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●外部实在假说意味着,“万物理论”(外部物理实在的完整描述)没有任何“包袱”。
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●一个不带任何“包袱”的描述,正是一个数学结构。
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这两条关键点恰恰证明了数学宇宙假说,即被万物理论所描述的外部物理实在,就是一个数学结构[52]。结果就是,如果你相信我们的外部实在是独立于人类存在的,那么你也必须相信我们的物理实在是一个数学结构。只有它才是不含“包袱”的。也就是说,我们都栖身在一个巨大的数学对象中,它比正十二面体还要精致优雅,可能比卡拉比-丘流形(Calabi-Yau manifolds)、张量丛(tensor bundles)和希尔伯特空间等拥有吓人专业名字的最前沿物理学概念更加错综复杂。我们宇宙中的万事万物,都是纯粹的数学——包括你在内。
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数学结构到底是什么
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“等一等!”每当一个物理学理论或主张提出一些亟待解决的问题时,我的好友贾斯汀·本迪斯就会这样喊道。而数学宇宙假说则提出了三个此类问题:
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●到底什么是数学结构?
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●为何我们的物理世界是一个数学结构?
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●它是否能作出一些可供检验的预测?
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我们将在第10章和第11章分别探讨第二个和第三个问题。现在,让我们开始探索第一个问题——第11章中,我们将回到这个问题,进行更详细的讨论。
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“不朽对局”的棋局
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前面我们看到了人类如何为我们的描述添加上各种“包袱”。现在,让我们来看看对立面——数学抽象如何能消除“包袱”,剥离至万物赤裸的本质。我们先来看看那个被称为“不朽对局”(Immortal Game)的棋局(见图9-6)。对局中,白棋引人注目地牺牲了两个车、一个象和一个后,用剩下的最后3个轻子完成了将死。这个对局最早于1851年出现在阿道夫·安德森(Adolf Anderssen)与莱昂内尔·吉塞芮茨基(Lionel Kieseritzky)的对弈中。每年,同样的棋局都会重复出现在意大利的马罗斯蒂卡(Marostica),世界各地的象棋爱好者会涌至此地,重复这个对局,有的棋手还会装扮成棋子的样子。一些棋手(包括我弟弟佩尔、他儿子西蒙和我儿子亚历山大,图9-6左一)会使用木头做的棋子;还有一些人会用大理石或塑料做成不同形状和大小的棋子,棋盘有的是棕色和米黄色相间,有的是黑白相间;还有一些则是虚拟的三维或二维计算机图像(图9-6右一)。但是你会觉得,这些细节都不重要——当棋迷们用“美丽”这个词来形容不朽对局时,他们并不是指棋手、棋盘和棋子具有吸引力,而是指一个更抽象的实体,一场抽象的比赛,或者说是棋子运动的序列。
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图9-6 一场抽象的象棋比赛与棋子的颜色和形状无关,也与棋子是在物理存在的棋盘还是虚拟的计算机渲染图像上运动,或是所谓的代数记谱法上运动无关——它都是同一场棋局。类似地,数学结构也与描述它的符号无关。
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现在,让我们来看看人类是如何描述这些抽象实体的。首先,一段描述必须明确而具体,所以我们发明了客体、语言或其他符号来表示抽象的思想,比如,在美国,我们把可斜着走的棋子叫作“主教”(bishop)。其次,这个名字显然是很随意的,换个名字也无妨——实际上,法国人管这个棋子叫作“小丑”(fou),斯洛伐克人称之为“射手”(strelec),瑞典人称之为“跑者”(l pare),而波斯语称之为“象”(fil)。然而,我们可以引入一个强大的武器,将这些不同的称谓统一起来,让不朽对局保持独一无二的特性。这个武器就叫作“等价”。
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●我们将同一个事物的两个不同描述定义为“等价”。
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●如果两个描述是等价的,则它们描述的是同一个事物。
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比如,我们都一致认同,如果两个对棋子位置的描述的不同点仅在于棋子的大小,或棋手母语对它的不同称谓,那这两个描述就是等价的。
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等价
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如果两个描述之间存在一个保留了所有关系的对应性,那么这两个描述就是等价的。
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所有的语言、概念或符号,如果它们只出现在某些而非全部等价描述中,那么很显然,它们就是可有可无的,因此都是“包袱”。那么,如果我们想要深入至不朽对局的真正本质,到底要剥离掉多少“包袱”呢?很显然,答案是许多。因为计算机在下棋时可以不涉及任何人类的语言和概念(如颜色、材质、大小和棋子的名字)。要完全理解我们到底可以走多远,需要先对“等价”下一个严格的定义。
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象棋涉及抽象的实体(不同的棋子和棋盘上不同的方格)以及它们之间的关系。比如,棋子与方格的一种关系是前者在后者之上。还有一种关系是,棋子允许移动到某个方格。比如,在我们的定义中,图9-6中间的两幅图是等价的:三维的棋子棋盘和二维的棋子棋盘之间存在一个对应关系,不管三维的棋子位于哪个方格中,在二维棋盘中都能找到一个对应的棋子位于对应的方格中。同样,对棋子位置的纯英文描述与纯西班牙文描述是等价的——只要你有一本英文和西班牙文相对应的词典,你就可以将西班牙文的描述翻译成英文的描述。
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当报纸和网站在介绍棋局时,通常会采用另一种等价描述即所谓的“代数记谱法”(algebraic cless notation,见图9-6右一)。这种形式中,棋子并不是以文字或物体的形式呈现的,而是用单个字母(比如,象用B)来表示,而方格用一个代表列的字母和一个代表行的数字来表示。由于图9-6右图中对棋局的抽象描述与一段在实体棋盘上下棋的视频是等价的,所以,在后者中,所有不包含在前者中的描述都只是“包袱”——从棋盘的物理实体到棋子的形状、颜色的名称。甚至代数记谱法的特性也是“包袱”——当计算机下棋时,它们采用的是另一种抽象描述来代表棋子的位置,只涉及内存中0和1组成的特定模式。那么,当你剥离所有的“包袱”,还剩下什么呢?这些等价描述究竟在描述些什么呢?不朽对局本身,100%纯净,不含任何“添加剂”。
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包袱与数学结构
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我们对抽象的棋子、棋盘及其相互关系的研究,是一个更广泛的概念的例子,即数学结构。这是现代数理逻辑中的一个标准概念。我将在第11章给出一个更技术性的描述,但是现在,我们只需要这个非技术性定义就够了:数学结构是指一组相互关联的抽象实体。
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