李泳
直觉与想象与理论
2013-9-6 09:14
阅读:3432

 

 

 

有博友在前几天的《哥德尔的失落》下留言:

 

我们知道,在数学上,线性的东西,还有欧几的东西,相对都比较容易,往往中学生就可以理解,非线性的问题非欧几何的都很难,这是不是跟宇宙在相当大范围内都可以看做是线性的和欧几的有关?换句话说,如果宇宙在日常生活的尺度就表现出强烈的非线性和非欧性,那是不是这些东西学起来就会容易得多了呢?

另外一个问题,非欧和非线性的问题难,是不是说明我们到现在还没有找到特别好的数学工具?

 

这是几个有趣的话题,于是敷衍成篇,谈谈我自己的偏见。根据提问的内容,大概可以分三股来说:

 

1)线性和非线性,与欧和非欧,没有对应关系,欧氏空间里也有非线性的东西,非欧空间里也可以讨论线性算子。实际上,现实世界的所有非线性现象都是在欧氏空间背景下发生的;而我们描述Riemann几何的张量,倒是一种多重线性映射——当然,在把空间(流形)局域线性化(坐标卡)以后。另外,波动方程式线性的,所以量子态能叠加;引力场方程式非线性的,所以现在还没办法将它量子化——其实我们也不知道是不是一定要把它量子化。非线性的复杂与线性的简单,与数学/物理理论的难度也没有关系。对多数同学而言,量子论的数学比相对论的数学简单,但对理论家来说,相对论容易理解多了,量子论却越想越不懂。

 

2)如果宇宙在日常生活就表现出非欧性,我们当然会更容易熟悉和习惯非欧几何。盖莫夫的漫游记(Mr. Tompkins in Wonderland系列)就是那么想象的,假定光速很小(如30km/h,原书是多少,忘了)而普朗克常数很大,那么骑自行车的人感觉街道变短了,咖啡馆里的人可以穿墙出入……从这儿也看出,那只是一个熟悉和习惯的问题,不是难易的问题,更不是正确与错误的问题。很多东西我们没有经历,想象力又不够,就觉得难了——想象不够的时候就相信数学,因为它已经超越了想象。非欧几何比欧氏几何难吗?不一定——Poincare建立了二者的平行关系,可见是一样“简单”或一样“困难”。总之,这儿的难易,主要是学习和熟悉的事儿,与几何本身没关系。

 

3)非线性问题确实难,这是真的难,是现象本身的难,很多问题确实没有好的数学方法。

我先看这个问题,还感觉可能有另一个意思:我们用“很难的”非欧几何来描述宇宙,是不是有问题?应该找更好的更简单的数学来描述它。从现在的形式看,我觉得Riemann几何写的宇宙已经很简单了,其实比古老的宇宙学简单得多,也比牛顿的宇宙简单,因为场方程实在太简单了,G = T,而已。

 

问题里多次提到“难易”,我感觉它们的层次是不同的。一种是知识的递进,后来的当然比过去的“难”,但通过学习是可以让它容易的;还有一种是与直觉的远近,符合直觉的感觉容易,不符合的感觉难,这是习惯问题,或想象力问题,与学问的难易无关;最后一种是真正的难易区别:总的说来,线性的简单(尽管具体的数学也可以很难);非线性的难,有的问题连现象都没弄清楚,更谈不上理论了。

 

                    Gamow想象的世界,光速很低,骑车也能感觉相对论效应

 

 

 

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