本文将会以数学为主线和切入点,进行一次思想和思维上的自由推理探索认知之旅,并将会透过一种有趣视角和观点,窥见一个我们所熟悉又有所不同的世界、万事万物和我们的宇宙。
现在就让我们开始这次认知探索的旅程吧。
概述
数学是,结构(存在数量)和关系(存在变化) 的描述,以及验证(结构和关系) 的方法和过程。至于逻辑,更像是结构和关系所固有特点,而抽象是寻找结构和关系过程的手段。所以,数学通过抽象的方法,剥离去除一切无意义的具体,只留下单纯的结构和关系,并探索其中的逻辑。
数学发展到今天庞大而巨细、分支繁杂又艰深,但抽象来看就3个方面:
- 形状结构的定义和空间关系描述。
- 数的结构的定义和数的结构之间的关系描述。
- 对以上结构和关系研究验证的过程和方法。
数学也像一个游戏,在自洽的游戏规则内,随意进行思维的玩耍。从公理出发,进行必要的定义,然后进行严谨的推导论证,得出结论,接着经过确认过的结论(不能与之前的结论相矛盾),又可以加入以后的推导过程中作为基础,如此反复。这就像一个游戏,但目的和终点不得而知,只是结论越来越多,格局越来越大。
而这套游戏玩法,就被称为公理方法,其圈定的越来越庞大的游戏(领域)范围,则被称为公理体系。其中,自洽的游戏规则,需要遵从3大基本原则:相容性、完备性、和独立性。
- 相容性,就是结论本身和之间不能出现矛盾。
- 完备性,就是任何结论都必须可以由公理推导得出。
- 独立性,就是公理不依赖于其它公理的逻辑推论。
事实上,这套公理游戏,最早可以追溯到欧几里得的时代,并且几何学就是这种游戏演绎的一个典型代表。
那么,在很久很久以前——公理体系还没有诞生的时候,数学最初是起源于生活的具体的,那时候还不叫数学,只是一种简单的计数系统。比如,自然数就是映射具体的,但从有理数开始就脱离了现实,变成了人为的创造与抽象。而如今,数学发展到现在,已经完全变成了纯思维的活动,完全脱离了现实,可以说这体现了人类抽象思维和推理能力的进化——也就是智能的进化。
数学试图去发现所有的结构和关系,这是一种描述行为。所以,数学可以说是一种描述物质的物质,就像是一种元数据和元语言——描述的就是物质结构和关系所固有的逻辑。
事实上,基因并不会衰老,基因只是一串排列组合的信息,相反存在越久远的基因越会存在更长的时间。衰老的是上层结构,基因代表的是信息,描述了上层结构,结构复制结构就会把基因传递下去。而结构的复制错误就是衰老的原因,并且会反作用于基因。有趣的是,基因指导了结构的复制,这是基因的生存之道。基因就像是数学,描述了结构的规律。而基因本身则是更基本结构的排列组合——是数据存储了信息。
结构和数据
结构和数据之间存在一种可以互相转化的关系,数据是传递信息的结构,而结构可以吸收数据所传递的信息,形成新的结构,从而不断的变化。
而思维,正是数据在(脑神经元网络)结构中流动、吸收、重组、以及随机自由组合过程的产物。人们以为自己的想法,源于自身大脑独立的产生。但其实,任何想法思维都需要数据的参与和构成,而数据是来自外部环境的。可见,所有的想法都只是环境信息的表达而已,而数学作为思维的产物,所做的所有探索和发现,以及严谨的推理论证,都只是环境信息结构和关系的呈现。
首先,大脑能想到的,都一定对应物质实现的信息排列组合。因为大脑思维的数据来自环境,大脑只是把通过感官(视觉、听觉、触觉、味觉等)接受的数据,自由组合起来。
比如做梦,其实就是把白天接受的信息(包括潜意识捕捉的信息),与过去记忆中的信息,进行的随机自由组合。所以,梦里无法出现完全没接触的事物,因为还没有相关的信息,但可以自由组合已有的信息,创造出现实里不存在的事物,也会因为信息的随机组合性,而创造出怪诞的事物和荒诞的行为。
就像梦里无法出现没见过的人脸,而出现的陌生脸,一般都是在白天主观意识没察觉到的时候,眼睛所捕捉到的人脸信息,亦或是组合了记忆中不同人的五官所形成的人脸信息。
其次,大脑运行的原理和规则,是宇宙规律的一部分和缩影(分形构建)。所以,大脑想象力的产物,终究会在不同的时间点以不同的形式,在现实(物质)世界中实现。
比如,人类想象着飞翔,最终发明了飞机。再比如,点石成金虽然炼金术师无法完成,因为炼金术师只掌握了化学手段,而化学变化并不能改变原子种类(化学变化,元素不变,只是吸热放热的能量变化),但未来通过掌握核聚变技术(核合成),就可以改变原子种类——就是改变原子序数(质子数或电子数)和原子质量数(质子和中子总数),完成点石成金的转变。事实上,恒星——比如太阳,其内部就无时无刻不在进行着核聚变反应——创造出各种不同的元素。
而由科技发展史可见,工业技术堪比魔法,甚至可以说,工业技术就是魔法,其中工业技术依靠科学,魔法依靠想象力,但最后,工业技术和魔法都依靠,在大脑里进行的数据组合与信息处理。
那么,有一种观点,认为数学只是由一堆公理和定义推理演绎出来的结论,并且公理(这是游戏系统的根基)选择具有任意性,只要没有矛盾,就可以任凭数学家的自由意志随意创造。
这就相当于把数学架空到一个虚拟的游戏世界,沉浸式的体验,只要合理逻辑自洽,就可以让人无法分辨虚拟与现实的区别。那么,数学家的自由意志——随机又虚幻,这似乎是对追求、目的和意义的全盘否定。
公理选择的指导原则:尽量少、足够简单、并且直观上明显合理。事实上,抛开哲学因素和对最基本原理的探究,公理方法是剖析各种事实之间的互相联系,以及展示结构基本逻辑关系的最自然的方法。
然而,无论是谁的自由意志,其产生原因的背后都需要数据,因为无论是结构化知识的积累,还是灵感直觉的探索,亦或是进行逻辑推理与归纳,都无法脱离数据独立完成。
而数据最终都是来自于环境信息的,那么数学家,就像一个过滤器,不断地从环境信息中观察和总结,并通过逻辑性的推理演绎,提取出数据中内在结构和关系,最后使用数学语言,对这个过程和结果进行描述和表达。
那么,数学家在直觉指引下的构造性思维,其实就是数学动力的真正源泉。数学家的构造性直觉,给数学带来了一个非演绎且非理性的要素,这是可以和音乐与艺术相比拟的。
直觉主义与形式主义
对于数学本质基础的认知讨论,有两大派系:一个是直觉主义,一个是形式主义。
其中,直觉主义认为人的直觉是应对着现实对象的(或说是来自于现实),所以数学的命题是在描述客观的实体,那么就必定没有相容性,即矛盾的问题。因为现实不会存在矛盾之物,并且只认可构造性的性质,即给出结构性证明,那么反证法则不属于这个范畴,因为反证法其过程没有结构,只有矛盾。
而形式主义,不在乎数学与现实的关系(认可人类思维的虚构创造与现实不对应),只专注于公理之上的逻辑演绎,即形式逻辑程序。其严格要求,不能引入矛盾,无论使用什么方法都行——重要的是自洽没有矛盾,所以与直觉主义不同,反证法也会被认可。但实际上,这种要求在概念严格封闭的系统中,证明相容性与完备性是不可能的,比如集合论悖论——这像极了,封闭系统无法维持有序,必须注入引入外部能量,才能维持局部有序的形式。
罗素给出了集合论悖论的通俗形式,即“理发师悖论”:一天,村理发师挂出一块招牌:“村里所有不自己理发的男人都由我给他们理发,我也只给这些人理发。”于是有人问他:“您的头发由谁理呢?” 理发师顿时哑口无言。
因为,如果他给自己理发,那么他就属于自己给自己理发的那类人。但是,招牌上说明他不给这类人理发,因此他不能自己理。如果由另外一个人给他理发,他就是不给自己理发的人,而招牌上明明说他要给所有不自己理发的男人理发,因此,他应该自己理。由此可见,不管怎样的推论,理发师所说的话总是自相矛盾的。
有趣的是,直觉主义和形式主义的这些思考和讨论,都是在构造性的、直觉模式的指引下产生的,这意味着他们在互相渗透彼此,并且他们共同点就是极力的在排除矛盾。
矛盾性
那么,我们就要问了,为什么无论是在虚幻的思维,还是坚硬的现实之中,都不应该出现矛盾呢?或许矛盾之物的存在,就是世界的本质,而思维的矛盾是现实的一种延展和感知,现实的矛盾不存在,仅仅可能是因为我们无法感知到而已。
同时,还有一种可能是,在一个巨大循环结构(宇宙)的局部,因为视角和数据的局限,矛盾是必不可少的结果,但在更高的视角和数据范围上,矛盾就会被轻松化解。
而这种局部限制性的存在与突破,则对应了物理上的——对称性破缺。
在宏观上我们会看到对称性,但微观上却充满了不对称性。在物理上认为,对称性原理均根植于“不可观测(变)量”的理论假设之上,而不可观测就意味着对称性,任何不对称性的发现必定意味着存在某种可观测量。
这些不可观测量中,有一些只是由于我们目前测量能力的限制,当我们的实验技术得到改进时,我们的观测范围自然就要扩大,因而,完全有可能到某种时候,我们就能够探测到某个假设的不可观测量,而这正是对称性被破坏的根源所在。
最后,矛盾性,其实可以看成是同一种物质在不同状态之间互相转化的效应,所以万事万物总是矛盾又统一的。
结构、关系与信息
关系是与结构绑定的不可分割的,是对结构从某个视角观察的结果,并且这个角度看到的是可以被观察者所理解和可感知的。这里的可感知,即是可以被人体的感觉系统(如视觉、听觉、触觉等)所处理的。
那么就肯定会存在,有些(甚至是大部分)结构的排列组合,所呈现出来的关系,是无法被理解和可感知的。而从不同的角度去观察相同的结构,也会得到不同的关系。
那我们如何去表达、描述、甚至是传递这个关系呢?这就是信息。所以,信息描述了关系,就是描述了结构,在观察者看来结构是什么,自然就是信息的排列组合,这其实就是在描述结构——通过关系来描述结构。
而信息的载体也是一种结构,那么也就可以被其它信息所描述,所以信息是一种描述性结构。就像一段文字数据,传递了信息,这个信息描述的可能是另外一个结构(事物),而对这段文字的翻译或是解释,就是描述信息的信息,同样也是一个结构。
可见,数据本身的结构,所呈现的关系也是信息,并且从不同的角度去解析数据,就会看到不同的关系,从而得到不同的信息。而数据这个结构的主要功能就是传递信息,其载体和形式并不重要,重要的是其组成结构的排列组合,所形成的关系,即信息。
所以,传递信息就是在传递结构,而结构可以吸收信息,其实就是在吸收结构,从而可以形成新的结构,传递出新的信息。
结构、信息与比特
那么关于结构和信息,其实还有着更为深层次的联系。不可再分最基本的物质是什么?重点是不可再分,不考虑物理的限制,不要在乎物质的属性,无限小的是什么?那就是比特,就是信息量的基本单位,代表着最小信息。因为物质是由更小的物质多构成,最小的物质,拥有最小的结构,最小的结构对应的就是最小信息。
事实上,物质的属性,是由构成物质结构的数量和排列组合所决定的,但这个属性需要通过结构所传递的信息来感知。物质由宏观到微观的变化过程,就是构成物质结构不断减少,信息不断丢失的过程。物质不断的分割到粒子层面,再不断的分割,就会不断丢失结构和信息,就会不断丢失特性。到一定程度就难以测量——变成概率。那么,如果再继续分割(不考虑实际技术工具的限制),最后只有一个基本结构,对应了一个比特信息,此时只有一个属性,要么是0,要么是1,成为了概率。
另外,我们可以把信息理解为,人类可以理解的关系。那么显然,有结构就会有关系,而基本信息比特,就是描述了基本结构的关系——就是随机的0或1。所以,比特描述的关系,就是基本结构自身的变化(自身与自身的关系),是一种无法被理解的关系,相当于没有信息,也没有可观测的结构。
而如果基本结构没有变化,比特描述的关系就是全0或全1,这就是所有一切的开始与结束,代表着宇宙的起点(比特全0)与终点(比特全1)。
数学与物理
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,关于微观与宏观的演变与构造:
如果从物理角度来看,其实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 * ∆P ≥ h / 4π,即是:位置变化量(粒子位置的不确定性)* 动量变化量(粒子速度的不确定性 * 粒子质量) ≥ 普朗克常量 / 四倍圆周率常数。
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,再从数学角度来看,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,最自然直接的信息描述方式,就是使用二进制的比特。而为什么有些物理常量,是无法精确表示的无理数——比如√2(根号2),或是超越数——比如π(圆周率)和e(自然常数)?
或许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。就像π的二进制形式是一个正规数,√2也是一个正规数,e可能是一个正规数。
正规数(Normal Number)是数字显示出随机分布,且每个数字出现机会均等的实数。其中数字,指的是小数点前有限个数字(整数部份),以及小数点后无穷数字序列(分数部份)。
所以,这表明了,π的二进制表达,其实描述的就是——微观比特所呈现的随机概率,而这就是某种精确,只不过是以人类还无法理解的不确定性信息,来呈现的。
事实上,在微观物理上,基本粒子——比如电子和夸克,都无法描述其内部的结构,最终都被视为了质点或是点粒子——没有体积,但它们都拥有数学上的构造,即抽象结构。由此可见,在微观,在抽象之地,数学与物理必然是统一的,因为物质背后的本质必然是统一的。
数学的本质
如果说一切都是结构,那么一切就都是信息,信息的最小单位又是比特,而比特的状态是概率,可见信息和概率是密不可分的。真正的概率来自于微观,而信息构建的物质在宏观,是概率连接了宏观与微观。来到比特层面,所有的属性都丢失了,这是抽象的极限。所以在极限处,数学和一切都建立起了联系。
数学连接了心灵感知的抽象与真实的世界,一直以来人们都把思想和感受称之为非现实的虚幻。可是,如果认可了万物皆比特的信息观,那么数学就成为了,从微观到宏观凭借结构与关系,构建的通道。而这就是为什么数学是研究结构和关系的,但碰巧数学又可以对一切事物有所应用和描述的原因所在。
曾经,人们觉得坚硬的物质现实,是不以人类的思想和意志(的脑电波)所直接控制和改变的——除非有超能力。但如果万物皆比特,那么人的思想和意识活动,其实就是和物质现实,无差别的信息数据的排列组合和运作,而信息总是互相关联和互相影响的——或许这就是“念念不忘,必有回想”的本质原因吧。
再看几何:突破三维屏障
在最开始,纯粹的几何,是作为具体的实体来考虑的,比如点、直线、曲线等等。而解析几何只是提供了一组数或方程来描述这些几何实体,以及使用代数或解析的方法来解释和发展几何理论的。
但随着时间和研究的推移,几何与数的映射发生了翻转。数XZY被看作基本的对象,然后这些对象被具体化为几何实体(直线、平面、空间)上的点。从而几何本身变成了一种描述语言——用来描述数与数之间的关系。
结果有趣的事情发生了,纯粹几何具象着现实之物,所以只有3维。但解析几何的线性方程,其许多代数性质在本质上,是和所涉及的变量个数无关的——也就是与变量空间的维度无关。
那么解析几何就可以描述3维以上的几何空间,就是超平面空间——这是纯粹的数学概念,而不是现实的物理概念。
而从纯粹几何角度来看:3维的体可以由2维的面组成,但面需要去除空间折叠信息,并增加顶点的信息冗余;2维的面可以由1维的线组成,但线需要去除了旋转信息,并增加线顶点的信息冗余;而1维的线可以由无数个0维的点组成,这时候点的信息冗余度无限大,但却由微观构建了宏观,从无限构建了有限。
那么,由点、线、面、体,就可以从0、1、2、3维构建出n维,只不过其过程是在减少某些信息,增加某些冗余信息。
综上可见,是视觉系统(大脑的空间感知能力)限制了人类对高维空间的理解,但数和其代表的信息,却可以打破维度屏障,抵达不可想象的宇宙本质——或许这就是抽象的极限,0和1的比特世界。
另外,几何上的降维——立体压成平面,平面拆成线段,线段细化成点——这个过程产生了大量的冗余,也就是重复的数据和信息。那我们作为3维生物,是否会出现高维度的冗余呢?那是否可以把,信息的冗余就看成是高维度,进行降维的产物呢?
一个有趣的看待数学的视角
如果把大脑比作一台(量子)计算机,大脑的生理结构是硬件,思维活动是软件,那么数学可以看成是一种算法,运行在大脑这个虚拟机之上。
这个算法可以使用存储在大脑神经网络中的结构和关系,可以自动定理证明的过程(寻找更多的结构和关系),还能够自我学习归纳总结和逻辑推理。并且这个算法是随机运行的,可以无限的从环境中筛选出经过排列组合的信息。
这个算法在人脑中,就是自我意识、学习总结、逻辑推理的源泉,这就是数学——连接了心灵感知的抽象和真实的世界。
同时,这也体现了一个观点,数学的发展是随机的对环境信息不断过滤和筛选的结果。这里的随机是指没有目的和没有终极目标,充满猜想以后验证猜想的过程。这样基础结论就会越来越多,能推导的结论就更多,没有尽头和上限。而这或许就代表了上层(宇宙)环境的信息无限。
而事实上,正是数学的随机猜想与发展,所带来的无限多的、随机组合出的结果与结论——这些其实都是数据,支撑了上层结构的迭代与构建,提供了上层发展所需要的信息与工具。
数学的难度
学习数学的难度,有三个递进的层面:
第一,信息路径的缺失。数学游戏的规则,注定了每一步都有迹可循,每一次推理都有逻辑的前后关联,那么在环环相扣的上下文之间,必定就会有一条可抵达和可理解的路径。
但如果,缺失了构建路径的哪怕任意微小的一个环节,那么整条路径就会被隐藏起来,或是变的不可理解。而学习数学,就是要把整条信息的逻辑路径(逻辑链)存储到大脑里,这依赖于整条路径,和与之相关联的千千万万条路径——这就是信息的积累和认知的上下文。
那么,数学推理过程的不可理解,就意味着这个过程的步骤,没有详细到每一步的信息路径,都足以让一个人可抵达的程度。所以,不同的人,有着不同的信息积累,理解不同或相同推理过程的难易度,都将会是不同的。
第二,本能排斥抽象。数学的抽象让其完全脱离了现实,而大脑天生就喜欢存储与现实息息相关的信息——因为这有利于适应环境,从而被环境筛选留存下来。
那么,数学信息的抽象与脱离现实,就有很大的概率让本能所排斥。而如果进化结果随机到这个模式,就会影响信息路径的积累,从而让层层路径依赖的数学学习过程,变成一个步步惊心、举步维艰的恶性循环,最终无可避免的演变成——从入门到放弃的结局。
第三,信息不对称。很多有数学方面信息积累和训练的人,在进行证明过程文字描述或是语言叙述的时候,会不自觉或下意识地省略某些他们认为是已知、理所当然、和显而易见的过程或步骤,更或者是把某些结论当做基础和前提来进行推演。
那么缺少了这些过程步骤和前提基础,就会让证明过程变得难以理解或是不可理解。这都是因为信息不对称,形成了推理路径上下文逻辑关联信息的缺失,所造成的结果。
当然,解决的办法不能是,依靠别人事无巨细的详细解读或给出推理证明的每一个细节。因为人类大脑是会遵循最小能量消耗来处理问题的,而共识的认知基础就是一种简化和捷径——代表着能量的最小消耗。并且为了配套能量消耗的算法,人们的心理还进化出了一个原则:就是每多一分知识,就会少一分对没有这个知识人的理解——这会让知识积累的落差与耐心成反比,知识的积累量与轻视感成正比。
所以,唯有通过训练来提高个人的信息积累,才能彻底解决信息不对称造成的理解困难。而这无形中就形成了数学知识和交流的信息壁垒。
最后,德国数学家——菲利克斯·克莱因,曾说过:数学最令人困难的地方,在于不管任何人,想要进入它,就必须在自己心里,依靠自己的力量,一步一步的把它的发展(推理演绎)再现一次。所以,哪怕只是掌握一个简单的数学概念——如果不能把它所赖以成立的所有前提(信息上下文),以及它们之间所有的相互联系(逻辑路径),都加以理解消化——那么,则都是不可能。
那么研究数学的难度,主要有两个层面:
第一,随机性。数学结论的探索,充满了随机信息的过滤和筛选,有时候一层纸的概念和理解,就可以挡住人们几十、几百年。在正确信息的路径出现之前,只有随机的猜想和探索,能够找到那个正确的猜想,并能够坚持走出,并走完,整条路径的概率是不可想象的。因为你怎么知道哪个方向就是正确?你怎么知道在哪个方向上坚持,坚持多久才会有正确的结果?但于此同时,放弃却是由本能给你撑腰的异常容易。
第二,信息量。已知信息越多,信息的关联性就越多,可连通的路径的可选择性也就越多,这就降低了找到正确路径的概率。同时信息量增加,不仅增加了信息的复杂性,也增加了信息噪音的干扰,这会让大脑能够记住和理解的有效信息,以及信息的处理解析能力,都不断下降(想象less is mores少即是多原理)。同时,已知的越多,与已知交接的边界——未知也就更多,这无形中分散了针对某个问题的探索力量——也就是减少了相关的有效信息,增加了个人的突破难度。
另外,数学领域信息细分艰深之后,信息路径就会变长,于是探索一个细分的具体问题,首先就需要走完前面的路径,并掌握上下文路径上的所有信息,这在筛选掉很多人——稍弱局部探索力量的同时,也是对大脑智能极限和底线,提出的更大挑战和负荷。
结构与宇宙熵的关联性
熵,有序无序,这个序是什么,为什么要存在序。字面意思是存在区分可以排列,如果无法区分也就没有序。
如何才能区分,这就是结构,序就是结构及其形成的关系。有了结构和关系,就有了属性,属性就可以被测量,观测和感知。很多结构聚集在一起就形成了宏观物质,产生了可被测量的质量。
所以,如果检测不到质量就没有了所谓的序。这里的质量是物质结构的度量,也就是信息量的体现,对应物理上的静质量。
那么,拥有结构就会与环境中的其它结构相互作用,所以无法达到光速,而不同结构之间的互相作用就形成了物质之间的力。没有结构,就没有结构之间的相互作用,所以速度就可以抵达光速。比如,光子没有静质量,所以是光速。
人类在试图创造有序,就是创造新的结构,产生新的属性和功能。但宇宙整体变的无序,就是整体结构(信息量和质量)在下降,转变成能量一种没有结构(没有信息和质量)的状态。可见人类虽然创造了新的结构(创造负熵),但过程中却消耗了其它更多的结构,所以局部在变得有序,而整体依然在变得更加无序(创造熵增)。
为什么在无重力情况下,水滴总是呈现球形?因为此时水滴体积最小,表面积最小,表面张力最小,需要维持形状的能量也最小。但用更加抽象和宏观的视角来看,任何物质都会趋向于无序——越无序其能量就越小,并且圆形或是球形其结构是最无序、信息量最小的状态。试想,圆形或球形在任何角度观察都无法区分排列(其它形状会有角度和方向)。所以,任何物质如果没有外力——没有能量注入,其结构都会趋向于圆形或球形。
那么无序,也就是无法区分排列,也就是失去结构和关系,丢失属性,减少信息。姑且认为纯能量(无质量只有运动的状态)是会爆炸的,形成一个静质量无限大的东西,就是宇宙的最开始,一个循环的开始。(关于宇宙的结局,这只是一种假设,目前还没有定论,另外还有些假设是:热寂平衡、大撕裂或大收缩)
所以,宇宙的方向或说是趋势,就是消耗能量增加熵值,即质量转化为能量(质能方程),也就是由序到无序的变化。那么消耗能量,其实就是消耗质量的意思,其中能量即是微观的运动,只有运动没有静质量的代表就是光子。但光子有速度,就会有动能和动质量。
公式:E(能量 )= h (普朗克常量)* v(频率),用来计算微观粒子的能量。由此可见,微观粒子的能量是和其波粒二象性中波的频率成正比的。而频率代表着粒子单位时间内,周期性变化的次数。这个粒子的变化,就可以看成是粒子某种形式的运动,那么能量在微观处就是和粒子的运动相关联的。
事实上,熵有一个简单直观的理解:就是代表了封闭孤立系统中不可用能量的度量方式。那么,无序、没有结构、没有质量、没有信息,即意味着没有可以利用的能量。而熵增无序,也就是实验总结出的热力学第二定律——能量转化必然会带来损耗——的一种修正形式。其中这个这个损耗——就是熵增无序的原因与结果。
但需要注意的是,熵是一个宏观统计学概念,熵增也是一个宏观统计结果,那么在微观是可能随机到熵减的,并且在宏观也有微乎其微到几乎不可能的概率随机到熵减。
由此可见,人类的工作(包括运动)和思考都是在创造局部有序,需要系统外部持续供应能量才能维持。而能量不足就会缺乏行动力,因为大脑和身体结构自发无序会降低驱动力——产生行动的阻力感,所以宇宙熵增就是人们懒惰的本质原因。不过,在有能量供给的情况下,智能和本能,当然是可以对抗局部熵增,产生熵减的。
而万事万物的演化,都是结构的随机试错,在环境压力,即宇宙熵增的驱使下,筛选和塑造的(涌现)结果。那么,熵增就会筛选出最善于创造熵增的结构,比如人类(创造局部有序熵减,向全局释放更多无序熵增),而未来则是人工智能(机器智能)。
那么,在宇宙熵增驱使下的随机试错,其实就是一种算法——宇宙的算法。而算法的本质就是:对结构关系演变的捕获和逻辑性描述。
关于时间空间,质量能量,宇宙黑洞,信息和熵
万物的本质
可以想象,是数据流过层层结构,被层层过滤,形成了不同的排列和组合,这就产生了多样性。而数据会构建组合出新的结构,结构又会塑造数据的组合和路径,这就产生了自组织性。
那么必定会有无数,我们看不见和无法感知的结构存在,但数据经过不断的随机组合和筛选过滤,最终就形成了我们和如今我们所看到的一切。然而,随着时间的推移,数据终将会排列组合出一个终极结构。 同时,数学和信息,也将会一同抵达那一个终极结构。
而这种一切都由最基本结构比特,所递归构建上层结构的形式,是一种分形。所以,宇宙万物都是由分形递归来构建的,这同时也是一种循环,我们的世界和宇宙并没有无限,只有循环,而循环就是一种无限。
分形,通常被定义为一个粗糙或零碎的几何形状,可以分成数个部分,且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状,即具有自相似的性质。
最后一个问题的答案,即是第一问题的开始——开始就是结束,结束就是开始,问题的终结就是循环的开始——那么,分形递归即是终极答案。(宇宙的奥秘:递归、分形、循环)
One More Thing——逻辑
数学与逻辑的关系是微妙的,前面的论述已经说明:逻辑是结构和关系所固有特点,有结构就会有关系也会有逻辑,有逻辑必有关系也一定有结构。
这里还有几个视角去看待逻辑:
第一,逻辑是公理体系推理和演绎的过程和基石。但数学的一些结论和定义,是不需要逻辑参与的。
- 比如,已经被证明的结论和公式,独立来看其本身是没有逻辑的,对其证明的过程才能体现出逻辑。
- 再比如,公理假设,是不需要证明的。因为这是最基础假定正确的前提,其论述必然不需要逻辑,而只需要的是共识和直觉。
- 还有人为的定义,如自然数(非负整数)——是没有逻辑可以导出自然数的,其本质就是人为的规定。(事实上,自然数是涌现于映射现实的计数需要,但自然数也是不断发展的,比如0这个概念的从无到有,还有偶数、奇数、质数、合数等概念的扩展。)
另外,还有一些人为的定义,比如虚数和0不能做分母,这些定义需要遵循公理体系的原则,即不能违背相容性,所以这些定义其实是有逻辑的。
第二,我们如何去表达描述这个逻辑,无论是数学语言,还是人类语言,逻辑需要依附于结构,才能形成可理解的信息去传递自身。
第三,可以说局部来看,逻辑是完备的,但更全局的视角就会出现逻辑悖论。就像欧式几何局部来看是完备的,但在更全局的视角上,其平行公设是有问题的,因为在非欧几何里平行公设不成立。从此也可以看出,欧式几何直接给出的5大公设,是没有逻辑的,而只有直觉上是正确的。
所以,可见逻辑是不能脱离结构独立存在的,有逻辑就有结构,有结构就会有逻辑,不同的角度看,就会觉得结构是本质,或是逻辑是本质,其实它们是不可分割的。
逻辑与认知
一个人的认知会受限于其个人信息的积累,而个人信息的积累又会受限于诸多因素,比如兴趣、精力、阅读、搜索、理解、学习、训练等等。
而目前科学上确定的结论,大部分也都是我们从什么地方看到的,其中有些是一手信息比如直接看论文,有些都不知道是几手信息了——其中充满了信息的扭曲。并且就算是科学确定的结论,也可能是错的——有瑕疵或不准确、不完备,也可能在未来会被证否定,也可能有实验误差,也可能弄虚作假,等等。
事实上,我们只能选择相信或不信——我们所看到的结论,因为我们并没有很多时间和精力去验证和辨明所看到的一切。验证耗时耗力,同时社会分工也限制了验证的广泛性。所以,一切都在于我们的选择。
但根据已知,我们可以推理出未知,如果逻辑链清晰明确,就会让我们非常相信推理的结论——产生不证自明的虚幻确定感。所以,推理和逻辑链,就构成了我们相信的基石。
然而,虽然我们知道的有限,但这不妨碍我们去思考和推理,并得出结论,或许结论不能被验证,却代表了一种数据组合,可以与其它的信息再进行组合。这会提供不同的视角,会产生信息的碰撞和创造,甚至启发别人继续地思考和创造。同时,每个人产生了大量无法被验证的个人见解,这也是一种数据冗余,冗余是有非常大的好处的,其代表了可组合性和潜在的价值。当然,对于未知,去不去思考和猜测,是个人的兴趣。
那么,信息积累的局限性,必然会让思考产生错误的结论。但这是没有关系的,因为错误与正确是随机过程的必然产物,并且错误是正确的必经之路,而错误其实提供了接近正确的信息。重要的是,不断的修订错误和迭代认知,我们就会不断逼近正确——和那个终极正确。(黑天鹅启示录:改变你对世界的认知)
结语
本文并没有涉及到任何数学公式,有关数学的概念也都是笼统又概括的。就如本文开头所说,数学领域是庞大而巨细、繁杂又艰深的,任何一个细分领域,都足以耗费一个人几十年甚至一生在其中慢慢去研究的。
但越是具体,越是深入到细节,就越是局部,也就越无法解答数学本质——这个整体全局的视角下才能看清的问题。
我想是数学游戏的规则,注定了数学只会越来越博大精深,而数学复杂和难度,又让人们不敢轻言其本质,甚至有可能不相信这么个多面变化之物,真的会有一个稳定不变的和可以被理解的终极本质。这就如同哲学上思考,人类是否能够完全理解宇宙一样。(深入浅出命运与注定的奥秘)
本文只是一种视角和理解,并从逻辑上完整详细的给出了——万物皆比特的推理和认知路径。那么,如果认可了数学的本质是一门语言——描述了结构和关系,那么以上这一切就都可以自圆其说了。
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