专栏名称: 宇宙解码
宇宙起源,黑洞,虫洞,多维空间,相对论,量子力学,地外文明,迷失古迹,不解之谜,科技前沿。
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数学,才代表人类的智慧!

宇宙解码  · 公众号  · 科学  · 2024-10-28 19:05

主要观点总结

本文讲述了人类智慧的发展,特别是数学的发展。人类通过创造数字、单位元、自然数、分数等,打开了智慧的大门。文章详细阐述了数的起源、发展以及数学在现实世界中的应用,包括有理数、无理数、实数、虚数等概念,以及无穷大基数的理论。同时,文章也探讨了数学与物理世界的联系,以及数学在解构世界中的作用。

关键观点总结

关键观点1: 人类智慧的发展

人类通过创造数字,如“1”,打开了智慧的大门。数的发展是人类智慧的体现,每一次数的创造都是智慧文明发展到一定程度的结果。

关键观点2: 数的种类与概念

文章详细阐述了自然数、分数、有理数、无理数、实数、虚数等数的概念及其发展。同时,介绍了虚数单位“i”的意义及其在物理中的应用。

关键观点3: 无穷大基数的理论

文章介绍了无穷大基数阿列夫的理论,包括不同基数的无穷大之间的关系,以及其在数学和物理世界中的应用。

关键观点4: 数学与物理世界的联系

文章探讨了数学与物理世界的紧密联系,包括二维平面上的点坐标和数轴上的点一一对应的关系,以及无穷大基数理论与现实物理世界的对应关系。

关键观点5: 数学的作用

文章最后强调了数学在解构世界中的作用,以及数学作为人类智慧之光的地位。同时,提到了真实的物理世界是既没有无穷大,也没有无穷小的观点。


正文

人类,在万物生灵中,之所以与众不同,独一档的智慧存在,不是因为有语言,动物基本上都有,都会叫唤;不是因为会使用工具,乌鸦、猴子也会用工具;也不是因为作图会做标记,动物都会做,“蛇有蛇道,鼠有鼠道”,狗都会撒尿当地标。 那么是因为什么呢? 是数,人类会数数,会算数,创造了数学!

人类在结绳记事之前,都是未开智的动物而已。人类有了结绳记事,创造了数字“1”,就打开了大自然的大门,自此一生二、二生三,诞生了一个又一个的自然数,同时又因为分配问题,又创造了分数,制定了进位规则。这就是智慧,智人的开端。

数的单位元1

自然数的单位是“1”,严格说分数也是自然数的变种,只不过其单位是分子为“1”的分数,也是数个数的一种方法,如“2”个“1/3”、“5”个“1/7”等等,有多少猎获,一个东西怎么分,这不需要智慧吗?分母就是进位制、进位规则,人类自此走上了推演之路,有了加法法则,文字源于作图,加上数字四则运算,文明程度越来越高级了。

人类面对空虚无不知所措,进入数字运算上千年了,依然懵懂茫然,也许突然间灵光一闪,就创造了数字“0”,用来表达空、无。“0”,不是由“1”自然产生的,跟自然数“0”关系。“1”和“0”,都是人造数,“1”比“0”早生千年而已。没有大智慧,也不会创造“0”,人类文明会被严重卡壳。新数“0”,在“1”创四则运算规则之内,做分母,将破坏整个运算体系,出现“0”=“1”这类BUG,怎么办?智者于是增加一条规则:“0”不能做分母,这样“0”就正式加入数系,其乐融融!人类每一次数的创造,都是智慧文明发展到了一定程度,倒逼出来的。

人类有了“0”,负数的出现,就完全挡不住了。人类创建的加法规则、1、0,就是公理,减法、乘法、除法,都是加法的推演。由此自然数、0、负数,构成整数,分数、整数构成有理数。有理数都是一个一个离散的数,是人类因为数数之需而创生推演出来的,从这个意义上来说,有理数是“可数”的。

在有理数这个数系上,人类建立了数学,发展了逻辑推理,诞生了科学。随着智慧的累积,文明的提升,也遇到了新的数的困惑。

毕达哥拉斯定理的发现,单位正方形的对角线长√2,无法用有理数来表达,其值算不尽,无限不循环,被视为恶魔之数,被禁言,甚至还有人因言它而获罪,付出了生命。

发现的第一个无理数

人类在处理最完美图形圆的周长时,发现了“π”,也是算不尽,无限不循环。人类不面对这些无厘头的数,看来也不行。人类必须正视它,此类数被命名为无理数,虽然很无理,但我们不逃避,把数系从有理数,扩充了无理数。有理数、无理数统称为实数,实数系建立。

π的发现

加减乘除、开方指数对数,公理、规则、定理、推论,代数、几何蓬勃发展,生机盎然,好像人类面对世界上的一切,都是可算的。但是,人类在解一元三次方程时,遇到了算术规则之下,负数开平方必须继续进行的问题,怎么办呢?甭管他有没有意义,依据规则,坚持书写,坚持运算。实在嫌麻烦,就创造“i”字母来代表(√-1),节约书写时间。大家觉得他没有什么意义,那就叫它“虚数”,“i”为虚数单位,对比照已经很有意义的“实数”。虚虚实实、实实虚虚,有理、无理,数学也真好玩。

i的标准定义

此时的人类已经很聪明了,把玩数学,自有高手,发现虚数单位“i”很有意义,可以表示物理现实中的旋转!这一下虚数不“虚”了,智慧又一次升级。实数、虚数,各自代表一个世界,实平面扩展为复平面,揭开了更加精彩的世界。

i的常用定义

伟大的欧拉,发现了又一个无理数“e”,

e的定义

籍此推导出了宇宙最美的式子,把1、0、π、e、i、+、=,组合成一个恒等式!假如有上帝,上帝都会赞美人类有如此的智慧,发现了这么绝美的等式,这真是人类智力的一个高峰啊!

最美的恒等式

人类现在拥有了实数和虚数,实数、虚数构成复数。

完整的数系

代数方程基本原理横空而出,整系数N次方程的根有N个复数根!能做代数方程根的数为代数数,不能做代数方程根的数为超越数。代数数可以是虚数、有理数、无理数;超越数一定是无理数,比如目前发现的超越数“e”和“π”,就是其中之二。现在无理数可分为代数数无理数和超越数。

关于数,现在还有迷糊的地方,在实数轴上,就两类数:有理数和无理数。有理数是离散的,那么数轴上剩下的无理数,就应该是连续的吧?两个有理数之间,有无限多个实数;两个无理数间也有无限多少个实数。

大数学家戴德金告诉我们,在实数轴上砍一刀,砍下来的数轴断面上的是有理数,因为有理数离散有限,才砍得断而留在断面; 而无理数无限不循环,怎么砍也砍不断,因此无理数是连续的。 这能理解吗?

戴德金分割

测度论开山鼻祖勒贝格说,有理数是一个个离散的点,点没有大小长度面积体积,在数轴上所占位置的测度为零,即全体有理数加起来所占位置测度也为零!

有理数测度为零

也就是说,实数轴上布满的几乎全是无理数,全体无理数加起来的测度,就是数轴的长度!惊奇不惊奇?数轴上100%是无理数,有理数占比0%,这真是太违反普通人的常识了。

无穷大一一对应无穷大

有理数无限离散、可数,无理数无限连续不可数,实数无限不可数,这又导出来无穷大问题。康托尔告诉我们,有理数中全体都可以和自然数一一对应,即无穷个有理数和无穷个自然数可以一对一,一个不漏!而有理数却和无理数无法一对一,无理数比有理数多得多!

一一对应

即无理数的无穷大相比有理数的无穷大是更高阶的无穷大,两者的无穷大不在一档!代数数是可数的,无穷大同有理数;超越数是不可数的 ,无穷大同无理数;超越数比代数数要多得多!







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