你有没有过这种感觉?小时候对着数学题皱眉,满卷子的公式、数字,总觉得只跟考试有关。直到后来慢慢知道,星辰运转、星系碰撞,甚至还没被看见的事物,居然能被这些看似枯燥的符号装下,这大概是人类认识世界时,最让人惊叹的事之一。
说数学能描述宇宙,不是空泛的夸赞,每一个例子,都带着实打实的证据。早在古希腊,日食和月食的时间,天文学家就靠着数学算出来了。不用等天空出现异象,某天太阳会被遮住这件事,就能提前告诉大家。后来开普勒更厉害,前人留下的海量天体数据,他对着算了无数遍,终于发现行星绕太阳转的轨道不是正圆,而是椭圆。行星亿万年稳定运行的身份证号,是那个叫偏心率的数字0.0934,它不是随便凑出来的,天体运行最核心的规律,也寓于其中。
再往后,数学的预言力更惊人。天上行星的运动和地上苹果落地的道理,牛顿写下万有引力公式,一下子就串到了一起,麦克斯韦对着一组方程推导,说宇宙里一定有电磁波,当时没人见过,可多年后,他的判断,无线电、手机信号都印证了,爱因斯坦的场方程刚出来时,很多人觉得抽象,直到后来黑洞被拍到、引力波被探测到,才知道宇宙的引力秘密,那组公式早写透了。连反物质,也是狄拉克从方程里算出来的,不是先看到再总结,是数学先说了答案,宇宙才慢慢揭开。
可越深想越好奇,宇宙又没有脑子,为啥偏偏要跟着数学规律走?不同人想出来的答案,倒也各有道理。
有个叫泰格马克的科学家,想法特别大胆,他说宇宙本身就是个数学结构,我们看到的星星、摸到的石头,本质上都是数学对象的表现形式,像电脑里的画面一样,看着是图像,背后其实是一串代码。伽利略,几百年前就说过,宇宙是本用数学写的书,不看懂数学符号,就只能对着这本书发呆。在他眼里,数学规律不是人类编的,是早就存在的宇宙说明书,我们做的,只是一页页翻开它、读懂它。
也有不少人觉得没这么玄,他们觉得数学就是人类的工具。我们用尺子量长度、用秤称重量,我们跟宇宙对话的语言,就是数学,只是这套语言太精准了,宇宙的下一步动作,精准到能提前预判。这种想法很实在,不用纠结宇宙是不是数学做的,反正有了数学,我们就能把宇宙的规律摸得更透。
还有人注意到一个细节,宇宙里的基本物理常数特别讲究。比如那个叫ε的常数,大概是0.007,精细结构常数,其值约为1/137,要是这个数字再大一点,恒星里就没法形成碳元素,再小一点,恒星又会早早熄灭,没有碳,就没有生命,更不会有我们来研究数学。所以有人觉得,这些常数像是被调好的,而这些调好的参数,数学就是把它们写成规律的方式。
不过我们也别把这件事想得太浪漫,那些看着简单的公式,背后的复杂,连科学家都要花一辈子去琢磨。
比如大家都知道的E=mc²,就几个字母加符号,念起来都顺口,可它不是凭空来的。爱因斯坦为了得出这个公式,搭建了一整套狭义相对论的框架,里面要考虑时间、空间的相对性,要打破我们平时对速度的认知,这公式只是整个理论的浓缩版,就像一颗糖,看着小,甘蔗的甜、熬煮的功夫,都在里面。
现在最厉害的两个物理理论,广义相对论和量子力学,一个能解释星星、星系这些大东西的运动,一个能解释原子、粒子这些小东西的规律,可它们的数学框架,就是合不到一起。科学家们想了很多办法,弦理论就是其中一个,它说宇宙不只是我们看到的三维空间,还有额外的七个维度,在极小的尺度里,想用这种十维时空的数学结构,把四大基本力统一起来。可到现在,弦理论里还有好多数学问题没解决,到底对不对,还得慢慢验证。
除此之外,还有些问题,数学暂时还管不了。比如意识是什么,为什么我们能思考宇宙和数学这件事,还有量子世界里的测量难题,为什么一观测,粒子的状态就变了。这些问题,不是靠算公式就能找到答案的。
说真的,想到数学能把浩瀚的宇宙装进公式里,还是会忍不住感叹。这既说明宇宙本身就有一套清晰的秩序,也证明人类的理性有多厉害,我们能靠着纸笔推导,一步步摸清宇宙的脾气。
但也不用把数学捧成终极真理。它确实是现在我们能找到的、最靠谱的宇宙解读工具,可工具终究是工具,说不定未来某天,我们会发现,现在的公式只是更宏大规律的一部分,就像当年我们以为地球是中心,后来才知道它只是太阳系里的一颗行星。
些问题,早就超出了数学和科学的范围。比如宇宙为什么会存在,为什么它刚好能被数学描述,为什么我们能理解这些规律,这些问题,没人能给出标准答案,只能靠我们慢慢思考、慢慢讨论。
其实每次想到这些,我都觉得特别惊奇。一边要敬畏宇宙的宏大,知道我们还有很多不懂的,一边也要赞叹人类的智慧,知道我们能一点点靠近真相。不知道你有没有过类似的想法?看到那些描述宇宙的数学公式时,你会觉得那是我们发现的规律,还是发明的工具?