求教一个数学问题

现在回到人的例子,因为数还比较小,相对也简单一些。


让人数得更快一些,那么0.1秒能数一个数吗?似乎不能,所以就是快慢也是有限的。


现在假定这个人做事很慢,比如一个一年只能数一个数;
从出生开始,100岁就意味着数100个数(不计较边界问题)。


那么100就是他按照这种方式数数的能力,是上限。


有了上限,那么下限呢?把人从这个模型中抽象掉。
并把它称之为计数器。去掉人这个约束之后,就剩下100为上限的计数能力。
这个能力意味着什么?


这个能力意味着,意味着这个计数器,作为观察者而言,它能够把一个单位分成最小的单位,
能够分成最小单位的份数,也不能超越100这个值。


换句话说,他除了认识1到100之内的数之外,不认识别的东西,而在这个范围内,能够
达到的最小即实现,就是1/100,也就是一百分之一。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:10:00 +0800 CST  
这个可能不是那么直观。
但是考虑一下,你手上有1,2,3一直到100,你要把它们细分为更小的存在,那么你是选择100分成更小的,还是选择1分成更小的,哪个更小?显然选择1,分成100份更小。


但是你也许会问,1既然是单位了,怎么还有更小的?这又是一个分支:我们知道1米是单位,但是仍然存在1毫米,这也是一种对于单位的理解:这个单位是浮动的,或者说,你说它是多少即是多少,是你决定的。而这种单位其实就是实数域上的单位概念。


还有一种单位,就是自然数意义上的单位,这个单位就是数论意义山的单位。而对于这种单位而言,最小的就是1,不是1/100。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:14:00 +0800 CST  


这回按照图片发帖,看看百度系统怎么处理。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:19:00 +0800 CST  
至此,我们可以识别两种系统,每种系统都有两个可用的数值。第一种实数系统,最大值100,最小值1/100;
第二种自然数系统,最大值100,最小值1。


让我们暂时先考虑前者。有了最大值和最小值,能做什么事情?


让我们提出一个“尖锐的问题”吧:如果计数器的最大计数能力为100,那么在这个计数能力上,增加最小的计数能力,会出现什么情况?

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:22:00 +0800 CST  
也就是说,
100+1/100
等于多少?


等于一百又一百分之一?
没错。但是别忘了,计数器模型抽象于人的计数能力,或者说,这个计数器是有限计数器。一百又一百分之一,超出了它的计数能力。者就像是,你要求一个死人去数数一样,这是没法实现的。


那么,对于这个有限计数器(任何计数器其实都是有限的,前面已经说过了),它要对这个数值计数的话,那只能“发生在下一辈子”了。


什么叫做“下一辈子”?无论是计数器的下一辈子还是人的下一辈子,都是一个意思,就是“从零开始”。


这是对于实数单位的情况,对于自然数单位的情况,则可以考虑一个只有时针的24小时钟表。
当它走到了23点,再往下走,就是24点。没错,而24点,从来都不叫作24点,而是叫作0点。


也就是说,对于这两种情况而言:
100+1/100=0
23+1=0

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:28:00 +0800 CST  
你可能认为,我偷换了0的概念。
因为先前说到0,是没有什么“从零开始”这个意思的。只有“没有”或者“没看到”(包括永远看不到)两种情况。


但是考虑到下一辈子,就意味着这一辈子的结束,你就能明白,对于这一辈子而言,就是永远看不到了。
所以这个从零开始,符合第二种意思的后一个选项。


而实质上,若你能知道,“不存在不存在的东西“或者“只有不存在才是不存在的”,那么你就知道,“没有”和“没看到”(包括永远看不到),本质上是一样的。这可能会让你想到“存在即被感知”,不是这样的。或者说,狭义存在可以这么理解,广义存在不能这么理解。所以综合狭义和广义,这句话不能这么说。


我没有偷换0的概念。或者说,在这个语境下,我们正在定义0是什么东西:它不是什么也没有,它有些时候是没有
产生足够被观察到的效果,有些时候是受限的观察者怎么也观察不到效果(下辈子能观察到),而综合起来,
不是不存在,而是没有被投射到观察者认为的有效论域中的效果。


所以你大可以认为,所有你能想出来的东西,都已存在,正存在,将存在。而它还“没存在”,可能是你错过了,也可能是没到时候,也可能就在你眼皮底下却没看到。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:36:00 +0800 CST  
写出100+1/100=0的人,肯定是“数学没学好”的,是不是?
这就和写出1=0一样,没有道理。


但对于有限计数器而言,这既是它会观察到的事实。而从哲学导出一切计数器(狭义存在)的本质就是有限计数器。那么,没有办法,只能当做一个现实去接受。也就是说,这种情况,无论在物理现实还是在数学意义上都是普遍存在的。而能做的,则是需要一种方式,去描述这个现象。以便于掌握和应用这个规律。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:41:00 +0800 CST  
如果你较真,上述描述还是有问题的。


一个从1数到100的计数器,它能知道自己的计数能力为100吗?
它数都100的那一刻,它的此次周期就结束了。
到底是99,还是99.1,还是99.9,它怎么能知道?它知道的那一刻和它结束的那一刻重合,存在一个极其细微
的时间间隔,保证了它不可能获得真正精确的值,也就是100。这就有点像是测不准原理的情况了。


所以对于它自己而言(因为抽象于人的模型,所以我们可以允许它具有人的智能),它是无法测定自己的
计数能力的。但是它知道这个数是有限的。
所以,它可以用方程来描述这种“超过了我的能力”的情况,并且,也可以试着从这种情况来判断自己的能力极限。


显然是,你得用米尺,才能量半米,你用20厘米的尺,没法量50厘米。所以要度量自己的极限,就必须超越自己的
极限。而这又是不可能的。确实很矛盾,但这个问题,能解决。或者说,是可以有一种方式来表达的。


用方程的形式来写:计数器认为自己的最大计数能力为x,最小计数能力为1/x。
无论x为何值,
x+1/x
的结果一定,且最接近超出了自己计数能力的位置。而这个位置,就是“下辈子”。
也就是说,它可以写出方程:


x+1/x=0

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:49:00 +0800 CST  
x+1/x=0


x是什么东西?很好办,算一下吧:
x+1/x=0
x * x + 1/x * x = 0
x^2 + 1 = 0
x^2 = -1
x=sqrt(-1) ;sqrt:求平方根
x = +/- i


到倒数第二步的时候,问题就很清楚了。
最后一步,一切都明了了。


而这个故事,就是虚数单位i的来源。就是我从12岁开始,一直寻找了二十多年之后,找到的那个答案。


当物体的运动速度超过光速,它的相对时间会出现纯虚数。我的学习机算不了复数。它给了我一个ERROR。
这个ERROR不能给我满意的解释:它没说明白,这个时间到底是多少?
那么现在我知道了,这个时间,也就是ti,意味着,“t辈子”(至于是谁的一辈子为标准,不是数学问题了,
在物理问题上可以讨论。)


所以,虚数单位i是什么?它(体现的)就是观察者的寿命。而它到底等于多少,观察者用自己的时间单位度量它,是没有有效结果的。只能用另一个观察者的时间单位来度量它。在这个例子里面,是100,或者说100年。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-16 23:58:00 +0800 CST  
我希望有人能够以这种方式,像讲故事一样,在我学习复数的第一课,就告诉我虚数单位i是什么东西。


显然这是过去的事情了。如果对于我来说再发生一次,那也得是下辈子的事情了。


但是自此之后,你可以把这个故事讲给那些像我这样或者不像我这样的孩子:这比较于-1的平方根这种定义而言,才是普通人能够听懂的方式。


另外,不要怪罪i的发明者或者先前的数学家们,不是他们不告诉你,而是他们从数学中发现这个东西的时候,
也并不知道这后面的原因。


如果这个故事你懂了,那么我相信,见到复数的时候,你就自然知道它在说什么了,你也会用了,也能基于它创造新的东西了。而若这一点可以实现,我先前说到的目的,就达成了。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-17 00:03:00 +0800 CST  
在这个基础上,再回来看那些数学上极难的东西:


比如说,欧拉公式,
e^(Pi*I)+1=0
有人说,它叫做“上帝方程”。现在再看,它和上帝可有任何关系?


没有什么关系。上帝若真的存在,祂便是无限本身。
而这个方程显示出来的是有限性(I决定的)的增量过程在复平面上的投射存在周期性,
或者说,有限性如何决定了两个层面上的周期性的问题。


再比如说,当你看到
lim(1/x)
x->Inf
那么,基本上你就可以扔掉极限运算了,因为这个数,就是1/i;也就是,当x趋向于无穷(对于观察者来说的无穷仍然是有限量,只是这个量没法测量),对于观察者来说,它最大就是自己的测量能力i,而它的倒数就是最小测量能力
1/i,所以你直接用1/i替换这个极限即可。当然要注意的是,不是每一种情况下,这个i都能做平方等于-1的转换。


回忆一下前面所说的,这就是前面所说的,初等数学和高等数学之间的那个代沟,而这个就是弥补代沟的解。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-17 00:11:00 +0800 CST  
实际上有了这些基础之后,很多事,不需要我说。
若你研究,你自己就能做到。


除非这个根本就是错的:然而它怎么错?在写出
x+1/x=0
之后,就没有错的余地了。如果你把所有的故事都扔掉,没问题,
你会回到对虚数原来的理解(-1的平方根),以及后面的复数理论
和引用都成立。你不扔掉它,你只是得到一个新的认识而已,你怎么错?


无论如何复数(以及实际上它所延伸到的高等数学的方方面面)在数学上
已经不是什么新概念了,它已经被反复的证实其正确性和可用性。


剩下的,则是基于它的过去,能走多远的问题。


那么在这个问题上,我希望这个故事,能够有所帮助。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-17 00:17:00 +0800 CST  
今天的任务就完成这些吧。


下一次要说什么我也不知道。想到什么说什么吧。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-17 00:18:00 +0800 CST  
我继续写。
正如士大夫精神,所谓修齐治平,并不适合每个人一样,一片文章并不可能适合于每一个读者。
若真的可以做到适合每一个读者,那恐怕只有无字的天书了。


对于这种情况,我能给出的建议是,若你对相关问题感兴趣,不妨提出,大家一起讨论,或者你直接把我推翻,都没有问题,因为这是学术,学术应该如此。就事论事,不超出这个范围。


当然也有很多时候,许多东西还是会放关联到一起,使得学术问题变得复杂:比如我尝试消解虚数单位给我的理解造成的困难,而若消解了这个困难,也消解了它的神秘感,这对于倾慕于数学的吧友而言,恐怕有所打击。


正如如果我用化学和物理去解读爱情,那么恐怕一定会遇到爱情的死忠粉提出抗议。
又正如用科学去解释并融合宗教,那么很多宗教的信仰者会觉得失去精神家园。


然而,请意识到,没有人要针对你。请以实事求是,具体问题具体分析的态度来理解这些话。
寻找一个不受自己影响的视角基本上无法实现,但寻找一个尝试理解他人立足点的视角,是可以的。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-18 06:33:00 +0800 CST  
这个世界就是这样:多样性如同一个光谱,含有所有的颜色。
不同的人生活在一起,说实话,并不那么理想:既实现了多样性,又没有各种层面上的冲突。


多样性和冲突恐怕本来就是矛盾的。
而这种矛盾,又不像学术问题那样,可以通过证明其中一个是对的,另一个不对的方式来解决。
因为那矛盾的后面是具有不同趋向和需求的真正的人。


但是我们讨论的真的不是人的问题,所以请尽量就事论事的讨论问题本身吧。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-18 06:38:00 +0800 CST  
我的目标在于,寻找一个尽可能可以被广泛理解的方式,来解读艰深的科学。
可以料想的是,读者之中有相当多的人,都具有很好的科学素养。
但是,请再想一遍:你的科学素养不代表一个十二岁小学生的科学素养,若你要给她一个解释,你该如何做?你的科学素养不代表一个文科学生的科学素养,如果你要给一个文科学生解释,你会选择用哪层面上的知识?


再或者说,真正问你自己,那些你所学的东西,真的理解了吗?


我曾经的一位导师,也是我的老板,给我提出了一个要求:那时候,我在他的公司研究神经编译器的题目,他有一次找我,要我给他解释我研究的东西到底是什么东西。这个问题给我难倒了。因为我知道他不是研究这个的,而我要说的所有的概念,他基本上都没有。我怎么给他解释?(你可能认为这个解释很容易,但你坐在我的位置上你才能明白满头是汗是什么意思)


我解释不了,我也说了原因。但是他给了我这样一句话:如果你真的明白你所做的事情,那你就能用最简单的语言,给任何人讲明白;或者你根本不明白。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-18 06:45:00 +0800 CST  
他这句话给我的影响很深。这么多年来,我基本上把这一点当做一个标准。


有一定科学素养的吧友可能会为我不平:因为这个要求,基本上没人能做到,尤其是在现代科学如此分化的情况下。但是你回忆一下,古人有写诗给老太太听,保证她能听懂的故事。为什么这么做?


因为能写出这种诗,基本上把所有的负担都放在自己身上,给读者留下的理解上的困难是零,那么,这种诗,是不是就可以成为所有人都有可以享用的艺术?而不再有什么高山流水的问题。


然而科学的存在,不正是为了所有人都能享用其成果吗?


所以你要尝试从这些文字中找到高山流水,那么这个可能会让你失望。但是,如果你乐意放下自己,愿意站在一个12岁小学生的角度去重新理解那些你所认为的早已明白的一切,我相信,你会看到一片全新的天地。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-18 06:51:00 +0800 CST  
还是回到有限性和无限性继续讨论数理问题。


存在总是有限的,然而有限的存在,又是无限本体的体现,按照派生类总是继承基类属性的原则,那么有限的存在实际上还是无限的。有限的存在如何无限呢?就是通过重复来实现的。


这样的话,有限计数器的计数极限和重复计数的次数,就同时定义了周期长度和重复频率。
两个概念总是同时被定义,这是因为他们也只能以此相互依存而生。所以本质上来说,有限性和无限性,生和灭,有和无,所有矛盾双方,都一定是同时定义的。


这可能就是吧友所提到的矛盾问题:数理逻辑应当是没有矛盾的。但你就笨想,用不着任何高深的理论:那个没有矛盾的东西可曾出现过一次?就包括在数学领域,如此完美的地方。


千万不要把任何科学变成宗教:宗教需要虔诚的信仰,科学需要的是实事求是。


还是以虚数单位的通常定义来讲:你可能找到任何一个确定性的数量,其平方为负一?


想破了天也是没有的。负负得正的运算规则已经定了,那么按照这个数学中的普世原则来说,真的没有东西的
平方等于负一。虚数的诞生,岂不是和整个数学,或者说,数学的完美相对立?

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-18 07:04:00 +0800 CST  
还是那句话,今天你接受的这些东西只是大家都接受了而已。


再进一步的说,若没有九年义务教育,没有十二年初等教育这些基础设施的普及,你见到这个东西会什么反应?
而你的反应,就是当年绝大多数数学家的反应(请勿认为我不了解数学的发展史)。


但是它终于被接受了,理由也很简单,要解4次以上的高次方程,没有它不行,或者更严格的说,这个东西在解方程的过程中出现,哪怕结果都没有它,它还是会出现。那么它的出现就不是人为定义的,而是自然的。


换句话说,它代表了一个实际存在的规律,而不是人类假想的任何东西。
但若你不知道这段历史,你一定会认为它是人为定义的。


现实的情况是,绝大多数人不知道这段历史,就算不认为是人为定义的,也没有除了人为定义之外的任何好的解释:《复变函数》第一章给出了一个解释,它是基于球面的。然而当你把它用在傅里叶变换的时候,你怎么用这个解释?这就是实际上的让一个只有听觉而没有视觉触觉的人,去理解圆周率,而现在你拿给他的是一个球。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-18 07:11:00 +0800 CST  
真的没有任何一个数的平方是负一。


但它又必然存在(否则解方程中出现的现象就没法解释了),那么能说的,就只能是,它不是一个数。
数学中不是一个数的东西很多,最简单的是符号:变量,函数,运算符等等。能选择的东西是有限的。


但先不要着急说它是什么,你有没有想过什么是-1?以及为什么负负得正?


这都是最基本的东西,对吧?对于今天来说是这样。可是当年引入负数的时候,
数学界也是一边倒的反对。


它又出现了,因为什么?不是因为数学的完美,正好是因为它的不完美。如果数学已经完美,
那它就不该出现。可是它不出现,解决不了实际的问题。


数学一定抽象于现实世界。但是你有没有想过,它的抽象可能“抽大了”?或者“抽小了”?


现实中没有的东西,人把它赋予了数学,而现实中有的东西,它反而没有很好的表达。


什么东西最完美呢?刚出生的,你的孩子最完美,原因也很简单,他最像你,仅此而已(不信的话,
同样是初生的婴儿,你再看一眼别人的孩子你就明白了了,这种“完美的程度”差得太远了)。


还是那句话,不要把科学当成宗教:宗教可以完美,也不用承担说错了的责任(其实很多时候是有责任的),
但科学不行。事实就是事实。


所以现实中存在平方等于负一的那种东西,你就必须接纳它,虽然在你早期抽象的时候,没有考虑过这种情
的存在(而这就是你早期创立数学时候的不完美)。同理,如果你认识到,那个你一直扔掉的无穷小,也可能
真的产生累积的效果而不能扔掉,那么你还得按照实际的情况调整数学。


所以数学的完美存在吗?或者说任何学科的完美存在吗?可能存在,而可以预想的是,它在“无穷远处”。

楼主 yyl_new  发布于 2018-02-18 07:24:00 +0800 CST  

楼主:yyl_new

字数:195276

发表时间:2018-02-16 11:33:00 +0800 CST

更新时间:2020-09-18 19:25:07 +0800 CST

评论数:611条评论

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