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数学的本质:数学与物理

2019年5月24日  来源:scottcgi 作者: 提供人:sizhuo82......

物理研究的是物质的结构和属性,及其相互作用,其中相互作用是通过某种关系来呈现的,也就是规律,可以用数学函数来描述。而数学抽象的是结构和关系,这个关系在于结构之间和结构内部的固有逻辑,也可以用函数来描述表达,并且其中有部分关系映射了物理规律,还有部分并不对应具体的现实。

注意:这里的物质属性,表达的是一个更加抽象的视角,可以理解为物质特征的总和。比如物质的运动,就可以算是一种运动属性,是物质受到力的作用后,所表现出来的一种特征,表征了物质的一种状态。

可见,物理和数学的研究对象其实都是结构,其中物理的结构是客观存在,而数学的结构则是抽象逻辑映射。

但所有结构,都是由更基本的结构排列组合所形成的,我们姑且把更基本的结构,称之为基本结构(这里结构形成了分形递归构造)。那么,是基本结构的排列组合形成了可观测的属性,形成了结构内部与外部的抽象关系,这就是物理和数学在共同的结构之上,所进行的不同方向的演绎和研究。

所以显然,无论是物理还是数学,都会对结构进行观察和分析,接着我们必然就会看到基本结构之间的关系,而关系是通过信息来描述的。那么现在,我们就可以把上面的基本结构替换为——信息,所以就是信息构成了一切。

再结合前面的结论,信息的基本单位是比特,是随机的0或1,是概率,这也就解释了为什么在微观的量子世界中,无处不在的是概率与随机。

那么,在物理上连接微观与宏观的是——普朗克常量。因为有两个公式,E = hv 和 P = hλ,其中——E是能量、P是动量、h是普朗克常量、v是频率、λ是波长。而E、P是宏观物理量,v、λ是宏观可测量,h则是微观量子化特质。

由公式可见,粒子都具有波粒二象性,其中波长和频率代表着粒子宏观波的性质,普朗克常量则代表着微观量子化的粒子性。并且普朗克常量,同时也关联着粒子的不确定性——?x * ?Px ≥ h,即是:粒子位置的不确定性 * 粒子速度的不确定性 * 粒子质量 ≥ 普朗克常量。

而粒子在微观的不确定性,在宏观上表现出的就是统计概率。可见普朗克常量其实就是,连接了微观与宏观的不确定性与概率。

那么,从数学角度来看,普朗克常量必定代表着某种可观测极限下的结构信息。常量之所以是常量,均代表着观测中,物质结构在某个角度下,所呈现的特定信息。所以普朗克常量代表的信息,必定会受限于人类的观测手段和能力。

但数学可以抛开实验和测量,抵达到抽象的极限。试想,是无法测量的基本结构,构建了上层可测量的基本粒子,而基本结构对应的信息描述就是比特(0或1),于是基本结构组合出的基本粒子,其信息是可以由比特信息所描述的。

那么,可观测的物理数值,最自然的信息描述方式,就是使用二进制的比特。而这也就说明了,为什么有些物理常量是无法精确表示的超越数——比如π和e。就是因为二进制信息描述,转化为十进制信息描述的过程中,会有精度丢失的问题。

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