黎曼几何与广义相对论:偶然邂逅还是必然相遇
数学是什么?在一组简单的公理之上,利用人为选定的规则所建构的理论体系。虽然数学与科学密切相关,并且数学研究中也应用到了一些与科学研究相似的方法,但是数学并不能理解成是科学的一个门类。科学通过逆向工程探究世界机理——通过观察现象,不断探索世界规则;数学则根据选择的规则,发现有趣的结论。我觉得来自TheMath Forum的Ian博士总结的很好“Science is the pursuit of the correctdescription of this particular world; whereas math is the pursuitof interesting descriptions of possible worlds. Whereas scientifictheories are right or wrong, mathematical 'theories' are merelyinteresting or uninteresting. ”我们知道科学研究并无明确的实用目的。科学研究只是为了更加深刻的理解我们所在的世界,在于满足人类求知的欲望。当然,了解世界的规律,往往会帮助人类解决现实的问题,或者帮助人类按照自己的意图或多或少的改造世界。但是,科学研究本身并非有任何功利性的目的。科学与哲学一样,源自对真理的热爱。
那么数学呢?在一个数学家自己选择的规则所构建的世界中,探索有意思的发现?这件事的意义,甚至都不能解释为对真理的热爱。就像体育探索人类体能的极限一样,数学像是探索人类智慧极限的游戏。费马大定理、哥德巴赫猜想等数学谜题吸引人类智商最高的精英,几百年孜孜以求。这有何意义?我长期对此感到困惑。
直到,我了解到了黎曼几何与广义相对论的故事,使我对此问题有了更深的理解。
欧氏几何是一套完善的体系,牛顿力学以此为重要的数学基础。欧氏几何中有一条公理:“过直线外一点,有且只有一条直线与此直线不相交”。而黎曼几何则试图突破了这条公理,将公理确定为“过一条直线,有多条直线与此直线不相交”,或者“过直线外一点,没有任何其他直线与此直线不相交”。黎曼选择了与欧几里得不同的规则,定义了与欧式几何不同的另一个世界(欧氏几何的世界是黎曼几何世界的一个特例),并基于这些规则推出了自己的几何体系。通过这种扩展将平面空间的几何(欧氏几何)推广到了更一般的曲面空间的几何(黎曼几何)。黎曼在1854年创立里面几何,当时完全看不出这套几何有何现实意义。
而1915年爱因斯坦在创造广义相对论时,提出一个天才般的假想:认为牛顿提出的所谓”万有引力“其实与惯性力相同,我们感受到的万有引力,其实是惯性力在扭曲空间中的表现。爱因斯坦如果要深入的研究并验证自己广义相对论的假想,必须使用一套数学工具——研究曲面空间中惯性力的规律。而这时,黎曼几何为爱因斯坦提供了支持。
巧合吗?数学与物理的神奇邂逅?或者是在“大一统”信仰的指导下,殊途同归的必然相遇?我更相信后者。
如果说数学的价值观在于发现“有趣”的结论,那么到底什么是“有趣”?“大一统”?或者“简单”?数学和科学中美学和神学隐约闪现。
更多阅读
认识郑曼青之廿一郑曼青与史密斯师徒对话 郑曼青太极拳
郑曼青与史密斯师徒对话史密斯先生,美国人,为西方世界中著名的武术家之一。先后曾着有十本有关各种武术的书籍。一九五九年起改随郑曼青大师学习太极拳,自此以后勤练此拳并教授此拳至今。他认为太极拳带给他一个谦和的自我及健康的体
欧氏几何罗氏几何黎曼几何 罗氏几何 黎曼几何
欧氏几何、罗氏几何、黎曼几何是三种各有区别的几何。后两种几何就称为非欧几何。三种几何各自所有的命题都构成了一个严密的公理体系,各公理之间满足和谐性、完备性和独立性。因此这三种几何都是正确的。欧氏几何与非欧几何最显著的
爱因斯坦的广义相对论推翻了牛顿力学吗? 广义相对论 量子力学
爱因斯坦的广义相对论推翻了牛顿力学吗?——自然科学的外行看力学(读书随笔)牛湘坤我曾听别人说爱因斯坦推翻了牛顿力学,但由于自己没有专门学习过自然科学知识,对巨人的科学理论料想也看不懂,故此也没在意。然而在阅读了李小兵主编的
转载 高一学年期末议论文阅读与写作训练:《拿来主义》等
原文地址:高一学年期末议论文阅读与写作训练:《拿来主义》等作者:吴泓工作室《在马克思墓前的讲话》讲解与训练1.请用简明的语言,概括这篇文章的内容。作者精辟阐述了马克思在揭示社会发展规律和领导共产主义运动方面的巨大贡献,热情地
2013,民生与法制 来源:河北法制网 株洲法制民生频道
2013,民生与法制 来源:河北法制网2013年已成为历史,我省法制发展领域也结出了令人欣喜的硕果,现特将2013年我省颁布施行的关乎民生的重要法规规章进行归纳,以期传播法制观念,增强群众法律意识,营造良好法治环境。2月公交优先鼓励绿色出行