古代的数学突破四维维障的艰难历史进程,它依然还在困扰物理界

历史上,数学的发展是从认识的简单到复杂的一个发展过程。

对于维度的认识,人们先认识到了直观可视的三维这个范畴。从数学角度而言,数学有意义的突破三维,仅仅是百年前的事情。尽管古代数理文化曾经考虑过无限维。

西方数学突破三维维度的过程

最早的代数与几何的直线性相关,相当于一维的一种思考。数学的产生与简单的加减乘除运算属于这个阶段;

接下来是二维平面几何的发展,这大约是2000多年前的事情。而当时代数、几何是分道扬镳地独自发展。

再之后,对立体几何有了初步的认识,直到几百年前解析几何被完善,人们对三维的几何认识才进一步的明朗了。

解析几何的完善还明朗了一件事情,也就是维度,实际也是影响的不同因素,那么三维的表达实际也可以说是三个影响因素综合的影响结果。当然,这个阶段还都是对三维的静态的思考,人们还没有把三维动态起来。或者把三维的动态降维到二维思考,例如牛顿的方法。

直到爱因斯坦所处的年代,也就是百年前,三维因素的动态影响才被表达出来,相对论也就产生了。

这之后,维度的表达再度分支:四维时空、多维超体、分形分数维。也就是数学突破三维这种直观可视化的结果,也就是百年前的事情。现在西方文化致力于将四维时空以及高维度的数学结果可视化表达,这也促进了电脑可视化表达的发展。


但是,涉及到四维及四维以上内容,如果用可视化的方法表达,就需要把不存在的数字i可视化的表达出来,这也导致在解读的时候,虚实很容易被颠倒,却不容易被发现(因为了解虚数i的人并不多),进而也产生现代的玄学或者玄幻文化。就像古代方外玄学产生的基础,是由于大多人并不理解周易数理所说的方一样;现代玄学往往是基于大多人并不理解什么是四维、多维、虚数,从而很容易被曲解、误解、借题发挥。

数学在百年前终于突破了四维的维障,而物理大尺度的验证卡在4.0维处,仅仅验证了三维动态现象的存在,面对四维以上毫无验证方面的进展,百年来并未有突破。

也就是在数学认识层面上,从三维的动态到四维超体,再到分数维,数学难度大大增加。三维的静态成为一个关键的认识门坎。通常高中以前的数学课程主要是三维或三维以下静态的表达,大学以后,还得专业学数学、物理的才开始接触近百年来数学的多维发展。而多维往往又被网络文化“通俗化”、“玄学化”的错误解读,很容易造成数理文化的错误认识。

当然解决数学问题,维度并不是唯一的方法,也是近百年来,波,被广泛引入到数学以及物理,用以解决维度不好解决或者多要素相互影响的问题。波与传统的基于直线性基础的维度的区别就在于,传统的维度参照系基于直线性的基础,而波基于一种特殊的具有周期特征的曲线性。

中国古代对三维及三维以上问题的数理思考

古代数理文化思考,其中包括数学,但是与现代意义的数学而言,并不相同。

在古代数理文化中,数学解决不了的事情,通常用“讲理”的方式解决,当然不讲理的地方,不许问,不许说,你就先这么用吧。西方古代数理文化一样存在这样的问题。

中国古人意识到三维的静态影响结果从出现八卦开始计算。因为要准确表达八卦兼容的一个侧面数理,我们至少需要三维的坐标方式来描述标准八卦的每一爻。


三维表达的八卦数理之一

甲骨文的启发—让你看看三维的伏羲先天八卦图

而64卦,需要用四维数组来对应每一个卦爻,也就是64卦,实际是古人探讨把八卦这个正方平方时的结果,同时,它也是对四维静态表达的一种探索。


四维数组描述的周易64卦

甲骨文的启发—四维数组表达64卦如何

产生后天八卦、周易的时候,古人已经开始由关注静态向关注动态发展,周易的易,五行的行,都是在描述这个动态。

基于周易的四维数组,至西汉,产生了三种进一步的数理表达方向,人们开始试图迈向定量的五维或者更高维度的表达。

第一种是方外,后来成为玄学的主要数理,被历史淘汰;

第二种是基于64这个大正方,进一步的叠加,也就是每卦不是6爻,而是十二爻,这个方向也很快被历史淘汰;

第三种是五行,基于太极的相生相克,基于周易、太极的分形表达,基于五个动态的影响因素,形成了五行数理。这个数理模型成为后来中医的基础数理模型。也就是古人已经开始探讨五个特殊动态要素的影响结果了。


酷似心电图的五行波场之一


有关古代五行数理深层次的思考——如何用数学方法表达五行

而数学至今,也才仅仅解决了天文学的三体问题的十几个三维数学解问题,也就是三维的动态的数学解。四维的N体问题尚无数学解,更不用说五维了。

同时,从《道德经》开始,就体现出古人对无限分形或者说无限维的数理思考,尽管这种数理思考,从现在的物理验证结果来看,存在一定的数理偏差,但是,数理思考的逻辑方向是正确的。西方近代的理论物理假说,将无限维限制为有限维,思考的思路依然是一致的。仅仅是这种决定性逻辑的思考方式,忽视了几十年前才发现的一种普遍数学现象--分形混沌系统。而古人在混沌这方面依然是有思考的。例如老子的“道冲或不盈”说的就是这种混沌现象或者随机现象,决定论方式不能解决的问题。

遗憾的是,中国古代的数学是以数理文化的方式发展的,这种文化方式,在后期束缚、禁锢了数学的发展。

至唐朝,中国古代的《算术十书》的数学水平,与西方同时期不相上下,但之后,数学逐渐开始落后。

中国从清朝末年开始认识到西方数学的方便与发展,开始引入欧氏几何等内容,之后开始全面引入西方数学、物理。

四维的维障


战斗机突破音障


四维维障,这是一个人文意义的词汇,仅仅是一种比喻式的表达。受“音障”这个词的启发。

从三维立体几何开始,数学的难度开始增加,至相对论的三维动态的表达(四维时空),难度已经不是普通人轻易可以接受的了。尽管这说的依然还是三维的事情,而很多人误以为所谓的四维空间或者四维之上。

至四维超体,多维超体,数学更加抽象难懂,已经与直观可视化的结果越来越脱离。至分数维、分形的混沌体系,数学难度就更大了。

这也造成一个问题,也就是在思想认识上突破四维,实际是存在一定的学习障碍的。尽管相对论百年前曾经热闹一时,广泛传播,但是,能够真正理解的并不多。真理解的应该在干卫星、导弹之类的工作。

在这方面,物理的验证也跟着起哄,骄傲的物理一直未能直接解决三维运动极限的验证问题。三维的运动或者说四维时空的弯曲,有三个极限点:

时间逼近0,奇点;未能验证。大爆炸的奇点,依然仅仅是理论物理假说的逻辑倒推的猜想。可是,如果这种尺度的时空是混沌的呢?这种决定性方式的倒推就是错误的。我们至今并不能验证这种尺度的混沌性,也不能验证这种尺度的决定性。也就是爱因斯坦和霍金讨论的上帝是否掷色子的问题。

空间逼近0,黑洞;这一个,由于黑洞的性质,现在的表达是间接验证。也就是不能直接看见黑洞的内部,可以通过其引力场的影响间接验证黑洞的存在。最近公布的所谓的黑洞照片,也仅仅是黑洞视界之外的效果而已。

时空尺度逼近0,虫洞;未能验证。

也就是当三维运动的曲率极大,现在的物理不能验证了。4.0维成了物理验证的维度障碍。是理论问题?还是验证设备的问题?还是方法问题?不得而知。谁能解决,都将超越爱因斯坦的相对论的功绩。

数学用了几千年艰难地跳过了四维维障,物理验证却依然卡在四维维障。而我们的思想方式,是三维静态的?还是三维动态的?是有限多维?还是无限维的呢?这是数学水平问题,思考方法的问题了。

当然,另辟蹊径的突破四维维障,数学还有另外一个武器--波。

四维的干涉波可以简单的在二维表达,你信吗?不信?你明明在用

维度几何体系非维度表达的解决方式--波以及波的干涉共振

学以致用。接下来的连载会说说二维动态这种三维动态简化、降维的数学结果,也许会有用。

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