数学为何如此艰深?为何数学如此强大?物数哲神科又有什么关系?
数学的强大源自何处?为什么数学总让人感到困难重重?学习数学的意义何在?物理、数学、神学、哲学与科学之间又有什么关系?
本文,将会给出一种视角下的答案。
主题目录如下:
又什么又数学为何强大
数学难在哪里
数学的艰深之处
数学与我们的关系
学习数学的意义
物理、数学、哲学、神学与科学
数学为何强大
数学根本性的重要作用,就是——预测未来。
数学抽象出万物结构之间的关系,通过公式呈现关系的逻辑性,通过严格证明保证公式的正确性,最后这些公式——因为刻画了万物结构之间固有的关系,从而使我们能够对事物的发展,进行有效准确的预测。
而数学证明所使用的方法——推理与归纳,这两种思维模式,就是对万物内在规律,进行抽象总结的有效模式(即方法论)。
由此可见,数学公式提供了——预测工具,数学思维提供了——预测模式(它可以创造预测工具),合起来即是:数学提供了预测未来的能力。
那,预测未来有何作用?
从某种角度来看,预测未来就是人类智能的体现,即智能越强大,对未来的预测就越准确。而数学作为大脑思维的产物,其代表的——就是大脑预测能力的延伸与延展,即智能的效用。
事实上,大脑无时无刻不在预测未来,短期预测——形成了下意识与直觉,长期预测——形成了决策与选择,前者是本能,后者是智能(与本能)。但正是凭借智能的效用,不断调整预测误差,提高预测未来的能力,我们才能够推动事物的发展,创造期望中的未来。
而作为无处不在的二级混沌系统(受预测影响的系统),其结果非常依赖于预测行为本身,即:预测参与决定了结果。那么这种情况,预测未来其实就是在创造未来,即:预测未来最好的方式就是创造预测的未来,而这取决于预测未来的准确率。
那么,预测未来——其实有预测范围和预测时间两个维度,也就是说预测准确率,会随着预测范围和时间的增长而不断下降。而预测能力越强,预测准确率就会越高,可以预测的范围和时间也就会越广泛。
显然,数学公式(即预测工具)能够在特定范围内,进行忽视时间的准确预测,但超过了一定范围(或边界),其预测准确率就会开始下降。而数学思维(即预测模式),则可以在提供充分数据和算力的情况下,进行更大范围和更长时间内的有效预测。
综上可见,数学预测未来的能力,正是人类文明能够发展,并发展到今天的重要基石。当
然,从基石到建筑,从预测到结果,中间需要并隔着的是——迭代试错,而这个过程就是不断地调整预测误差,然后逼近预测结果(或永远无法抵达,就换个方向继续迭代试错)。
数学难在哪里
有三个层面:
第一,信息路径的缺失。
数学游戏的规则,注定了每一步都有迹可循,每一次推理都有逻辑的前后关联,那么在环环相扣的上下文之间,必定就会有一条——可抵达与可理解的路径。但如果,缺失了构建路径的哪怕任意微小的一个环节,那么整条路径就会被隐藏起来,或是变的不可理解。
学习数学,就是要把整条信息的逻辑路径(即逻辑链)存储到大脑(结构)里——这依赖于与整条路径相关联的千千万万条路径——而这就是信息的积累和认知的上下文。
那么,数学推理过程中的不可理解,就意味着这个过程的步骤,没有详细到每一步的信息
呈现,都足以让一个人的信息积累,拥有可抵达的路径。所以,不同的人,有着不同的信息积累(即不同的脑神经结构),理解相同推理过程的难易度,都将会是不同的。
第二,本能的排斥抽象。
数学的抽象,让其完全脱离了现实,而大脑天生就喜欢存储与现实息息相关的信息——因为这有利于适应环境,从而在进化过程中,被环境筛选留存下来。
那么,数学信息的抽象与脱离现实,就有很大的概率让——基因构建的本能算法,所排斥。
埃隆马斯克,就曾说,“我们大脑的进化方式是记住跟我们相关的事物,所以一定要建立相关性,不然记忆的过程会很痛苦,也很困难,因为看上去太抽象而无关紧要。所以必须有相关性和重要性,要理解事物的原因,才能自然而然地吸收知识。”
而如果进化本能(基因信息的排列组合)随机到了——“强烈排斥抽象”的这个模式,就会严重影响信息路径的积累,从而让层层路径依赖的数学学习过程,变成一个步步惊心、举步维艰的恶性循环,最终无可避免地演变成——从入门到放弃的结局。
显然,有些进化本能,并没有随机到“排斥抽象”的模式,而是随机到了“喜欢抽象”的模式,这就会发展成为——对数学(即抽象)的好奇、探索与热爱,甚至是“无尽的爱”——这称之为数学天赋(这种爱,可能还伴随着惊叹、折服、兴奋、崇拜、欲望与征服等复杂情感)。
第三,信息的不对称。
很多有数学信息积累和训练的人,在使用语言或文字叙述证明过程时候,会不自觉或下意识地省略某些在他们看来,是已知或显而易见的过程及步骤,更或是,他们会把某些重要(但别人未必知道的)结论,来当做推理的基础或前提。
那么缺少了这些过程、步骤、基础和前提,必然就会让证明过程变得难以理解,或是不可理解。这都是因为信息不对称——形成了推理路径上下文逻辑关联信息的缺失,所造成的结果。
当然,解决这个信息不对称的办法,不能是依靠别人事无巨细的解读,或给出一个冗余繁琐的推理过程。
因为大脑,是会遵循最小能量消耗来处理问题的,而共识的认知基础,就是一种简洁和捷径——代表着能量的最小消耗。并且,为了配套能量消耗的算法,人类心理还进化出了一个本能模式,即是:每多一分知识,就会少一分对没有这个知识人的理解。
那么,这就会让一个人的信息积累,与鄙视成正比,与耐心成反比——而这都是本能模式的运作。
所以,唯有通过不断训练,来提高个人的信息积累,才能彻底解决信息不对称造成的——理解困难与交流困难(否则就只能不交流了)。而这在无形之中,就形成了数学的信息壁垒。
最后,德国数学家——菲利克斯·克莱因,曾说过:
“数学最令人困难的地方,在于不管任何人,想要进入它,就必须在自己心里,依靠自己的力量,一步一步的把它的发展(推理演绎)再现一次。所以,哪怕只是掌握一个简单的数学概念——如果不能把它所赖以成立的所有前提(信息上下文),以及它们之间所有的相互联系(逻辑路径),都加以理解消化——那么,则都是不可能的。”
由此可见,或许理解一个数学问题,所需要的细节,就是信息在大脑的神经网络结构中,产生具有逻辑相似性或一致性的——映射结构(路径与回路)。