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从芝诺悖论和托里拆利小号问题谈物理的尽头是数学

 汉无为 2017-10-01

网上有一句话“物理的尽头是数学,数学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学”,突然有很多人讨论。有人说这句话出自杨振宁的演讲《美与物理》中的一段话,原视频我也没看过。也有人说是一个叫杨振华的人在佛教期刊上说的。

不知道这个尽头是什么意思?我想可能会让人产生出有两种完全不同的意思:一种是这个学科发展的时间上的尽头;一种则是这个学科本身内涵上的源头。

从第二种意思,内涵上的源头来讲,“数学的源头是哲学,哲学的源头是神学”倒是有道理的,因为数学的核心就是基本概念,数学上的基本概念,都可以认为与哲学上的概念相通的。就像前段时间一直争论是0的概念一样,最早一定是一个哲学上的抽象出来的概念,并不是现实中“可见”的抽象,而是通过可见再在思维上延伸后的概念。哲学的源头是神学,哲学中的伦理学应该是从伦理宗教演变过来的;本体论也有神学的影子;方法论、逻辑学没有神学的影子,是人的经验总结。即使从内涵源头上讲,物理学的源头也不是数学,而是人的经验,如铁球比羽毛下落速度快这样的经验。所以从第二种内涵的源头上看,这句话是不对的。

那么从第一种意识来看,这个学科发展的时间上的尽头。从人的群体性进化角度讲,人类主流认知体系(群体性意识形态)是人类意识从模糊化、随机化(原始经验)到固定化、系统化(宗教、哲学),再到意识工具化(近现代科学)的过程。群体性意识形态与作为人的个体从诞生、成长的意识进化走的是同样的过程,个体的人就是群体性人类进化的浓缩版。人类意识的进化,是从模糊、随机到固化、逻辑化的方向和趋势的。未来有逐渐加重逻辑化的趋势。所以,数学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学,从时间箭头看,肯定是错误的,我想原始人最早应该是产生了万物有灵的观念,这也算早期神学的话,这种观念产生一定是比哲学要早。时间箭头上看这样的说法就有问题。

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不过,物理的尽头是数学,这句话要认真分析了。

人的感应能力会有极限,即使是借助各种工具,仍然存在极限临界点,在极限达不到的地方,允许逻辑上可行,不需要证伪的意识工具,或者说在极限达不到的地方,只能用数学方法。这就是物理的尽头是数学。

在当今的世界上,有一些科学家认为数学是宇宙真实性的基础,而非人类思维的工具。这种观点进一步认为,在数学上可以发生的任何事情都会在各自独立的宇宙中发生。或许数学上的存在就可以认为是真实的存在,而无需考虑感应(可证伪性的来源),我认为这本身也是根据不完全归纳法总结出来的“经验”,方法论上的东西也是值得相信,即使它本身可能也是局部意义上的有效。

凡是符合逻辑的,就必定是存在的,即使是局部意义上的。因为人类感应有极限。

从芝诺悖论和托里拆利小号问题谈物理的尽头是数学

来看两个数学上的悖论,这两个悖论的内容都是网上复制粘贴过来的。现在主要重新讨论、研究、理解悖论的结果。

芝诺悖论:“一个人从A点走到B点,要先走完路程的1/2,再走完剩下总路程的1/2,再走完剩下的1/2……”如此循环下去,永远不能到终点。《庄子·天下篇》中也提到:“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。

意大利科学家托里拆利小号:将函数y=1/x,中 x≥1 的部分绕着 x 轴转了一圈,变成下面的图像(小号图)

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小号内表面积和体积如下:

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这个结果是,一个体积有限的物体,但是它的表面积竟然是无限的。

芝诺悖论和托里拆利小号悖论都是数学逻辑上的悖论,我想即使是逻辑上的悖论,这种存在也一定是合理的。也就是说按照传统的思维惯性认为可以无限的把路程分下去肯定不对,现实中时空可能就不是无限可分的,因为量子力学告诉我们存在普朗克时间和空间。

如果在19世纪以前,我们能从方法论上重新理解“凡是符合逻辑的,就必定是存在的,即使是局部意义上的。因为人类感应有极限。”这句话,或许很早的人类就能从逻辑上可以“提前”预知我们传统思维概念中可能存在错误,即时空是不连续的。

任意数学上的存在,包括各种悖论,都在宇宙中有真实存在,即使这种存在是局部的。

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实际上在今天,就已经有很多理论让人左右为难了。

如多世界诠释是一种假定存在无数个平行世界,并以此来解释微观世界各种奇特现象的量子论诠释,其优点是不必考虑波的坍缩。这种思想“优点”就是剔除了人的主观因素,绕过了“塌缩”和“观测者”。而哥本哈根诠释不认为波函数除了抽象的概念以外有任何真实的存在,我本人在今天以前是非常认可这一点,因为它同时还可以用量子原理较好的解释意识的起源和机制。而多世界诠释允许观察不到的现象也有可能存在,在思想上就“先验的”决定有观察不到的存在,这一点和我们已知的哲学观很像(如唯心或者唯物,都是先验的设定某种存在,而把人的感应放在次要的位置)。

再说一个例子:超弦理论。当今可以说分成了两大派别,一派是坚持不可证伪的理论不是科学理论,而另一派则说对手是波普尔的跟屁虫。哈佛大学教授皮特·盖里森(Peter Galison)指出双方争论的核心:“这是一场有关物理学本质的争论。”宇宙学家乔治·埃利斯(George Ellis)批评弦理论说:“最让我恐慌的是,若不能通过实验检验的理论可以成为科学,那么科学和装神弄鬼的废话,或者科幻小说也就没了区别。”瑞典物理学家霍森菲尔德 (Sabine Hossenfelder)说:“‘无需实验证明的科学’,这个名词本身就是自相矛盾的。”支持弦理论的一派不甘示弱,宇宙学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)就在他的推特上写道:“我们不可能提前预知什么样的理论可以正确描述世界。”紧接着,他又写道:“只有缺乏哲学素养的科学家才会把可证伪性奉若圣经。”斯坦福大学的理论物理学家伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)发明了一个新词“Popperazzi”来讽刺扯着波普尔虎皮的科学家们(“Popperazzi”可译为“波普尔的跟屁虫”,“azzi”或“razzi”为表示“跟踪者”的词缀),依他来看,那些人都把科学想得太简单了。前几天有一位网友说翻译成“波普仔”最适合,我看这个翻译太有水平了。

所以,物理学的尽头是数学,这句话我认可。


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