這個世界是怎么運行的?
如今數學學給出了一個十分簡約的答案,總共就三句話,
第一句話:月球上所有常見的自然現象都是由電磁力和引力驅動的。
我們都曉得,總共有四種基本斥力,其中強力和弱力只在原子核上面起作用,在月球上只有核裝備、放射性或則高能化學實驗室這種極端的環境就會用到強力和弱力,其他地方都是有電磁力和引力主宰的。
我們講過生活中你見過的所有類型的力,不僅重力以外,其他的力歸根結底都是電磁力,例如說,拉力、彈力、摩擦力、支持力、浮力,本質上都是電磁力。
聲音、電、磁、光、顏色、熱傳遞、化學反應,歸根究竟也來始于電磁力。
風雨雷電、地震、火山爆發等所有自然現象都是在電磁力和引力的驅動下進行的,電磁力和引力的物理公式是這樣的,電磁力對應著量子電動熱學公式,引力對應著廣義相對論公式。
我們小學,中學,學院學的幾乎所有的數學理論都在以上這兩個公式里。
例如說歐姆定理,福利公式,杠桿原理,牛頓運動三大定律,麥克斯韋多項式,薛定諤多項式等等,通通都在這兩個公式上面。
月球上所有物質的運動都必須嚴格遵循這兩個公式。因而月球上所有的現象都是由電磁力和引力驅動的。我們可以進一步思索一下,先前我們講過自然法則必須用嚴格的物理來描述,你說這兩個公式像不像近似簡短版的“自然法則”?
第二句話,月球上所有穩定存在的物質都是有上夸克、下夸克、電子三種基本粒子組成的,沒有其他東西,只有這三種基本粒子(能夠組成穩定存在的物質)。
第三句話,對稱破缺締造了這個多姿多彩的世界。
我們都曉得,數學學是物理的基礎,物理是生命科學的基礎,生命科學是社會學的基礎。
那你有沒有思索過這種學科之間是如何聯接上去的呢?
雖然,現代科學對這個問題還沒有共識,有一種主流的答案是:對稱破缺。
哪些是“對稱破缺”?
當外界環境的變化達到一定閥值才會出現“臨界點“,系統會由原先的“高對稱”變成“低對稱的穩定有序狀態”。
簡單來說,“對稱破缺”就是馬克思說的“量變造成了質變”,馬克思是用模糊的哲學語言來描述的,并且“對稱破缺”是用精確的物理語言來描述的。
舉個反例,水蒸汽凝結成水、水又結冰就是兩次由于水溫變化而發生“對稱破缺”的過程。由于在冰上面水份子聯通“整數格”后冰能保持不變(對稱),并且在水蒸汽上面,水份子聯通“任意距離”后,水蒸汽都能保持不變(對稱)。例如說聯通半格、1/3格都行。
為此,水蒸汽比冰有更高的空間連續平移對稱性。水蒸汽里的分子是零亂無章的而且冰上面的分子排列比較有秩序,因而水蒸汽冷卻成冰是犧牲了連續平移對稱性,換來了愈加有秩序。像這樣的事例還有好多好多好多,例如說時間繁衍對稱破缺形成了吸鐵石的有序結構,相位對稱破缺形成了超流體等等。
其實一句話,對稱破缺能讓系統顯得愈發有秩序。
化學學最大的一個分支是匯聚態化學,匯聚態化學聯接著數學學、化學、生命科學和材料學。匯聚態化學的奠基人說過對稱不能連續變化是匯聚態化學的第一定理,因而匯聚態化學的核心是“對稱破缺”現代物理學分支,所以對稱破缺是數學學化,中學生科學和材料學之間的橋梁。
舉個事例,碳/氫/氧原子的對稱性要低于多肽,于是在特殊條件下碳/氫/氧原子會“對稱破缺”到更有秩序的“氨基酸”,多肽的對稱性要低于蛋白質,于是在特殊條件下,“氨基酸”也會對稱破缺到更有秩序的“蛋白質”,就這樣從數學學的物理再到生命科學現代物理學分支,對稱性不斷增加,而且越來越復雜,越來越有秩序。
這同時也解決了另外一個重大的問題,我們都曉得,數學學上面有好多放之四海皆準的理論,例如說能量守恒定理,動量守恒定理在那里都正確,而且物理上面(幾乎)沒有一個統一的理論或公式,物理里(幾乎)所有的理論都有“例外”,例如說元素周期律時常出現例外,再例如有馬氏,也有反馬氏,有芳香性,也有反芳香性等等。
物理理論飽含了各類“例外”。生命科學和社會學就更慘了,靠譜的(統一性的)理論都沒幾個,為何從數學學到社會學統一性的理論越來越少?
就是由于從數學學到社會學,對稱性不斷破缺,對稱性越來越低。先前我們講過諾特定律,對稱和守恒一一對應,對稱性越低“守恒性”就越差,理論的適用范圍就越小,所以生命科學和社會學的理論確切率都不高。
宇宙大爆燃的起始點對稱性極高,然后對稱破缺成了四種基本斥力以后電磁力繼續破缺產生了“凝聚態化學”,而“凝聚態化學”又聯接著物理和分子生物學,就這樣從宇宙大爆燃開始一層層的對稱破缺下去,就產生了我們這個多姿多彩的世界。
最后,總結一下。
從物質角度觀察,上夸克、下夸克和電子組成了月球上所有常見的物質;從能量角度觀察,“電磁力和引力”驅動著地球上所有常見物質的運動;從信息角度觀察,對稱和對稱破缺一層層的重塑了這個多姿多彩的世界。
這個世界是怎么運行的?這就是現代數學學給出的答案!
其實了,在這篇文章中我們只剖析了月球上常見的物質和常見的現象,因而這三句話只是簡要版的答案,假如擴充到宇宙所有的物質和所有的現象就須要完整版的答案。