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隐藏在数学、物理学、化学、生物学背后,被我们忽视的基本规律

约公元700年,印度人创造了现代使用的阿拉伯数字,将人类认识的世界从一个感性世界导入到一个纯粹的数字理性世界;1687年牛顿建立万有引力和1905年爱因斯坦发表了相对论,将我们认识的世界导入在引力中;1859年,达尔文发表物种起源,进化论解释我们为何要认识世界;1859年,门捷列夫归类化学元素周期表,将我们认识的世界分解成63种元素。一次又一次创造与发现,我们认识世界的方式从感性驶向理性,应用数学审视世界的逻辑规律、物理学揭露世界的运行规律、化学判定世界的组成规律、以及生物学呈现了行为规律。

逻辑规律———数学

在两千年前,有一位数学大家,提出了著名的毕达哥斯拉定理,也就是勾股定理,直角三角形的斜边的平方等于直角边的平方之和,从而一举奠定他在西方数学史上的地位。在不断地对于数学研究下,他发现这个明晃晃地世界背后全是由数学,或者说是数字决定,例如他发现了声音与数字的对应关系。因此,他建立了历史上第一个科学的邪门教派,奉数字为神明,为世界乃至宇宙的运行真理。他就毕达哥斯拉,历史上第一个科学的疯子。

古希腊哲学家、数学家毕达哥斯拉

到今天,我们都明白,数学不可能是世界乃至宇宙的运行规律,但它却是人类认识了解世界宇宙的逻辑规律。没有数学,也许人类将会一直停留在世界宇宙运行规律的门槛前而一无所获。人类认识任何一种规律的做法都是从众多的普通现象中总结出一条,经过反复的验证无误之后,将之上升到规律而推广。这是一条化繁为简的路子,适合和人脑的认知的运作方式。人脑不能如现代计算机的深度学习一样,为了知晓“什么是猫?”,而储存千百万张猫的照片来进行全方位的定义。假如是要如此对待人脑,相信它早就当机罢工了。

在所有的对于世界宇宙运行规律的表达中,唯独数学可以做到简洁而美观,用一个简单数学式阐述一套需要成百上千页文字才能叙述解释的规律。它非常适合人脑对于认识了解世界云中背后的运行规律的要求。除此之外,数学还代表着准确和理性。


众所周知,任何的规律背后都是中性的,不带有任何的情感在内。但是人,这种生物几乎是以情感为生存依据,据统计人类所作出的解决和选择,至少有80%是依靠情感做出的。并且在用文字表述一些决定性概念,总是会带有一定个人的情感色彩在内。这完全不利于人类在科学上的进步和对世界的进一步认识。数学完美的解决了这个问题,从0到无穷,任何一个数字,任何一个数学符号,都不带有一丁点的人类情感,完全的中立性质。而且,这些数字和符号一经验证那就代表着正确,那就代表了绝对的理性。

所以,数学是人类认识了解宇宙世界的逻辑规律。

运行规律———物理学

从牛顿的万有引力开始,统领西方科学的亚力士多德的自然哲学观彻底破灭,自然科学迎坡而上取得胜利的高地。物理学致力于探索宇宙世界背后的运行规律,让人类自己更加清楚的了解生活在一个怎样的宇宙世界中?这个宇宙世界又是怎样的运行的?


伟大物理学家牛顿

从万有引力到相对论,再到量子理论,每一个理论都在改变我们对宇宙世界,甚至我们周边的认知。人类只有在物理学的辅助下,才能深入认知整个宇宙世界。

万有引力,解决了日常生活中面对了一个普通的却又没人知晓根本原因的问题,那就是长在树上的苹果为何只会向下掉落,不会向上掉落?看似它作用仅在于此,但实际上它塑造了一套全新的世界观。在万有引力之前,伽利略、哥白尼等等都提出过太阳中心论的学说,结果都遭受了无情杀戮,其观点都没有得到广泛传播。而牛顿的万有引力则不同,他用一个简单的数学公式,不但征服了当时的科学界,更是征服了宗教,更是赢得平民的敬意,所以他成功了。人类的世界观从地心说,彻底转变成日心说。

相对论和量子理论,则是在比万有引力更深次的改变人类对于宇宙世界的认知。两者似乎都是从上帝的角度对整个宇宙世界做出全新的解释,相对论从时空的角度塑造了一个崭新的宇宙世界,而量子论则是在微观角度上阐述了一个更为真实的世界。

组成规律———化学

1869年,在化学的历史上发生一件震惊人类纪元的事件,俄国化学家门捷列夫按照相对原子质量大小制成了第一份元素周期表。在第一份元素周期表上,总共有63种已知的元素,截至到现在已经增加至118种元素,这些元素就是构成宇宙世界的根基。


苏联发行的一枚纪念门捷列夫的邮票

这些元素又是如何结合成物质的呢?元素之间形成物质依靠的是元素本身的电子得失,化学将此称之为化合价。元素之间相互结合的过程中,元素外层的电子会因其他元素牵引而发生便宜,形成共用的电子,从而导致原始之间相互契合形成物质。

物质形成之后,相互之间又因为各种相应条件的到达发生反应,这就是我们常见的化学反应,如氢气和氧气虽然能够共存于地球的表层,但是只要是两者之间出现火这一反应条件,氢气和氧气相互结合生成水,H2+O2=H2O。宇宙世界中的种种物质都是通过此类方式所形成,包括生命体在内。

总的来说,物质按照化学的反应规律即是否会发生电子的便宜来形成整个宇宙世界,当然不可忽视的一个条件是催化物的存在,没有足够的催化物来推动各种物质间发生反应的话,整个宇宙将会显示特别单调、空洞、乏味的世界,也就别提还有什么人类了,也就是一些四处游荡的原子存在。

行为规律———生物学

亚里士多德在2000多年前提出“目的论”来解释整个宇宙世界是按照某种目的在运行的,在近现代科学崛起之后,目的论溃败,宇宙世界背后的规律是中立,没有任何的情感和意识存在,也就没有所谓的目的一说了。但是,这仅是对于非生命世界来说是完成成立,因为生命体是有目的,生命的行为都是依靠这个目的来推进的。


发现遗传规律的孟德尔

达尔文的进化论和孟德尔遗传机制相结合,我们就能看到一种忽隐忽现的“目的”存在生命当中。进化论告诉我们,“物竞天择,适者生存”,那么如何才能达到“适者生存”呢?进化,不断是自身进化出对于自然环境最适应的特质或行为,可进化又是如何实现的呢?繁衍,进化通过不断繁衍,将某些适应性的特质或行为遗传给到后代,使得后代能够发挥出最大的适应性。当加上遗传机制之后,我们会发现进化根本原因在基因复制出现错误(其他基因出现错误原因暂且不论),基因复制错误,导致后代所根据基因所构建的生命躯体或者行为发生改变,从而发生适应性的筛选,达到“适者生存”的目的。

如此,我们就发现了生命体的目的---基因的复制,生命体的一切因为都为了族群的基因能够顺利地完成复制,而且是尽可能多的复制。生物学依据生命体的“目的论”将可以对生命体的多数看似迷糊的行为。如此,生物学构建了生物体的行为规律。

结语

如同建一座摩天大楼一般,深达几十上百米的地基就是由数学堆积而成,坚硬牢固的墙体就是物理学浇筑的,富丽堂皇的内外装潢就是多样的化学反应铸就,匆匆忙忙穿梭于大楼的生命则是生物学所掌控的。科学界彷佛总是一个幻想,那就是发现或者搭建一套“全一统”的科学理论,可以解答所有问题的科学理论,尤其在自然科学理论。今天,终于又离这个目标近了一点点。

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