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319 我?guī)泔w-《科技之錘》


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    數(shù)學跟物理之間其實關系非常深,比如兩門學科都是非常古老的學科,一般來說優(yōu)秀的物理學家往往也是極為優(yōu)秀的數(shù)學家,比如牛頓,比如愛因斯坦,原因自然也很簡單,物理研究本就是以數(shù)學為基礎的,不懂數(shù)學靠想象去研究物理的那都是扯淡。

    但在具體研究上,尤其是現(xiàn)代科學的研究上,兩者的研究方式其實不盡相同。原因也很簡單,數(shù)學發(fā)展到今天,許多分支已經(jīng)是考驗天才們的抽象思維能力,而物理至始至終都是一門研究自然現(xiàn)象的學科。簡單來說研究數(shù)學,只需要一個本子一支筆,就能構(gòu)建出一個天馬行空的世界。

    代數(shù)拓撲、代數(shù)幾何、代數(shù)數(shù)論、范疇學等等,其實已經(jīng)不止是“數(shù)”的學問,而是關系和結(jié)構(gòu)的抽象研究。

    但物理是要研究具體的東西,不管是經(jīng)典物理、量子物理、天體力學又或者凝聚態(tài)物理,不管是哪個方向,物理學的終極目標從來沒變,那便是研究物質(zhì)世界的一切運動規(guī)律,找到那些千奇百怪自然現(xiàn)象背后的本質(zhì)原因。

    所以很多時候物理學家們先是觀察到某種自然界的現(xiàn)象,然后開始探詢這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因,找出其中的規(guī)律,并使用數(shù)學工具來描述其研究成果,同時使用數(shù)學將其定量化。

    比如牛頓觀察到了力的作用,創(chuàng)造性的提出了萬有引力理論,但這還不夠,因為文字無法精確的表述這一理論,于是這位天才人物又創(chuàng)造性發(fā)明了讓無數(shù)學子頭疼的微積分來精確描述這一理論;又比如麥克斯韋發(fā)明了場形態(tài)物質(zhì)——電磁波跟光波,后人引入了數(shù)學上的纖維叢理論來精確描述;再到愛因斯坦提出廣義相對論,并發(fā)現(xiàn)了引力波,這個時候又需要黎曼幾何來讓人們認識到廣義相對論的正確性。

    到最后物理學的烏云之一,量子物理橫空出世,這個時候科學家又發(fā)現(xiàn),量子物理是可以建立在線性代數(shù)之上的。換句話說如果真的想要深入理解量子物理,首先要過線性代數(shù)這一關,因為當你翻開那些量子物理的教科書就會發(fā)現(xiàn)經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)學上的各種矩陣以及數(shù)學物理方程,而不是簡單的告訴你雙縫干涉實驗有多反直覺,量子糾纏又是多么神奇的現(xiàn)象,那是科普,不是科學。

    就這樣,每次物理學上的重大革命,都有新的數(shù)學理論加入進來,兩者因此而密不可分。

    好在對于寧為來說,當他腦子里浮現(xiàn)出物理學三個字的時候,數(shù)學肯定已經(jīng)不是阻礙他研究的門檻了。而且從理論上來說,他比任何人都有資格去探索物理學的真相。

    即便現(xiàn)在物理學同樣已經(jīng)發(fā)展到一個極高的層級,各個領域已經(jīng)走上細分的道路,但最主流的研究方向無非還是兩個大類,宏觀跟微觀。當然從現(xiàn)在的發(fā)展態(tài)勢來說,微觀層面更被重視,尤其是量子信息跟多量子比特糾纏,因為在多體量子糾纏這一塊甚至還沒有一套完整的數(shù)學理論能夠描述,乃至于命名。

    從這一點上看,谷歌曾經(jīng)直接宣布自家的量子計算機已經(jīng)領先于世界并掌握了量子霸權多少是有些有待商榷的。

    當然對于物理學家最大的宏愿依然是建立大一統(tǒng)理論,將所有影響自然界的四種基本力統(tǒng)一,即強力、弱力、電磁力跟萬有引力,并建立一個標準模型,用于解釋宇宙間所有基本粒子跟其相互作用力。

    顯然這個目標還很遠,甚至到底有沒有這么一個基本理論還是未知數(shù)。因為哪怕是現(xiàn)代物理已經(jīng)發(fā)展到讓許多人望而生畏的地步,其實萬有引力的本質(zhì)還是模糊不清的,不管是愛因斯坦的引力波理論還是預測中但還沒發(fā)現(xiàn)的引力子似乎都不足以讓所有人都信服。

    很復雜的課題。

    但寧為覺得如果他想要正兒八經(jīng)的了解這個不等式的意義,還需要研究這個復雜的課題。毫無疑問這條路大概率是正確的,因為在另一個平行宇宙,這個不等式本就是一位華夏量子物理學家提出的,并被命名為馬振華不等式。

    當然,別看這個不等式非常簡單,如果以現(xiàn)在人們對量子力學的理解,要將這個不等式說清楚,并形成一篇論文的話,大概需要上千頁的內(nèi)容。

    對于寧為來說,他只是在用一個數(shù)學家的目光審視這個不等式,并通過一些數(shù)學上的邏輯判斷,他應該從哪里著手分析這個不等式,并想辦法解決掉。

    然后腦海里再次浮現(xiàn)出量子物理。

    嗯,挺好,說起來寧為對量子物理是有基本了解的,這些了解得益于他在江大的時候去圖書館租了一本量子物理發(fā)展史……并在大腦里出現(xiàn)過一次頭腦風暴,像是以旁觀者的身份經(jīng)歷了宇宙的變遷,看到了微觀層面宏偉而神奇的景色。

    不過寧為覺得自己的直覺很有道理,事實上微觀層面其實是很有意思的。比如曾經(jīng)科學家認為已經(jīng)不可分的原子,經(jīng)過科學發(fā)展尤其是觀察微觀層面的設備進步,才知道原來原子并不是粒子的最小單位,原子還包含原子核跟核外電子,同時原子核又是由質(zhì)子跟中子構(gòu)成。

    當那時的科學家認為質(zhì)子是不可再分的基本粒子時,大型粒子對撞機出現(xiàn)了,發(fā)現(xiàn)原來質(zhì)子也是可以再分的,由夸克跟膠子組成。

    當這些概念出現(xiàn)在寧為的腦海他已經(jīng)腦補出了微觀世界粒子的運動圖,如果從人類的角度來看,粒子的運動軌跡是無法完全確定的,只能用概率來表達,但也許在微觀層面,讓將時間減慢,減慢,再減慢,減慢到普朗克時間為單位來觀察,那個時候微觀世界呈現(xiàn)出的動態(tài)畫面會不會跟現(xiàn)在人類觀察宇宙差不多呢?

    門外漢的臆想持續(xù)了大概三秒鐘,寧為便開口對百無聊賴的在電腦屏幕上賣萌的三月說道:“幫我整理出一套公認量子力學的知識體系,最初學習需要看哪些書,再到各個分支研究的理論叢書,再到最前沿的有價值的論文,都幫我整理出來,看來我需要重新學習一遍了。”
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