上一篇文章提到了虛數的可視化表達。
飛碟是否笨到必須跨越維度,虛數可視化表達帶來思考邏輯上的沖擊
虛數從陰陽中區分出來虛實 發明虛數、以及虛數可視化表達的是數學家笛卡爾,他搞出來一個虛數坐标體系。當然我們通常忽略了笛卡爾也是數理學家,西方稱為哲學家。
中國古代沒有哲學家這個詞,哲學這個詞是近代的舶來品。中國古代的文化是數理文化,那麼象老子、孔子這些人,就是古代數理文化的專家。數理文化的内容覆蓋面比哲學寬泛,用哲學這個詞并不能準确解讀數理學家這個概念。
數學因為他,從此增加了一個數學的虛世界。以前的數學世界隻有正負的區别,這之後多出來了虛實的區别。
中國古代,正負、虛實,類似這樣的對應的概念,都被稱為陰陽。《道德經》中,列舉了很多這樣對應的字、詞。中國傳統文化中,陰陽不僅相生,陰陽也可以一體。這是一種兼容表達方式的方式,每個字、每個詞的語意多關。
例如武術的武,原始字的象、理就是一個兼容的表達。現在我們使用武這個字,通常是動武這個傾向的字義,可是古代,特别是在周朝前後,武同時兼容止戈的意思。也就是這是一個哲學的思考,動武還是不動武呢?當時的文化是陰陽或者陰陽一體的文化,這在道德經、孫子兵法等書中均有反映。後世為了語意清晰,在文字方面,逐漸将這種文字的語意多關進行了傾向性的取舍,但是,在文化的底蘊中,這種語意多關的古代數理文化的思考方式依然存在。這也是傳統文化内容的一部分。
現在,數學在把這種東西逐一在理清楚。在正負的數學世界之外,還有一個虛實的數學世界。中國古代在區分這種方式的時候,不是用數學方式表達,而是用數理方式表達。如果你多少了解一點五行數理,你就會發現,古人不僅僅在區分正負、虛實,還在區分強弱等等關聯因素。也就是一個體系中不同的動态要素的區分,僅僅是古人将這些都稱為陰陽。
虛數從實數之外開辟了一個數學世界,這樣實數不方便表達的,通過增加虛數就可以增加維度影響要素了。
虛數也利用了勾股定理 笛卡爾的年代,在解析數學産生并完善以後,數學家發現并利用了勾股定理在實數坐标系中的應用。由于坐标系定義的坐标軸夾角是90度(坐标系不見得一定90度,僅僅是90度有利于與直觀表達衍生出來的傳統的文化兼容,有利于代數、幾何的互換表達),那麼到處都是直角三角形。通過利用勾股定理,在實數的三維向二維降維;二維向一維的轉化過程中,勾股定理起到了關鍵的決定作用。
例如(3,4)這個二維的坐标點,我們可以輕易的表達成為5這個一維的數字。說的還是這個點,僅僅是少了一個角度的因素。
在降維表達的過程中,我們要留神會丢掉一些有效的信息。當然,有時候為了簡化、為了兼容、為了可公度性,這種丢失信息的方法是有意識的數學手段。
如果把丢失的信息再增加回來,它還是二維的。這也逼迫數學開始對角度的性質進行研究,同樣是利用勾股定理,sin、cos、tan,ctan也就産生了。
例如利用(根号2,45度)這個二維的概念,可以等效表達笛卡爾坐标系的(1,1),這樣也就促生了極坐标系的産生。利用角度,利用圓的半徑等效表達笛卡爾上的二維的點。
學習數學百年,有些人習慣了等飯吃,老師說這個東西是這個樣子的,學生就照貓畫虎地畫出來,缺少了一種“為什麼會這樣”的思考。而數學能夠不斷的發展,就是在孜孜以求地尋找“為什麼”。
數學的産生,并從古代的象數理文化中脫離出來,本來就是要簡化、抽象地解決一些事物的為什麼的表述。當然,現在它很超前,領先了物理驗證,也就是領先了我們的可視化(包括儀器的可視化)驗證,驕傲到有些數學結果用在什麼地方并不清楚,用來解讀什麼不清楚,這也導緻了一些理論物理假說等等猜想的産生,而解說起來就仁者見仁智者見智了。由于這種超前的數學大量地借用了虛數i,為了可視化,虛實颠倒還是一個抽象表達的問題;降維丢信息也僅僅是一個數學問題;最麻煩的是:是否無中生有呢?實證物理不敢确認,因為暫時這部分内容無法驗證。
在實數坐标系中的這些特征,由于對虛數i的巧妙定義,那麼在虛數坐标系中,這些數學特征是都可以延續使用的。因此筆者說,虛數實際是實數的虛鏡像。隻要笛卡爾坐标系中實數能夠表達的數學特征,虛數也是可以對應表達的。
二維的可視化與三維的可視化效果并不同 由于在降維的過程中,通常要舍棄一些數學特征或者說要素,因此,降維的簡化表達要留神舍棄的信息是否有關鍵意義。
同樣以勾股定理為例子。因為在幾何的圓、方數理一統的古代文化發展過程中,以直徑為斜邊的直角三角形的直角頂點會在圓上。這是古人把圓、方數理結合起來最簡單的方式。
例如:x^2+y^2=5在二維坐标系中,這就是一個半徑為5的圓。
那麼在三維坐标系中呢?x^2+y^2+z^2=5,就是一個半徑為5的三維的球。
因此在降維表達過程中,如果三維是球,二維是圓,那麼倒推,一維的點就是弧線段。
中國古人考慮了另外一種降維方式:假設三維是正方體(八卦是正方體,64卦是擴大的正方體),二維就是正方(八卦),那麼一維的點就是線段。
這是不同的數學方法,基于圓的特征出發,還是基于方的特征出發。而現實的東西,通常既不是标準的圓,也不是标準的方,那麼這都是近似表達、逼近表達的方式。
數學至今依然至少分兩路,一種是基于圓(現在是基于波)的方法;一種是基于方,基于線段、直線的方法(歐氏幾何、超體幾何)。
而直與曲的兼容,方與圓的兼容就是古代數理文化中數學方面發展的聖杯。直到三百年前,圓周率被證明是超越數,這個數學聖杯才被确認,永遠是可望而不可及的。這個過程促進了數學的發展,但同時,它也就是一個數學貌似嚴肅認真的數學遊戲。
那麼古人或者說現代人如何做到直曲兼容;圓方兼容的呢? 很簡單,就兩條路:
一、基于應用需要,把圓周率四舍五入。中國古人的意思就是差不多就行。這思路影響了數學的發展。
二、不要較真點的幾何形狀,在笛卡爾坐标系中的點,就是一個代數數字的描述,它可以是任意的幾何形狀,這樣點連成線就是平(圓)滑的。如果較真點的幾何形狀,就會形成不規則的鋸齒了。古人太極中的魚眼說的就是這種數理。那麼點,如果較真,你會說也說不清楚了。
而現在基于笛卡爾坐标系的數學方法,物理學家、數學家、數理學家、玄學家開始追尋點到底是什麼樣子的呢?結果是,我們無法算出黑洞内部的樣子,因為我們使用的數學工具是笛卡爾坐标系,而這個工具隐含的一個規定就是不能較真點的幾何形狀。如果你較真,直曲一統、圓方一統就會被打破,數學邏輯倒推的0維或者說點,就是一個糊塗帳。
笛卡爾坐标系是為了基于數學應用的需要産生的,是為了解決一維以上的問題而成立的,那麼構成一維的點的幾何形狀,隻能忽視。否則,又陷入古人數理大一統的基本問題--圓方一統中。而這個問題在證明圓周率是超越數以後,實際已經宣告數學大一統中的圓、方一統是一個數學僞命題。
數學證僞這個命題,這就像搬石頭砸自己的腳。但這僅僅是基于數學的邏輯、數學的方法、數學的原則證僞這個命題,也就是數學領域,絕對的圓方等效表達(一統)不成立。
而如果基于應用,圓方一統至少有上述兩條路可走。難得糊塗,别較真點的幾何形狀;差不多就行,這可成立。
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