一个高中生的疑问:数学究竟是自然界本就存在的某种联系,还是我们人类的创造?

题主是高中生,最近正在读陈秉乾的《电磁学专题研究》,惊讶地了解到斯托克斯定理的建立与电磁学研究的深刻联系。于是,我思考数学与物理学的联系,有以下几点疑惑,恳请解答:乘法源于人们求土地面积的经验,那么,为什么这种丈量土地的经验能够运用在包括行星轨道在内的那么多领域?丈量土地与行星公转间存在着某种联系吗?宇宙间其它的文明认为这两者之间存在着规律吗?数学形式反映事物的本质吗?库仑力和外有引力都合乎平方反比律,具有同一数学形式。那么,库仑力和万有引力具有某种共同本质吗?冷热、快慢、多少,人们为什么能把这些不同的联系归为一类?因果、并列等逻辑关系,是宇宙真理的一部分,还是我们人类思维的一部分?许多动物的脑不能认识到某种联系。如果我们人类无法分辨差异,我们还会提出不等式的概念吗?会不会存在某种我们的大脑无法处理识别的逻辑关系,导致我们的数学不够完善?宇宙应该遵循同一的运动法则,但为什么"more is different",复杂系统的运动规律与其部分几乎全然不同?这是宇宙的某种特质还是我们的错觉呢?“直觉”是相对的吗?如果有外星人在高速飞行的星系,它们会不会先发现相对论再发现牛顿力学?发现物理规律,实际上就是找到一个数学公式,满足我们的实验数据。那么,我们可不可以通过计算机给出海量的数学公式,再把实验数据代入,以发现物理规律?

人类所有学科,都是人类创造出来的。大自然所呈现出来的都是原始状态,而人类运用智慧,将大自然的原始状态通过理论将它阐述出来的。

天上不会掉馅饼,大自然不会空降数学、物理、化学和天文学,既使有传说中的上帝等,还是属于外星人、世外文明的范畴。

人类就是在与大自然的斗争中,由小到大、由弱到强、由野蛮到文明、由低级到高级的发展史。数学也是原始人类从结绳划字一横一竖慢慢地发展起来的。

当人类进入到类似阿拉伯数字和华夏大写数字时,人类的数学就进入了飞跃期,早期人类很早就开拓了数学领域,像我国古代春秋战国,就发现了"勾股定理",到一行和尚运算了兀3.14最接近值时,数学已发展到人类初高中阶度了。经过全球数学大师的勤奋攻研,终于到了工业革命,数学和物理学、化学等迎来了大爆炸时代。

现代数学预示着科学文明来到了人世间。数学是一切科学的基础,也是各学科的纽带,没有数学和高等数学,也就没有一切自然学科的高速发展。同样,人类文明社会也就不会有高速发展。

当人类掌握了大自然的秘密,发展起了高等数学和高等文明时,也永远跟不上浩瀚宇宙的巨大空间和千变万化,还需要人类再接再厉,把数学等自然科学发展到更新更高的水平,才能更好地发现和开拓宇宙新天地,才能更早更快更好地在宇宙中漫游!

一个高中生的疑问:数学究竟是自然界本就存在的某种联系,还是我们人类的创造?

如果这个学生能够看出下面这幅图的意义,就不会发生这样的疑问了。不过,其敢于深究的勇气,还是令本里正佩服的,要是当初自己能够多思考,可能人生就不一样了。

上面的三个事物,是地球上存在的数学经典实例,那就是“分形几何”雪花的细枝末节,无论您放大多少倍,边缘都是一样的结构,一直到分子层面;

同样,鹦鹉螺的壳,将外面的一层层剥去,到了核心,似乎还能够发现微观结构;宝塔花菜也是如此,在放大镜、显微镜下面,生物学家们看到了更多的这种螺旋塔状结构,似乎无穷无尽。

因此,本里正以为,数学从来就存在于宇宙当中,是最基本的东西,世间万物都要遵循这些规则,物理学家、化学家们,探究物质的微观结构,就是寻找到各种数学规则下的物质形态,最后归纳为各种数学公式。

有了数学表达式,那就好办了,各种符号代表着一种“力”,那么科学家们就朝着这个方向努力,消除或者增加这种“力”,改造物质结构,创造出新的材料或者能量运用。

学生提到的土地丈量的方法,似乎可以运用到行星轨道计算,其实,这就是开普勒第二定律,只不过土地丈量是规则图形,比如长方形、正方形、三角形等,而开普勒第二定律则是计算椭圆的部分面积。

以前上学的时候,高数老师,还让我们推算过,不过现在大抵都还给老师了,本里正觉得十分惭愧。

至于同学提到的更深的因果律关系、是否能够从数学规律推导出物理规律等,已经不是本里正能够回答的了。

不过,这里要树立一个观念:人类对宇宙的认识,不是“有的科学家”说的,已经快接近宇宙本源了,我感觉这是一种狂妄与无知,本里正觉得,人类对宇宙的研究,尚处于启蒙阶段,只是比原始人多跨出了0.75步,至今还不能够达到一级文明。

人类当中的清醒着,无时无刻不在底层进行深度研究,而不是夸夸其谈、玄妙争辩,高中生有此疑问,那就埋头到这些基础科学当中去研究一番,成天用“形而上”来困扰自己,会茶饭不思,形容枯槁。

当然,越是基础的研究,其耗费就越大,我们国内还没有进行大规模、深层次的基础科学研究环境,连一个小小的“大型强子对撞机”建造,都要思虑再三,而每年浪费的财物,建造1000台都够了。

一个高中生的疑问:数学究竟是自然界本就存在的某种联系,还是我们人类的创造?

不是创造,而是一种认识总结,数学其实就是另一种哲学!以哲学的角度来看数学,也就没那么复杂了。

一个高中生的疑问:数学究竟是自然界本就存在的某种联系,还是我们人类的创造?

你的提问很有意思,也很深刻。

现在人们把数学是作为一种工具看待的,但数学的本质远非如此。

数的概念,先于文字甚至先于语言就产生了。小白鼠的冬季存粮是非常准确的,不多也不少,说明小白鼠是有数量概念的。

中国易经的核心是象,数,理,占,反映的是人们认识事物的过程。说明数先于理而产生,现在人们的认知一般是颠倒的,认为理先于数。

数是客观事物的本质存在形式。从哲学的高度,一切事物的存在形式就是时间,空间和数。你提的问题是一个深刻的哲学问题。

数学是人们对客观事物的一种认知。磁学,电学,水力学,热力学,空气动力学等互不相干的事物,数学公式形式是一样的,因为他们有一至的规律性。但对客观规律的数学表述是可以有多种形式的,可以有新的发明和创造。

客观环境变了,数学规律也会发生变化。人们对超光速以外的认知还是非常肤浅。应当说数学是事物的内在反映。所以才会有数学家说世界就是一个几何图形或者是一个代数公式。是有几分道理的?

我的见解当然仍然是浮浅的。

一个高中生的疑问:数学究竟是自然界本就存在的某种联系,还是我们人类的创造?

自然规律,是自然界本就存在的。

数学,只不过是人类的工具。

举例,自然规律是一条路,数学不过是你手里的尺。

作为学生,你研究这个问题,说明你思想已有深度,但万事万物都有规律可循,建议读一读哲学,掌握出规律,万事就简单了。

一个高中生的疑问:数学究竟是自然界本就存在的某种联系,还是我们人类的创造?

杨振宁感谢陈省身纤维丛理论对宇称不守恒的启发,漂亮的纤维丛理论

陈省身教授:那可不是发明创造的,而是客观存在的。

数学和物理的“藕断丝连”~“大道不孤”

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