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外星文明有数学这门学科吗

(2018-07-22 20:04:30) 下一个

如果存在与人类类似的外星智慧生物,那么他们的学术框架中会有数学的位置吗?如果外星人也学数学的话,那么他们的数学会是什么样子呢? 

普遍的共识是,无论外星人是否与人类共处在同一个宇宙,物理学是双方文明必备的学术基础。不同的宇宙的规则可能会不一样,这会导致双方的物理学也会有差异。但与人类共处一个宇宙中的智慧生命,由于对应共同的物质世界(光的速度是30万公里每秒,普朗克常数是6.63乘以10的负34次方焦秒的宇宙),所以双方的物理学应该从本质上是一致的。对于我们人类来说,从哲学意义上来讲,物理、化学等等自然科学学科都属于经验科学。经验科学的知识都是需要通过观察、分析、试验,通过取得的证据来归纳出物质世界的知识。由于不同时代的人类接触到的经验证据不同,这些学科的知识会显现出不断更迭的样子。比如:相对论颠覆了牛顿力学描述下的物理世界;进化论颠覆了几千年来人类对生物圈的通识;现代遗传学又大大充实了达尔文的理论框架。在经验科学中,没有什么理论是永远正确的,总会被更深入的认知替代。

而数学与它们完全不一样。就像康德所说过的:数学是我们构造出来的。数学是一门先验学科。通过事先规定真理/公理,在其基础上使用逻辑推理演化出来的体系。可以这么说,数学的基石之一就是逻辑。不仅仅是哲学,人类一切科学的基础就是建立在“这个宇宙是按照逻辑构造的,我们依靠逻辑来认识世界”。于是,在牛顿的眼里,物理又可以叫《自然哲学的数学原理》。

对于我们日常生活和其它学科来说,数学是工具。对于纯数学来说,数学体系是一场有一定规则,最求完美的思维游戏,与现实世界完全无关。 这个观点在历史上给数学带来了空前的发展,也导致纯数学与现实严重脱节。这是后话,可以说从建立自然科学体系来说,数学对于人类和外星人同样重要。

那么外星的数学会是一个什么样子呢?我们先看看人类的数学起源。

有人说我们人类以10进制作为计数的基础,是因为人类的手指数目为10个。这么来说,迪斯尼的动画世界中的数学计量单位就理应为8进制。进制与手指数量有关,是一个很自然的联想,但实际情况也未必这么简单。让我们来看一下人类文明初期数学的发展。比如巴比伦人就使用着一种让今人看来很不严谨,容易引起误解的60进制的算数体系。不严谨指的是某些相同的楔形文字可以表示不同的数字,它们具体的数值往往需要联系上下文才能判别。同时,在巴比伦人历史的某些时代,还出现过10进制与60进制混用的情况。比如,他们会以60、24、12、10、6、2不同的进制混合来写出一个数,这种情况在当今的世界是不会再出现的。举个例子:巴比伦人会写出2me1、10,这个数用今天的算数表示为2*100+1*60+10=270。当然,巴比伦人毕竟也是智慧生命,不会去做自己给自己找不痛快的事。就像我们今天小时用12进制;分秒用60进制;英制使用12进制一样,巴比伦人的混合进制多用于某些特殊的情况下,在算数计算和天文上面仍然以60进制为原则。

但是为什么巴比伦人会采用60进制作为计算的基础呢?这个问题至今没有明确的答案。比较合乎情理的一个猜测是这可能与巴比伦人的国家版图更迭有关。也许在巴比伦人的历史上,有两个力量对比相近的行政体合并成为一体。就像秦始皇所采用的“书同文,车同轨”一样,两个行政区的计量单位也需要统一。如果一个行政区采用5进制,而另一个行政区采用12进制,那么统一后集体采用60进制就是一个不错的选择之一。

古埃及人一直使用10进制计算,但是他们却采用一种半查表、半计算的方式来进行乘除法运算;使用一种相当复杂的方式进行分数运算。

总的来说,进制的选用对数学的本质没有影响,进制影响只是数的表示。

由于,数学的研究项目之一是空间。无论外星人是基于碳基生命,还是硅基生命,只要与我们一样生活在三维的世界里,他们的数学学科结构就应该与人类类似。但如果外星人生活在单维,或者二维的世界里,就很可能只会发展出发达的代数,薄弱的几何学(单维世界根本就没有几何学的存在基础);如果是生活在多于三维世界的外星人,则可能会具备与我们不分伯仲的代数学,但更加复杂高深的几何学。外星世界维数越多,几何学发展的难度也就越大。当然,这是我们生活在三维世界的人类的主观猜测。

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