学是人类发明。以这种思维方式,数学就像一种语言:它可以描述世界上的真实事物,但它在使用它的人们的思想之外并不存在。
但是,毕达哥拉斯在古希腊的思想学校持不同的看法。它的支持者认为,现实在根本上是数学上的。
超过2000年后,哲学家和物理学家开始认真对待这个想法。
正如我在新论文,数学是自然的重要组成部分,它为物理世界提供了结构。
蜜蜂和六角形
蜂箱中的蜜蜂产生六边形蜂窝。为什么?
根据数学中的“蜂窝猜想”,六根六角形是铺平平面的最有效形状。如果您想使用均匀形状和尺寸的瓷砖完全覆盖表面,同时将周长的总长度保持在最低限度,则可以使用六角形。
查尔斯·达尔文(Charles Darwin)推理蜜蜂已经演变为使用这种形状,因为它会产生最大的细胞来存储蜂蜜,以产生蜡的最小输入。
蜂窝猜想是在古代提出的,但只是在1999年证明数学家托马斯·海尔斯(Thomas Hales)。
蝉和质数
这是另一个例子。北美期刊cicadas有两个亚种,他们的大部分生活都在地面上。然后,每13或17年(取决于亚种),蝉出现伟大的群大约两个星期。
为什么13年和17年?为什么不12和14?还是16和18?
一种解释呼吁13和17是质数的事实。
想象一下,蝉有一系列掠食者,它们的大部分时间都花在地面上。蝉掠食者处于休眠状态时,需要从地面上出来。
假设有生命周期为2、3、4、5、6、7、8和9年的捕食者。避免所有人的最佳方法是什么?
(萨姆男爵)
上图:P1 – P9代表循环捕食者。数字代表年。突出的差距显示了13年和17年的蝉如何避免捕食者。
好吧,比较一个13年的生命周期和12年的生命周期。当一个拥有12年生命周期的蝉源于地面时,2年,3年和4年的捕食者也将脱颖而出,因为2、3和4的捕食者将它们均匀分为12。
当一个具有13年生命周期的蝉出来时,其捕食者都不会脱离地面,因为2、3、4、5、6、7、8或9或9均匀分为13。
它似乎这些蝉进化了利用有关数字的基本事实。
创建还是发现?
一旦开始寻找,很容易找到其他示例。从形状肥皂电影, 到齿轮设计在发动机中,位置和大小的位置和大小土星的戒指,数学无处不在。
如果数学解释了我们周围看到的很多东西,那么数学是我们创建的。另一种方法是数学事实是发现:不仅是人类,还包括昆虫,肥皂泡,燃烧引擎和行星。
柏拉图怎么了?
但是,如果我们发现了什么,那是什么?
古希腊哲学家柏拉图有一个答案。他认为数学描述了真正存在的对象。
对于柏拉图,这些对象包括数字和几何形状。今天,我们可能会在列表中添加更复杂的数学对象,例如组,类别,功能,字段和环。
柏拉图还坚持认为,数学对象存在于空间和时间之外。但是,这种观点只会加深数学如何解释任何事情的奥秘。
解释涉及显示世界上一件事是如何取决于另一件事的。如果除了我们生活的世界之外,数学对象存在于一个领域中,它们似乎无法与任何物理上的物体有关。
输入毕达哥拉斯主义
古代毕达哥拉斯人同意柏拉图的观点,即数学描述了一个物体的世界。但是,与柏拉图不同,他们认为数学对象并不存在于时空之外。
取而代之的是,他们认为物理现实是由数学对象以相同的方式由原子制成的。
如果现实是由数学对象制成的,那么很容易看出数学如何在解释我们周围的世界中发挥作用。
在过去的十年中,两名物理学家在毕达哥拉斯的位置上实施了重大防御:瑞典 - 美国宇宙学家Max Tegmark和澳大利亚物理学家 - 菲洛瑟(Philosopher)简·麦克唐纳(Jane McDonnell)。
Tegmark认为现实只是一个大数学对象。如果这看起来很奇怪,请考虑一下现实是模拟的想法。模拟是计算机程序,它是一种数学对象。
麦克唐纳的观点更加激进。她认为现实是由数学对象和思想制成的。数学是有意识的宇宙开始了解自己的方式。
我捍卫一个不同的视图:世界有两个部分:数学和物质。数学赋予其形式,并且物质赋予数学其实质。
数学对象为物理世界提供了结构框架。
数学的未来
物理学中正在重新发现毕达哥拉斯主义是有道理的。
在过去的一个世纪中,物理学已变得越来越数学,转向了诸如群体理论和差异几何形状等看似抽象的探究领域,以解释物理世界。
随着物理和数学之间的边界模糊,很难说世界的哪个部分是物理的,哪些是数学的。
但是奇怪的是,哲学哲学家已经忽略了这么长时间。
我相信这将要改变。现在是毕达哥拉斯革命的时候了,该革命有望从根本上改变我们对现实的理解。