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谈谈科学研究中数学的作用

 灵藏阁 2016-01-22

数学讲究公理和定理,而科学讲究的是定律

如果要搞清楚数学和科学之间的关系,需要英国哲学家波普的三个世界理论。

以往我们讨论的都是两个世界,就是主观世界,主观世界也称之为第一世界,是依赖于人脑存在的,如果没有人脑,或者说人类全部灭亡,主观世界就不存在。

然后就是客观世界,就是说,不依赖于人脑而存在的世界,就算一场灾难人类全部灭亡,客观世界仍然存在。

而波普认为,对客观世界应当进一步区分为物理世界和知识世界这两种,也称之为第二世界和第三世界。就是说,物理世界和知识世界的存在,都是客观存在,都不依赖于人脑而存在,就算人类全部灭亡,这两个世界仍然是存在的。

物理世界也可以叫物质世界,或者也叫大自然,就是我们生活的这个地球啊,太阳啊,山川河流,植物动物,等等组成的世界,这个物质世界是科学研究的对象。这个世界是客观存在的,如果全部人类因为某种灾难死光了,这个世界依然存在。

而知识世界里全部都是知识,这些知识是客观存在的,是不依赖于人脑而存在的。例如,如果考虑到虚数的存在,就是负1的开平方是存在的,则相信任何一个一元二次方程,都至少存在一个解,通常是两个解,如果是一个解的时候,认为是两个解合并成一个重根了。这个存在,就是客观的存在,因为大自然中是没有什么一元二次方程的根的东西。

一个正数组成的数列,如果是单调减的,就必然存在极限,这个极限的存在,也是客观的存在,哪怕人类全部灭亡,它也存在,但是客观世界中是找不到这种极限这样的东西的。

再比如说象棋的一个残局,存在着一种红方将死黑方的下法,这种下法是客观存在的,也是不依赖于人脑存在的,但是存在在哪里?存在在知识世界中。

其实知识世界中还存在着各种棋类的下法,存在着各种各样的残局,这些存在都是客观存在的,却不存在于大自然中。

园周率是客观存在的,当人类发展到一定阶段,发现园周率大于3.14却小于3.15,这是一个事实,这个事实不存在于物质世界中,只存在于知识世界中。如果人类灭亡,这个道理仍然存在着,后来可能宇宙在人类灭亡后又出现另外一种有理性动物,又重新发现了园周率大于3.14却小于3.15,就是说,又在知识世界里发现了新的知识,但是在发现之前,它们就是存在着的。它们不依赖于你发现不发现而本来就存在着。大自然中是不存在园这种东西的,只存在形状和园近似的物体,抽象的园只存在于知识世界中。当然也可能进入人脑,但是人就是死了,园仍然存在着,因此园周率也存在着。

把这三个世界搞清楚之后,也就容易叙述清楚数学和科学的关系了。

数学是纯粹研究第三世界,也就是知识世界里的东西的,是从这个世界中不断发现新东西的,例如以前不知道园周率,后来知道了。以前不知道勾股定理,后来发现了,也证明了。

科学则是努力发现第二世界和第三世界的通道,或者说,是努力发现大自然和知识世界之间的联系,映射,等等。这些联系,映射,是用定律来描述的因此科学的任务就是发现定律

定理是从逻辑上证明的,是从公理经过形式逻辑的推导证明的东西而定律则不同,定律是猜出来的,或者说,是非常武断地专制独裁地猜出来的。按毛泽东的《实践论》,就是人们必须多实践,实践多到一定程度,大脑会突然性地产生出一个变异,一个猜想,这被毛泽东称之为“飞跃”,就是说,飞跃发现了定律,定律是建立起知识世界和物质世界之间的通道。可以认为,近些年来对毛泽东的飞跃论的反抗,对于学生飞跃能力的扼杀,是中国长期获得不了诺贝尔物理学奖的重要原因。

在科学中,有一些重要定律是明着说出来的,它们也很重要,例如,作用力和反作用力大小相等,方向相反,这是牛顿三定律中的一个,它很重要。但是,也有一些定律,是人们隐含地认为了的,并没有明确地说出来。

例如,一加一等于二,这是知识世界里的内容。但是一个苹果加一个苹果,等于两个苹果,这是大自然中的东西,却隐含着用了知识世界里的一加一等于二的知识,建立起了苹果这种具体物体和知识世界的通道,这可以称之为数苹果定律。数苹果定律,可以描述为:“对于苹果的计数,适用自然数的运算法则。”

但是科学定律通常不敢在定义上深究。例如数苹果,一个苹果加一个苹果等于两个苹果,必然牵涉到苹果的定义问题,这就令人头疼,只好用直觉的办法判定。其实科学是充满着直觉的,否则会把大脑弄晕。比如,什么叫一个苹果,那它必然不是一个梨,定义起来困难,比如说,转基因苹果是不是一个苹果?被啃了一口的苹果算不算一个苹果?啃了极小一口呢?真要抬起杠来那是没完没了的。

因此数学家只敢讨论一加一等于二,但是如果是用在了一个苹果加一个苹果等于两个苹果上面,就存在许多问题。所以物理学家们只好在自己的论文中经常性地宣布“本论文不追求数学上的严格性”。

所以诺贝尔奖不奖数学家,不奖数学发现,是有道理的,数学从某种分类上不属于科学,因为它不研究大自然,它只是在知识世界里呆着。

但是数学很重要在于,一旦一个科学发现建立了大自然和知识世界的通道,就可以经过这个通道,经历复杂的运算,从另一个地方再钻出来回到大自然,能够产生出一些新颖的事实的预测。例如原子弹,人造卫星,都是这种预测的结果。


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