古代的數學突破四維維障的艱難歷史進程,它依然還在困擾物理界

歷史上,數學的發展是從認識的簡單到複雜的一個發展過程。

對於維度的認識,人們先認識到了直觀可視的三維這個範疇。從數學角度而言,數學有意義的突破三維,僅僅是百年前的事情。儘管古代數理文化曾經考慮過無限維。

西方數學突破三維維度的過程

最早的代數與幾何的直線性相關,相當於一維的一種思考。數學的產生與簡單的加減乘除運算屬於這個階段;

接下來是二維平面幾何的發展,這大約是2000多年前的事情。而當時代數、幾何是分道揚鑣地獨自發展。

再之後,對立體幾何有了初步的認識,直到幾百年前解析幾何被完善,人們對三維的幾何認識才進一步的明朗了。

解析幾何的完善還明朗了一件事情,也就是維度,實際也是影響的不同因素,那麼三維的表達實際也可以說是三個影響因素綜合的影響結果。當然,這個階段還都是對三維的靜態的思考,人們還沒有把三維動態起來。或者把三維的動態降維到二維思考,例如牛頓的方法。

直到愛因斯坦所處的年代,也就是百年前,三維因素的動態影響才被表達出來,相對論也就產生了。

這之後,維度的表達再度分支:四維時空、多維超體、分形分數維。也就是數學突破三維這種直觀可視化的結果,也就是百年前的事情。現在西方文化致力於將四維時空以及高維度的數學結果可視化表達,這也促進了電腦可視化表達的發展。


古代的數學突破四維維障的艱難歷史進程,它依然還在困擾物理界

但是,涉及到四維及四維以上內容,如果用可視化的方法表達,就需要把不存在的數字i可視化的表達出來,這也導致在解讀的時候,虛實很容易被顛倒,卻不容易被發現(因為了解虛數i的人並不多),進而也產生現代的玄學或者玄幻文化。就像古代方外玄學產生的基礎,是由於大多人並不理解周易數理所說的方一樣;現代玄學往往是基於大多人並不理解什麼是四維、多維、虛數,從而很容易被曲解、誤解、借題發揮。

數學在百年前終於突破了四維的維障,而物理大尺度的驗證卡在4.0維處,僅僅驗證了三維動態現象的存在,面對四維以上毫無驗證方面的進展,百年來並未有突破。

也就是在數學認識層面上,從三維的動態到四維超體,再到分數維,數學難度大大增加。三維的靜態成為一個關鍵的認識門坎。通常高中以前的數學課程主要是三維或三維以下靜態的表達,大學以後,還得專業學數學、物理的才開始接觸近百年來數學的多維發展。而多維往往又被網絡文化“通俗化”、“玄學化”的錯誤解讀,很容易造成數理文化的錯誤認識。

當然解決數學問題,維度並不是唯一的方法,也是近百年來,波,被廣泛引入到數學以及物理,用以解決維度不好解決或者多要素相互影響的問題。波與傳統的基於直線性基礎的維度的區別就在於,傳統的維度參照系基於直線性的基礎,而波基於一種特殊的具有周期特徵的曲線性。

中國古代對三維及三維以上問題的數理思考

古代數理文化思考,其中包括數學,但是與現代意義的數學而言,並不相同。

在古代數理文化中,數學解決不了的事情,通常用“講理”的方式解決,當然不講理的地方,不許問,不許說,你就先這麼用吧。西方古代數理文化一樣存在這樣的問題。

中國古人意識到三維的靜態影響結果從出現八卦開始計算。因為要準確表達八卦兼容的一個側面數理,我們至少需要三維的座標方式來描述標準八卦的每一爻。


古代的數學突破四維維障的艱難歷史進程,它依然還在困擾物理界

三維表達的八卦數理之一


而64卦,需要用四維數組來對應每一個卦爻,也就是64卦,實際是古人探討把八卦這個正方平方時的結果,同時,它也是對四維靜態表達的一種探索。


古代的數學突破四維維障的艱難歷史進程,它依然還在困擾物理界

四維數組描述的周易64卦


產生後天八卦、周易的時候,古人已經開始由關注靜態向關注動態發展,周易的易,五行的行,都是在描述這個動態。

基於周易的四維數組,至西漢,產生了三種進一步的數理表達方向,人們開始試圖邁向定量的五維或者更高維度的表達。

第一種是方外,後來成為玄學的主要數理,被歷史淘汰;

第二種是基於64這個大正方,進一步的疊加,也就是每卦不是6爻,而是十二爻,這個方向也很快被歷史淘汰;

第三種是五行,基於太極的相生相剋,基於周易、太極的分形表達,基於五個動態的影響因素,形成了五行數理。這個數理模型成為後來中醫的基礎數理模型。也就是古人已經開始探討五個特殊動態要素的影響結果了。


古代的數學突破四維維障的艱難歷史進程,它依然還在困擾物理界

酷似心電圖的五行波場之一



而數學至今,也才僅僅解決了天文學的三體問題的十幾個三維數學解問題,也就是三維的動態的數學解。四維的N體問題尚無數學解,更不用說五維了。

同時,從《道德經》開始,就體現出古人對無限分形或者說無限維的數理思考,儘管這種數理思考,從現在的物理驗證結果來看,存在一定的數理偏差,但是,數理思考的邏輯方向是正確的。西方近代的理論物理假說,將無限維限制為有限維,思考的思路依然是一致的。僅僅是這種決定性邏輯的思考方式,忽視了幾十年前才發現的一種普遍數學現象--分形混沌系統。而古人在混沌這方面依然是有思考的。例如老子的“道衝或不盈”說的就是這種混沌現象或者隨機現象,決定論方式不能解決的問題。

遺憾的是,中國古代的數學是以數理文化的方式發展的,這種文化方式,在後期束縛、禁錮了數學的發展。

至唐朝,中國古代的《算術十書》的數學水平,與西方同時期不相上下,但之後,數學逐漸開始落後。

中國從清朝末年開始認識到西方數學的方便與發展,開始引入歐氏幾何等內容,之後開始全面引入西方數學、物理。

四維的維障


古代的數學突破四維維障的艱難歷史進程,它依然還在困擾物理界

戰鬥機突破音障


四維維障,這是一個人文意義的詞彙,僅僅是一種比喻式的表達。受“音障”這個詞的啟發。

從三維立體幾何開始,數學的難度開始增加,至相對論的三維動態的表達(四維時空),難度已經不是普通人輕易可以接受的了。儘管這說的依然還是三維的事情,而很多人誤以為所謂的四維空間或者四維之上。

至四維超體,多維超體,數學更加抽象難懂,已經與直觀可視化的結果越來越脫離。至分數維、分形的混沌體系,數學難度就更大了。

這也造成一個問題,也就是在思想認識上突破四維,實際是存在一定的學習障礙的。儘管相對論百年前曾經熱鬧一時,廣泛傳播,但是,能夠真正理解的並不多。真理解的應該在幹衛星、導彈之類的工作。

在這方面,物理的驗證也跟著起鬨,驕傲的物理一直未能直接解決三維運動極限的驗證問題。三維的運動或者說四維時空的彎曲,有三個極限點:

時間逼近0,奇點;未能驗證。大爆炸的奇點,依然僅僅是理論物理假說的邏輯倒推的猜想。可是,如果這種尺度的時空是混沌的呢?這種決定性方式的倒推就是錯誤的。我們至今並不能驗證這種尺度的混沌性,也不能驗證這種尺度的決定性。也就是愛因斯坦和霍金討論的上帝是否擲色子的問題。

空間逼近0,黑洞;這一個,由於黑洞的性質,現在的表達是間接驗證。也就是不能直接看見黑洞的內部,可以通過其引力場的影響間接驗證黑洞的存在。最近公佈的所謂的黑洞照片,也僅僅是黑洞視界之外的效果而已。

時空尺度逼近0,蟲洞;未能驗證。

也就是當三維運動的曲率極大,現在的物理不能驗證了。4.0維成了物理驗證的維度障礙。是理論問題?還是驗證設備的問題?還是方法問題?不得而知。誰能解決,都將超越愛因斯坦的相對論的功績。

數學用了幾千年艱難地跳過了四維維障,物理驗證卻依然卡在四維維障。而我們的思想方式,是三維靜態的?還是三維動態的?是有限多維?還是無限維的呢?這是數學水平問題,思考方法的問題了。

當然,另闢蹊徑的突破四維維障,數學還有另外一個武器--波。



學以致用。接下來的連載會說說二維動態這種三維動態簡化、降維的數學結果,也許會有用。


分享到:


相關文章: