宇宙为什么遵循着一系列精确的数学规律?答案可能让人难以接受

宇宙为什么遵循着一系列精确的数学规律?

答案可能让人难以接受

现在我们知道,地球其实就是一颗行星,在太阳系中,一共有八大行星,它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,在海王星的外面还有一颗冥王星,曾经冥王星也属于一颗行星,但是后来科学家认为冥王星的体积和质量都太小了, 于是将它踢出了行星的行列,在太阳系的八大行星当中,地球是唯一一颗诞生了生命的星球,人类的出现给地球增添了很多色彩,而且现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度很快,人类之所以能够有如此之快的发展速度,还要感谢数学,数学是万物之母,它是一门精确而抽象的学科,被广泛应用于各个领域,包括自然科学、工程技术等等,让人惊讶的是,我们的宇宙似乎也正遵循一些列精确的数学规律。

数学起源于人类早期的生产活动,为古中国六艺之一,也被古希腊学者视为哲学的起点,目前最古老的数学文本是《普林顿 322》(古巴比伦,约公元前1900年),《莱因德数学纸草书》(古埃及,约公元前2000年-1800年),以及《莫斯科数学纸草书》(古埃及,约公元前1890年)。以上这些文本都涉及到了如今被称为毕达哥拉斯定理的概念,后者可能是继简单算术和几何后,最古老和最广泛传播的数学发现。从人类发展史来看,数学能够分为4个阶段,在人类原始社会和奴隶社会直到公元前6世纪,是数学的萌芽时期,该时期的数学成就主要出现在巴比伦、埃及和中国,从公元前6世纪到17世纪初期,是数学发展的初级阶段。

当时西方数学中心最先出现在希腊,然后是阿拉伯和印度,最后转移到西欧,从17世纪到19世纪末,是近代数学时期,到了19世纪后,数学开始进入现代数学时期,并且影响着我们的生活,在人类历史上出现过很多伟大的数学家,比如说阿基米德,他出生于公元前287-212年,他是伟大的古希腊哲学界、数学家、物理学家、力学家、静态力学和流体力学的奠基人,并且享有力学之父的美称,他曾经说过:给我一个支点,我能够撬动整个地球。高斯,是德国著名的数学家、物理学家、天文学家和几何学家,他对数论、代数、统计、分析、微积分都有很大贡献,被称为是数学王子,牛顿,被称为是物理学之父,在数学领域创立了微积分。


欧拉,是瑞士数学家,自然科学家,18世纪数学界最杰出的人物之一,他写了很多论文,还写了大量的力学、分析学、几何学等等,此外欧拉还涉及建筑学、弹道学、航海学等等,他将整个数学推至物理的领域,欧几里得,古希腊著名数学家,被称为几何教父,他最著名的《几何原本》是欧洲数学的基础,被广泛认为是历史上最成功的教科书,庞加莱,法国数学家、天体力学家、数学物理学家、科学哲学家,他被认为是19世纪后四分之一和二十世纪初的领袖数学家,对20世纪和当今的数学造就极其深远的影响,他在天体力学方面的研究是牛顿之后的一座里程碑。

黎曼,德国著名的数学家,开创了黎曼几何,并且给后来爱因斯坦的广义相对论提供了数学基础,笛卡尔,法国哲学家、数学家、物理学家,他对现代数学的发展做出了重要贡献,因将几何坐标体系公式化而被认为是解析几何之父,他发明了现代数学的基础工具——坐标系,将几何和代数相结合,创立了解析几何学,图灵,英国数学家,逻辑学家,被称为是计算机科学之父,人工智能之父,伽罗瓦,法国著名数学家,现代数学中的分支学科群伦的创立者,这些伟大的数学家给人类的科技发展起到了非常重要的意义,人类之所以能够对宇宙有如此之多的认知,基本上都是依靠数学公式推算出来的,比如说牛顿的万有引力定律。

万有引力定律是牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的,万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的大小和开普勒第二定律 以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大,它们之间的万有引力就越大;物体之间的距离越远,它们之间的万有引力就越小。

万有引力等于引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方,其中G代表引力常量,其值约为6.67*10^-11单位N·m2/kg2,公式表示F: 两个物体之间的引力

G:万有引力常量

m1: 物体1的质量

m2: 物体2的质量

r: 两个物体之间的距离(大小)(r表示径向矢量)

依照国际单位制,F的单位为牛顿(N),m1和m2的单位为千克(kg),r 的单位为米(m),常数G近似地等于G=6.67×10⁻11 N·m2/kg2(牛顿平方米每二次方千克)。

万有引力彻底改变了我们对宇宙运行规律的认识,这一理论的形成不仅仅标志着科学方法在力学领域的成就,也揭示了宇宙中普遍存在的引力现象,它提供了一种普适的解释,能够描述天体间的相互作用和运动规律,通过研究物体之间的引力,牛顿成功解释了行星运行、月球轨道以及地球上物体的自由落体等现象,让人类对宇宙天体的运动规律有了大概得认知,除了万有引力定律之外,还有质能守恒定律E=mc^2,爱因斯坦的质能方程E=mc^2,可以说几乎无人不知无人不晓,公式如此简单,如此美妙,诠释了质量与能量其实是等效的。但更本质的东西其实是能量,质量只是能量的另一种表现形式而已。

1. 力=质量*加速度 F = m*a

2. 路程=速度*时间 S = V*t

3. 速度=初速度+加速度*时间,起初静止时初速度为0, 即V=a*t ,即a=V/t

4. 能量或做功=力*位移 E=F*S

第一步:把1和2代入4 ,得到E= F*S =(m*a)*(V*t)=m*a*V*t

第二步:把3的a=V/t代入上述方程,得到 E= m*V/t*V*t =mV2

第三步:当原子的速度达到光速时,V=c, 即E=mc2

这个公式告诉我们,一、即使是静止的物体也有其固有的能量。二、质量可以转化成纯能量。三、能量可以从虚无中产生质量。质能方程对于微观物理的研究有着相当大的作用:它解释了核变反应中的质量亏损问题,还解决了高能物理中粒子的能量的计算问题。而由于光速非常的大,即使是小质量的物体也包含着巨大的能量,所以它也是原子弹的理论来源。除此之外,普朗克长度也和宇宙密切相关,普朗克长度是根据普朗克常数和光速等基本物理常数计算得出的长度尺度,约为1.6 x 10^-35米。这个长度非常微小,远远小于我们常见的物体的尺寸。

有趣的是,普朗克长度与宇宙中的一些重要现象密切相关。例如,黑洞是宇宙中极其密集和强大的天体,其特性与普朗克长度有关。根据黑洞的质量和尺寸,我们可以使用普朗克长度来计算黑洞的一些重要参数,如事件视界和霍金辐射等。这表明普朗克长度与宇宙中极端物理现象的描述和理解息息相关。而且普朗克长度还能够和量子力学、广义相对论统一追求有关,在研究统一理论时,科学家结合量子力学和引力理论,能够更好的解释宇宙中微观世界和宏观世界的行为。

麦克斯韦方程组是经典电磁学的基础方程,它由四个方程组成,分别是高斯定律、高斯磁定律、法拉第感应定律和麦克斯韦安培定律,这四个方程在数学形式上可以用微积分形式或者积分形式来表示,其中微分形式更为简洁和对称,在1785年,法国科学家库仑用扭秤实验发现了两个点电荷之间的相互作用力和距离平方成反比的规律,后来德国数学家高斯在1813年将库仑定律推广到任意形状的电荷分布,并引入了电通量和闭合曲面概念,得到了高斯定律,在1820年,法国物理学家毕奥和萨伐尔发现了通电导线产生的磁场与电流强度和距离成反比的规律。高斯也将毕奥-萨伐尔定律推广到任意形状的磁场分布,并引入了磁通量和闭合曲面的概念,得到了高斯磁定律。

1821年,法国物理学家安培用数学方法总结了电流之间的相互作用力,提出了安培环路定律。1831年至1845年,英国物理学家法拉第发现了变化的磁场可以感应出闭合回路中的电流,并提出了“电力线”和“磁力线”的概念。当时这些定律还没有一个统一完整的理论,这时候英国物理学家麦克斯韦出现了,他在前人的基础上,用数学分析方法将它们统一起来,最开始由20个变量组成复杂的模式,经过简化后,变成了四个简单的方程,这些方程对人类发展科技影响非常大,而这些公式和方程都是依靠数字来组合起来的。通过这么多年来,人类对数学和宇宙的研究发现。

数学在物理学和天文学中发挥着重要的作用,物理学家和天文学家使用数学来研究宇宙的起源,结构和演化过程,这些数学模型不仅可以帮助我们解释观测到的现象,还可以预测未来的发展趋势,数学的深入研究,能够不断的推入我们对宇宙的 认识和理解,看到这里,相信有很多朋友会产生一个想法,有没有可能我们的宇宙就是通过各种数学公式和数字组合起来的,如果说事实真的是这样,那么我们的宇宙可能是被高级文明设计出来的,科学家认为,当一个文明的科技达到四级文明之后,他们就有能力制造出一个虚拟的宇宙来,只要将大量的公式和定律组合在一起,就能够形成一个新的世界。

其实这和做游戏是一样的,将大框设计好,将角色、剧情、关卡等等都加入进去,就能够制造出一个完整的游戏来,在我们玩游戏的时候,我们也是按照游戏的规则来进行的,这一点和我们的宇宙有些类似,在宇宙中,我们也只能够遵循宇宙的规律,或许我们的宇宙就是一个更加真实的虚拟世界,我们都是被高级计算机利用代码做出来的,这种可能性是很大的,在2018年的时候,来自西班牙巴斯克大学的恩里克.索拉诺研究团队,在IBM公司提供了5个量子比特量子计算机,用于量子生命的创造。恩里克.索拉诺研究团队计划按照达尔文的进化论,创造一个能够自己繁殖、变异、进化和死亡的完整量子生命。

实验过程中,研究人员利用量子纠缠的特性,将量子生命的基因编码期望值复制到新的量子比特上,这使得量子生命有了自我繁殖的能力,随后研究人员又将随机量子比特编码到该量子生命基因编码的量子比特算法中,然后将量子计算机利用该算法虚拟个体和环境之间的相互作用,自我复制提取新的基因类型,通过量子纠缠转移到另一个表示衰老和死亡的量子比特上,最终,研究人员通过这些个体之间的相互作用,一共繁殖和突变了26000次以上。如果这项实验成功,那么人类将会创造出一个全新的世界来,目前这项技术还在积极的研究当中,既然人类能够做到这一点,那么对于高级文明来说,也能够做到这一点,只不过目前人类还没有找到宇宙中的BUG,未来随着人类科技的进步,说不定人类能够解开这个奥秘。

-转自快资讯可汗屋舍