★·°遇見、堇色年華 ﹏

【十里桃花】等那个对的人

【十里桃花】等那个对的人

周围的人,都结婚了,只剩下自己单身。 你是不是着急了? 我不知道,你有没有去过那种很火的餐厅,需要排队的那种,你领了一个号码牌,坐在门口等着叫号,因为你爱极了他们家的一款招牌卤肉饭,你透过窗户看见里面的人吃的很开心,此时,你的肚子饿的咕噜噜的叫... 阅读全文

【十里桃花】等那个对的人

周围的人,都结婚了,只剩下自己单身。


你是不是着急了?


我不知道,你有没有去过那种很火的餐厅,需要排队的那种,你领了一个号码牌,坐在门口等着叫号,因为你爱极了他们家的一款招牌卤肉饭,你透过窗户看见里面的人吃的很开心,此时,你的肚子饿的咕噜噜的叫。


也许,你懒得继续等了,你在路边摊叫了一份黄焖鸡,匆忙的吃完了,但是心里,还是惦记那碗卤肉饭。


也许,你继续等待,直到你吃了那碗饭,然后,一整天,都很开心。


第二天,也许你忘记了那碗饭,但是,偶尔想起来,你仍然很开心,因为你得到了你想要的,那是你用等待换来的,因为你知道等待什么,你才等的理直气壮。


有时候,你觉得迷茫,觉得着急,是因为你不知道在等待什么。你说,等一个适合结婚的人。


适合的人,什么样子? 


也许你会说,人品好,三观一致,疼你宠爱你。


这三个点抛到茫茫的人海里,你依然找不到你要的那个人,不是这样的人不存在,而是,这三个点体现在每一个人身上都是不一样的,可是,如果你对一个人有好感,你愿意慢慢接触他,了解他,你才有机会碰到那个对的人。


这世上,爱情不像现成的卤肉饭让你去等,你必须知道你在等待什么,你才等的心安理得,因为你知道,那种等待是有结果的。


等待是一段很好的增值期。


你不必慌张,才有时间让自己变的更好。有的人35岁碰到爱情,那是正当好年纪,有的人70岁碰到爱情,那也是正当好年纪,你活过一次,理直气壮,心怦怦跳,热血澎湃,那才有意思。


没意思的是,你25岁匆匆忙忙结婚,受了一肚子的委屈,回头怨自己傻,以为婚姻不过如此。


希望你结婚是因为碰到对的人。


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辛几何&李代数

科学家首度发现人类灵魂,人类的灵魂就是超弦

科学家首度发现人类灵魂,人类的灵魂就是超弦

     人类真的有灵魂?千百年来,这是人们一直都在争论的问题。科技发展到今天,我们已经由看得见的物质研究到了看不见的原子、质子、夸克到中微子。现在又发现了比中微子更小物质&&超弦。科学家说,人类的灵魂就是超弦。   一批来自世界各国的科学家对一个死人进行实验,结果发现一个惊人的秘密,他们对死人通电…… ... 阅读全文


  科学家首度发现人类灵魂,人类的灵魂就是超弦
 
  人类真的有灵魂?千百年来,这是人们一直都在争论的问题。科技发展到今天,我们已经由看得见的物质研究到了看不见的原子、质子、夸克到中微子。现在又发现了比中微子更小物质——超弦。科学家说,人类的灵魂就是超弦。
 
  一批来自世界各国的科学家对一个死人进行实验,结果发现一个惊人的秘密,他们对死人通电……
 
  死后有鬼魂的存在,鬼魂是一种什么东西呢?其实,鬼魂和身体的关系就象电磁波和对讲机的关系。鬼魂也就是一种磁场,有记忆的磁场。鬼魂和肉体是这样的关系:人分肉体和鬼魂两部分,身体为鬼魂服务,鬼魂又依赖于身体,器官的存在是为了身体健康保留,这样才使鬼魂不消失。


 
 
  鬼魂的形成--当胎儿在母体的时候,开始的前三个月是很弱的,甚至可以说没有的,它的来源取决于大脑活动和体液(最主要的是血液,体液都是带有电离子的)的流动而形成的。对所有的动物死后都有鬼魂,也就是只要有电离子流动的生物个体都会形成电流,有电流就有磁场。当胎儿三个月后,大脑逐渐的发育并且于母体的血液流动增多,渐渐形成了鬼魂。初生婴儿的身体接近于原始,所以很多的小孩(6岁)以下会看到鬼魂,他们不是在用眼睛看,而是自己的鬼魂和鬼魂的交流(3岁以下的小孩的视力范围是很近的),这时的小孩的身体和鬼魂的结合不是很融洽,容易受惊吓等原因而分离,这就是俗语的“丢魂儿”。
 
  鬼魂的成长和成熟:随着人身体的增长,鬼魂逐渐的和身体紧密结合,人所有的记忆由鬼魂储存,大脑起介质的作用,就好像磁盘上的信息和磁盘上的磁粉的关系,但又不完全相同,鬼魂又不完全依赖大脑而存在,它有自己**的磁场记忆方式。就好比磁盘上的信息以电磁波的方式发送出去了,它们任何时候都可以被自己的大脑接收显示。需要说明的是磁场记忆依赖大脑的构造(磁盘上的磁粉位置和排列),如果不恰当就产生了白痴。如果记忆只是单纯的象某些科学家说的“大脑褶皱”起作用的话,有报道说白痴的大脑褶皱为什么不比正常人少呢?有科学家试验说,人每天摄取食物所应该产生的能量远远大于人每天发热所消耗的能量,那么相差的能量去哪儿了呢?就是被大脑以电磁波的形式发送出去了。有人可能要问,那电磁波为什么我没有接收到呢?带着这个问题,请您继续往下看。
 
  鬼魂与身体的分离--当人的器官损坏或身体虚弱衰老的不能产生足够的能量时,鬼魂便与身体脱离了,确切的说,是身体先死亡,鬼魂才离开身体,而不是鬼魂离开身体后人才死亡。鬼魂才离开身体后会继续的存在,它们可能会被与它们原先身体有相同属性的个人身体接收,这就是人们说的鬼魂附体,所以这些被鬼魂附体的人会知道很多鬼魂原身体个人的秘密。有人会担心鬼魂会不离开所附的身体,这是多余的,虽然它是暂时附体了,但是它所附的身体和原来的毕竟没有完全相同,所以不会提供给它能量使它延续,它在附体后也就会消失了,能量被耗尽。还有人会疑惑,那从古到今,世界上该有很多鬼魂了吧,到处都是啊?回答是“不是的”,鬼魂是一种磁场,当遇到强大的其他磁场的打击后会被打碎,譬如遇到雷电所产生的强大磁场。所以很多的鬼魂被消灭了。这就是人在“丢魂儿”后如果没有遇到雷电的天气还可以找回来的原因。


  世界就是由物质组成,其中也包括时间、鬼魂,时间、鬼魂只是我们没有完全认识的的一种的物质形式。
 
  鬼魂也是物质的,它是一种跟磁场差不多的场,我姑且叫它“鬼魂场”,跟两个磁石之间有磁场是一样的。而这种场一旦被我们人类认识和利用后将产生历史上的重大变革。
 
  鬼魂有自己的活动。当我们的身体休息的时候,有时它们不休息,到处乱逛,并模糊的存储下来,但是它没有借助身体的帮助,所以是模糊的。不知道你有这种感觉没有:某天你到某个地方或发生某件事情时你会惊奇:咦!这个地方(这个经历)我好像经历过啊!
 
  科学家发现微中子即灵魂。当今世界最惊人的发现 , 科学家发现微中子即灵魂、即佛家的中阴身. 世界上这些诸多的不可思议的现象,怎么解释呢?全世界尖端的科学家,多年来一直在努力,从七十年代到八十年代,根据相对论与量子力学而发展的新物理学,在各方面都有卓越的成就,例如:宇宙大爆炸源起学说及证据的发现;粒子的发现:四度至十一度空间的发现:超光速的发现:无限多元超级宇宙的发现;医学进入四度空间,太空探险船探测土星木星:生命起源之迷揭晓———各种成就美不胜收,而这许多新科学的发现,几乎每一件都可以成为佛经奥秘的解释和旁证!
 
  几十年前,物理学家发现了微中子,微中子比电子小二十至八百倍不等,它是一种无形无体的虚无的一种能,它能穿透任何物质,美国科学家观测了三十多年,发现没有一粒微中子衰变,不衰变就是不死亡,人体全身每个细胞都有微中子,如果将这些微中子连接起来,自然也构成一个物质躯体的形象,这就是佛经中讲到的中阴身,中阴身就是微中子等类非物质的能。在电影聊斋中,我们看到鬼魂对有形的物质来去自如,实质就是这种可以任意穿透一切物质的微中子所特有的物理现象,从那时起,世界尖端科学终于找到了众生都有一个永生不死的可以转位的能量——灵识。佛门中有修行的人,懂得怎样使脑波集中,使中阴身不散不乱,可以穿越三界或多度时空。但一般人利欲熏心,迷了本性,脑波不会集中,也因拼命吃肉吃荤,甚至酒色无度,肉体疾病丛生,死后中阴身散尽,但是有些心愿未了的人,可能挂念子孙或伴侣,他的中阴身就不会立时散尽,可能仍有那一点未了的心愿,维持微中子不散,所以会有鬼魂来看亲人的事发生。我的老师讲过这样一件事:“我现在的住宅,刚搬来时,白天也能见到一个瘦小老年男人,不停吐口沫,晚上见到—个肥胖的妇女,笑容满面,到我的房中,亲热地称我为儿子。我知道他是异物,但没有害怕,于是就念佛、念咒,这异物并无恶意,说是来看看故居,又说很喜欢我能照顾这房子,以后就再也没出现了,我记下了他们的面貌和衣着打扮,访问附近的老人,一提邻居就知道,说那是房子从前的主人,夫妇都是医生,已经死了十多年了。也有些人因悲苦和冤屈、冤魂也会不散,直到申冤后才散去,中阴身能维持很久远的年代,世人大多数不学佛、不懂佛理,不知如何保护自己的中阴身,他们不守戒,不能定慧见性,没有孝行贤德,也没有慈善之举,庸庸碌碌,在名利酒肉和色欲中享受,有些人杀生无数以牟利或饱口腹,更有害人及罪犯,平时做事奸诈阴险、不相信佛说宇宙中有因果报应的规律,这些人的肉体死亡之后,他们身上的微中子没有心力的维系,很快就散了,佛经说随风飘荡,依草附木,任何一个人,不管他地位有多高,物质有多少,破了佛说的根本戒,微中子就破碎,这是佛的智慧,说破了宇宙运动法则的天机,世人不识宝!

  宇宙中的自然规律是决不会因为你不信而减少惩罚
 
  这些罪业深重的人,微中子有—种被污染的场质相近的空间立刻吸过去,因而这些中阴身有的到了黑洞,有的到了冰山,有的到了火山,有的因受业力的反弹而感觉到报应的痛苦,有些屠户死后,感觉到被千刀剐万刀剁,有的象被投身于油锅炸酥般的痛苦,种种痛苦都是自己恶业幻化,阎罗天子是维持宇宙中一切平衡的超自然力量,他以—种能量形式存在于另一时空。凡是恶人无非就是自我心太重、自我越重识力越无明,不能选择前途,死后随恶业力的反弹,转猪狗牛羊、鸡鸭鱼虫而不知。
 
  修行人识力光明清楚,念佛不辍,使自己的中阴身的微中子聚会不散,再加多善行功德,获得宇宙中善果的报应,得佛菩萨超级大愿力能量接引,于是进入光明永恒的极乐世界!大家应知佛学是至善圆满的教育,佛学中的一切学问,建基于无上的智慧,佛学对宇宙的认识是非常深入独到了,它是符合超级宇宙原理的,世界著名的物理学家威斯柯夫说过:“在科学上几乎每一件事都是超过你直接经验的”今天活在世上的每个人,都不应该以主观经验去看待宇宙,对待人生,否则你将面临六道轮尘的选择,千年铁树花开易,一失人身再复难!我们应该认真至诚的去研究和接受佛学的教育,要搞清佛理,反对迷信,有些人每天烧香拜佛,但做事还少不了缺德,这些人不懂得佛学道理,更不了解因果规律是宇宙的重要法则,这些人以我为中心,以自私自利为人生的准则,他们是在搞迷信,他们不懂命由我立,这些人死后,是难逃恶报的!著名科学实验再次证明佛菩萨的存在
 
  万物皆有佛性的科学证明
 
  藏传佛教的修行者,主要通过观想和念咒来获得成就,数以十万计的修行者即身成佛(肉身化作彩虹飞去)。很多修行者都体验了很多修行者都体验了佛菩萨亲临身边传法这样不可思议的事情。很多还没有什么修为的佛弟子有过这样的体验:遇到极度危险时立即念某个咒语,或者念观世音菩萨的名号,立即化险为夷。在普通学人特别是普通百姓看来,这完全违反科学规律,除非是密切注意科学进展的物理学家,很多搞科学的人是断然接受不了的,于是就斥为迷信。
 
  其实,在现实生活中,有很多类似的远距感应并相互作用的事情让大家感到不可思议。
 
  在孪生兄弟之间,当一个人经历痛苦的时候,另外一个人立即就有感应,甚至会有一模一样的痛苦。有的夫妻或者父子之间,当一方经历极大痛苦时,另外一方也能迅速感应到。我以前一位男同事,某日早上身体极度难受,内心翻腾不已,几次呕心欲吐,无法集中精力工作,很快,其母亲从老家来电话告诉他父亲刚刚跌倒去世。
 
  所有这些,究竟是怎么回事?
 
  其实,对这些奇怪的事情,理论物理学已经从理论和实践上获得了确切的证明和解释,只是,众多生命科学学者不了解这样的巨大进展,普通百姓更无从知晓,而佛教当然更是不屑于科学来证明的。
 
  那么,科学究竟发现了什么呢?
 
  一九八二年,法国物理学家艾伦钒?古煽颂兀?lainAspect)和他的小组成功地完成了一项实验,证实了微观粒子之间存在着一种叫作“量子纠缠”(quantumentanglement)的关系。在量子力学中,有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系,不管它们被分开多远,都一直保持着纠缠的关系,对一个粒子扰动,另一个粒子(不管相距多远)立即就知道了。量子纠缠已经被世界上许多实验室证实,许多科学家认为量子纠缠的实验证实是近几十年来科学最重要的发现之一,虽然人们对其确切的含义目前还不太清楚,但是对哲学界、科学界和宗教界已经产生了深远的影响,对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。不管两个粒子(有共同来源)距离多么遥远,一个粒子的变化立即就影响到另外一个粒子,这就是量子纠缠。准确来说,所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题,并在量子计算和量子通信的研究中起着重要的作用。
  以两个以相反方向、同样速率等速运动的电子为例,即使一颗行至太阳边,一颗行至冥王星,如此遥远的距离下,它们仍保有特别的关联性;亦即当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。如此现象导致了“鬼魅似的远距作用”(spookyaction-at-a-distance)之猜疑,彷佛两颗电子拥有超光速的秘密通信(就像念动咒语)一般。“鬼魅”(spooky)一词出自爱因斯坦之口,他曾经发现,这种“鬼魅般的超距作用”(spookyaction at adistance)在众多实验中一再出现,似与狭义相对论中所谓的局域性(locality)相违背。因此直到过世前他都没有完全接受量子力学是一个真实而完备的理论,一直尝试找到一种更加合理的诠释。这也是当初爱因斯坦与玻理斯凡ǘ嗨够?⒛缮?罗森于1935年提出以其姓氏字首为名的爱波罗悖论(EPRparadox)来质疑量子力学完备性的原因。

 
  量子纠缠证实了爱因斯坦不喜欢的“超距作用”(spooky action inadistance)是存在的。量子纠缠超越了我们人生活的四维时空,不受四维时空的约束,是非局域的(nonlocal),宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。量子非局域性表明物体具有整体性。简单地说,量子非局域性是指,属于一个系统中的两个物体(在物理模型中称为“粒子”),如果你把它们分开了,有一个粒子甲在这里,另一个粒子乙在非常非常遥远(比如说相距几千、几万光年)的地方。如果你对任何一个粒子扰动(假设粒子甲),那么瞬间粒子乙就能知道,就有相应的反应。这种反应是瞬时的,超越了我们的四维时空,不需要等到很久信号传递到那边。这边一动,那边不管有多遥远,立即就知道了,即一个地方发生的事情立即影响到很远的地方。这说明,看起来互不相干的、相距遥远的粒子甲和乙在冥冥之中存在着联系。这与我们人的意识作用非常相似!
 
  实证科学在研究意识中遇到的困难是,无法用我们人类熟悉的时间、空间、质量、能量等来测量意识,但是我们每一个头脑清醒的人都知道自己的意识是存在的。如何来研究无法用常规方法测量而又存在的意识呢?
 
  目前有些学科在神经和大脑上对意识进行了广泛而深入的研究,虽然对大脑的许多功能有了不少的了解,但是对于意识本身仍然是个迷,仍然无法解释“意识的难题”(the hard problem of consciousness)。“意识的难题”是指体验与感受的问题(the problemofexperience),例如对颜色、味道、明暗等等的感受,对价值观的判断等等。“意识的难题”近年来重新触发了哲学上长期解决不了的争论,即意识是从物质中突然出现的,还是万物皆有意识(中国古代叫万物皆有灵性)?
 
  自笛卡儿以来的西方主流世界观认为物质决定意识,意识是在物质中产生的副产品。然而,这种唯物论观点遇到了难以克服的困难与挑战。例如,(1)许多科学家认识到,要从没有意识的物质中产生意识,这需要奇迹的发生,而唯物论是不承认有超自然现象的,换句话说,这是不可能的。(2)在长期研究大脑工作中,神经科学对大脑的功能等等方面已经有了很多的认识,但是许多人怀疑唯物论能够解决“意识难题”。(3)现在有科学研究者从量子测量的角度分析,认为意识不能够被进一步简化,也不是在物质运动中突然出现的,因为如果意识只是物质的副产品,那么这无法解决量子力学中的“测量难题”。量子力学认为物体在没有测量之前,都是几率波,测量使得物体的几率波“倒塌”(collapse)成为观测到的现实。那么问题就出来了:如果意识是从物质中产生的,那么从根本上讲大脑也只是由原子、电子、质子、中子等微观粒子组成的几率波,大脑的几率波如何能够使得被观察物体的几率波“倒塌”呢?对于更大的宇宙的现实来说,这是不是意味着存在宇宙之外的具有意识的观察者?这就是量子力学中的“测量佯谬”。为了解决这个量子测量佯谬,物理学家们提出了许多解决方案,但是从根本上仍然无法绕开意识的问题。诺贝尔物理学奖获得者尤金吠?衲桑?(ugeneWigner)认为,意识是量子测量问题的根源。虽然物理学认识到意识在量子力学的层面上就存在,但是量子力学本身无法解决意识的问题。从量子力学创立时起意识就一直困扰着量子力学,但是长期以来,物理学家们对这一问题视而不见,试图逃避这个令物理学尴尬的难题。
      基于实证科学在研究意识中遇到的难以克服的问题,现在在哲学界、神经科学、心理学、物理学等多学科领域里越来越多的人认为,就像时间、空间、质量、能量一样,意识是物质的一个基本属性,是宇宙不可分割的一部份。这与佛学认为“万物皆有佛性”具有惊人的一致!量子纠缠的存在是微观粒子具有意识的证据,给“意识是物质的一个基本特性”提供了良好的证据,其意义非同寻常。基于上面的原因,越来越多的科学家和研究人员认识到,沿着唯物世界观来研究意识只能走进死胡同,因此他们(其中很多是西方人)认识到,必须要改变西方实证科学的世界观,转而向东方哲学的世界观。于是许多西方科学家和研究人员转向印度,这直接导致了近年来印度瑜伽和神秘主义在西方流行。

 
  如果认识到意识是物质的一个根本特性,那么就不难理解人们发现的“有感知的水”,“祈祷治疗”,“念咒感应”“孪生兄弟姐妹感应”“夫妻感应”“巴克斯特效应”,“因果轮回”等等实证科学无法解释的和灵界有关的现象。
 
  佛家的“万物皆有佛性”,道家的天人合一,认为“万物皆有灵”,都应该是修行者细微观察宇宙得出的结果。.意识超越我们可以看见和感觉到的四维时空,如果人的眼睛能够看到微观,那么就可以看见意识的存在。佛家的开悟,或许正是到了这个境界。现在越来越多的人预言和期望,一个新的世界观的时代就要来临,科学将会发生重大的变化,科学和宗教的界限很快会消失。
 
  推荐阅读:灵魂是什么?
 
  灵魂(soul)是由蛋白质、DNA、RNA等生命大分子构成的生物体所产生的各种层次的一切生命现象,它依生命大分子、细胞、组织、器官以及生物体本身新陈代谢存在而存在。科学给出灵魂科学定义,意义在于引导人们破除迷信,正确认识生命以及生命现象。
 
  经科学推测距今二万五千年至五万年前之人类,已具有灵魂之观念,或人死后灵魂继续生活之观念。然大抵而言,原始人所具有的简单古朴之灵魂观念,往往含有强烈的物质性格。直至宗教、哲学渐次发达之后,人类之灵魂观始趋向非物质化之“精神统一体”。例如某些宗教、哲学相信灵魂可以独存于肉体死亡以后,进而视之为不朽的精神实体。盖承认灵魂存在,虽一般被认为是人类生活之要素,能主宰人类之知觉与活动。据近代考古学为许多宗教、哲学、社会学所主张,然论及其特质、本源、究极,则有极大之分野。有主张其与精神或心意等同义者,如灵魂生活(soul-life)一语,殆与精神生活、心意生活等义无有分别。而主张灵魂说(Soul Theory)者,若自其所说之身、心关系而言,则立足于二元论;若自精神之体、用关系而言,则立足于实体论。近世哲学出现现象论、现实论、唯物论等学说,则大抵反对宗教灵魂存在。
 
  目前,没有人知道灵魂真正存在的详细真相,可历史的印记是不可否认的,其有待于科学的进一步研究。

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辛几何&李代数

康威常数

康威常数

一、无聊的序列,奇特的理论在介绍主题以前,我们先来做一件看似无聊的事情。我写下一个数:1然后问你看见了什么。你回答道:&1个1。&我把你的回答中的数字依次写下:11然后问你看见了什么。你回答道:&2个1。&我把你的回答中的数字依次写下:21然后问你看见了什么。你回答道:&1个2,1个1。&我把你的回答中的数字依次写下:1211然后问你看见了什么。你回答道:&... 阅读全文

一、无聊的序列,奇特的理论

在介绍主题以前,我们先来做一件看似无聊的事情。我写下一个数:

1

然后问你看见了什么。你回答道:“11。”我把你的回答中的数字依次写下:

11

然后问你看见了什么。你回答道:“21。”我把你的回答中的数字依次写下:

21

然后问你看见了什么。你回答道:“1211。”我把你的回答中的数字依次写下:

1211

然后问你看见了什么。你回答道:“111221。”我把你的回答中的数字依次写下:

111221

然后问你看见了什么。你回答道:“312211。”我把你的回答中的数字依次写下:

312211

我们可以一直这样下去,得到一个序列,序列里的每一项都是一个数字串。这个数字串序列被称为“边看边说序列”(Look-and-say sequence),也有人翻译成“外观数列”。注意到其实这并不是一个数列,因为其中的每一项并不是一个数,比如第三项21并不代表数字二十一,而是2和1这两个数字构成的字符串(本文称之为数字串)。

咋一看这个序列很枯燥,生成的过程一点技术含量都没有,大概只适合做脑筋急转弯的素材:“请问:1, 11, 21, 1211, 111221, 312211接下去一项是什么?”

1977年在贝尔格莱德举行国际奥林匹克数学竞赛的闲暇时刻,荷兰队向英国队提出的挑战,似乎是这道脑筋急转弯题的最初记载,不过也许它还有更早的历史。赛后,英国参赛队员将它带回英国,辗转相传。到了1983年11月,轮到在英国剑桥大学教书的著名数学家J·H·康威(John Horton Conway)做这道题了。

康威是一位在代数、几何、数论等领域都有相当大贡献的数学家。群论中的魔群月光猜想(一种拥有极其众多元素的被称作“怪兽”的群和模形式之间有意想不到的联系,猜想名字中的“月光”是“疯狂”的意思)由他和Simon P. Norton提出和命名;1998年英国数学家Richard Borcherds因证明此猜想而获菲尔兹奖。康威最为数学爱好者们乐道的则是他在组合游戏理论中的巨大成就,以一系列奇思妙想而闻名。他建立了超实数理论(这是一个把游戏和数结合在一起的理论,其中每个数都是一个游戏局面),并创作了以此理论为基础来分析大量经典(以及自创的)游戏的数学科普书籍《稳操胜劵》。他提出的“生命游戏”更是脍炙人口,让元胞自动机理论广为人知。科普大师马丁·加德纳将《数学嘉年华》一书题辞献给康威,感谢他在趣味数学领域作出了“深刻、优雅和幽默相结合的独特贡献”。

不过要比脑筋急转弯,象康威这样出色的数学家似乎也不比一个小学生更厉害。当他的学生抱着点恶作剧的心理拿这题给他做时,康威平时智计百出的脑子不好使了,阴沟里翻船,最终无奈地让学生告知他答案。

但和一般人听到答案后呵呵一笑了之不同,直到那年的圣诞节期间,康威还在不断研究——按照他的说法,是“把玩”——这个序列,并从中发展出一个怪异而美妙的理论来。在这个理论中有一个小小的宇宙,这个宇宙由92或94种元素组成。这些元素在衰变中互相演化,让这个小小宇宙以每天增长大约30%的速度膨胀。

 

二、分割、元素、化学定理和算术定理

在具体介绍这个理论的内容以前,先让我们也来把玩一番前面这个序列,以便对它的演化有一些直观的了解。

把这个序列多写出几项来:

康威常数

注意到从第8项起在数字串中多写了一个“.”,它将数字串分成了前后两个子串,而这两部分接下去在互不影响地独立演化:

康威常数

 

前子串总是以2结束;这是一个很容易证明的一般规律的特例:如果一个序列以某数字x结尾,那么它的所有后代也总以x结尾。而后子串的开头则以
1321…… →1113……→3113……→1321……
的形式循环,所以永远不可能以2开始。于是前后这两部分不会再交缠在一起。

另一个简单的例子是,如果一个数字串恰好以两个2结尾:……s22(其中s是不为2的数字),那么它可以分割成……s.22的形式。因为如上所说,前子串的后代总以s结尾,而后子串的后代永远是它本身:22。

从上面的例子里我们看到了这个理论中最重要的现象——数字串的分割:一个数字串可以分割成若干子串,使得它的演化结果是由这些子串的独立演化结果拼接而成。这样,对一个数字串的演化的研究可以转化成对它的子串的演化的研究。可以把这个现象和正整数的乘法分解作对比。我们知道,每一个大于1的正整数都可以唯一地分解成素数的乘积。素数犹如构建正整数的基本砖块,这个结论因极其重要而被称为算术基本定理,它确定了素数在数论研究中的核心地位。在康威的边看边说序列理论中,和素数的地位相当的是无法再分割得更小的数字串,康威称之为元素原子。比如说从1开始演化的这个序列的前七项,都是无法分割的元素,而它的第8项则可分割成两个元素:11132和13211。这些不可分割的元素就是构建数字串的基本砖块。由元素拼接起来的数字串则被称为化合物

毫无疑问,这种命名方式是一种暗喻,将边看边说序列理论中的对象和化学理论联系起来(当然这绝不是在暗示边看边说序列理论真的是研究现实世界中化学元素和化合物的理论)。在后面大家会看到这种暗喻是相当巧妙和贴切的。因此我们也将相当自由地使用一些很容易直观理解的术语,比如前面谈论数字串的“演化”以及它的“后代”。我们会谈论元素的“衰变”,也就是它的演化过程。数字串每演化一项,我们会说“一天后”数字串如何如何。康威把序列的第一项称为“第0天”,然后依次为“第1天”、“第2天”等等,在本文后续章节中我们甚至会看到“一天引理”和“两天引理”。

边看边说序列理论中的元素有许多种,确切地说,有无数种。比如将“13”重复n次的数字串1313……13就是无法分割的:假设它在某个1和3之间可以分割:

……1.3……

下一步是

……11.13……

出现了跨越分割号的连续三个1,这就是说前面假设中的分割是错误的。假设它在某个3和1之间可以分割:

……13.13……

下面两步是

……1113.1113……

……3113.3113……

出现了跨越分割号的连续两个3,这同样是错误的分割。

 

康威的重要发现是:存在着一族共有92种特殊的元素,它们之间会互相演化。这92种元素被他称为“普通元素”,并分别以化学元素表中1号(氢)到92号(铀)元素命名。对于普通元素,有如下的结论:

  • 存在92种普通元素(具体的元素列表和它们的性质将在稍后给出)。可以分割成普通元素的化合物称为“普通化合物”(为了简化叙述起见,我们也把普通元素看作是仅由一个元素组成的普通化合物)。
  • 化学定理)任何一种普通元素的后代都是普通化合物。普通化合物的后代也是普通化合物。除了第1号元素氢(即数字串22)外,从任意一种普通化合物开始,演化足够多天后,得到的化合物将由所有92种元素组成。
  • 算术定理)从任何一个普通化合物开始,每一步演化得到的数字串的长度和上一步相比,越来越趋近于一个固定常数λ。在此过程中,每种元素在这些数字串中的比例越来越趋近一个(仅和此元素本身相关,而与初始普通化合物的选择无关的)大于0的常数值,称为这种元素的丰度。上述固定常数λ是以下71次多项式的唯一的正实数根(也是所有根中模最大的):

康威常数

它约等于1.303577269034,称作康威常数

 

在整个边看边说序列理论中,最令人吃惊的大概就是上面这个多项式了,乍一看真可谓从天而降,莫名其妙。欲知其妙,则需懂得一些线性代数的知识。我们将在本文后续章节中比较详细地讨论这件事情,并通过在康威发表论文之后线性代数的新成果,得到比以上算术定理中叙述的更好的结果。

化学定理指出,普通化合物是一个封闭的圈子,普通化合物只能演化成普通化合物。但是还有一些本不是普通化合物的数字串,它们可以在若干天内演化成普通化合物,掉进这个圈子里去。对这样的数字串来说,上面的结论绝大部分也同样成立,因为考虑的是“演化足够多天后”的事情。比如本文最开始讲到的从1开始的序列,数字串1本身不是普通化合物,但在第八天演化成可以分割为72号元素铪(11132)和50号元素锡(13211)的普通化合物。所以演化足够多天后,得到的化合物也将由所有92种元素组成,数字串的长度和前一天长度之比也将越来越接近康威常数,每种元素在化合物中的比例也越来越接近于此元素的丰度。

下面是完整的92种普通元素列表。本文中元素名称前通常以前下标形式注明相应的原子序数以便查询,毕竟不是每个人都能熟练地说出某元素的原子序数;笔者就无法做到这点,所以阅读康威的论文时对此有痛苦感。如果不是要自己动手验证的话,读者大可不必仔细阅读这个表格。这个表里值得注意的有几点:

  • 1号元素氢所代表的数字串22是唯一的衰变到自己的元素。
  • 92号元素铀所代表的数字串3是最短的元素。
  • 除氢外,第n号元素“一天后衰变物”一栏中都有一个加粗的第n-1号元素成份。康威基于这个性质给这92种元素排序,此性质将在后面的论证中用到。这个“第n号元素一天后会衰变出第n-1号元素”的次序并不是唯一的,康威只是挑选了其中一种。
  • 两种元素并不是可以随意拼合在一起的。比如92号元素铀(3)和20号元素钙(12)顺次拼合在一起的结果“312”应看作是另一种元素——30号元素锌,而非可分割的。而铀(3)和91号元素镤(13)顺次拼合在一起的结果“313”既不是普通化合物,又不可分割,是一种不稳定的元素。判定一个数字串是否可被分割和如何分割的准则,称为“分割定理”,是比较技术性的内容,留在本文下篇介绍。
  • 一个31号元素镓会在下一天衰变出两个20号元素钙。这是唯一的某个元素会在下一天衰变出超过一个的同一种元素的情况。

康威常数

下面是元素的丰度表,和康威的原始论文中一样,数据被乘以了一百万,以使长度固定;也就是说,一个普通化合物演化足够长时间后得到的数字串被分割成普通元素后,每一百万个元素里大约会有91790个1号元素氢,3237个2号元素氦,4220个3号元素锂等等。注重细节和有耐心的读者可以将下表这些数据和康威论文中的数据相对比,就会发现小数最后一位往往会有一点不同,比如2号元素氦的丰度是3237.2968587而原始论文中是3237.2968588。下表的数据我使用了两种不同的计算软件库得到,结果相同,所以应该没有错误。原始论文数据的差异应当是上世纪80年代时康威使用的计算软件的浮点精度不够的缘故,当然这完全没有什么大碍。有兴趣和能力的朋友也可自行计算验证,计算方法将在本文后续章节中介绍。

康威常数

我们讨论了普通元素(以及普通化合物)的性质。但我们知道,存在着无数不同于普通元素的元素,这些元素的演化结果会是什么?象1这样的元素,最终会演化成普通化合物,从而掉进普通化合物的圈子,那么有不同于普通化合物的封闭圈子吗?这是上节中的化学定理和算术定理没有回答的问题。

作为数学家,把理论推广是一种本能。康威也考虑以其他的有限数字串作为起始的演化序列的情况。比如从55555开始,然后得到

55

25

1215

11121115

等等;字符串中也可以含有其他不是十进制数字的符号(但为了方便我们仍称之为数字串),比如从%5##开始,得到

1%152#

111%1115121#

311%31151112111#

13211%1321153112311#

等等。对这样的边看边说序列,它们又会有什么样的演化性质?

 

这里有一个技术细节要处理。如果我们从1000个1组成的数字串出发,序列的第二项是1000 1(我特意在1000和1中间加了一个空格),问题是第三项应该是什么?第一种选择是,把前面这个1000看作是1130,那么第三项就是113011。而第二种选择是,把前面这个1000看作是一整个不可分割的符号,那么此时我们看第二项时会说那是1100011,那么第三项就应该是1(1000)11,这里1000被括号括起,表示这是整一个不可分割的符号。我们完全可以为1000引入一个特别的符号,比如“M”,那么就没有歧义了:看见第一项1000个1组成的数字串,我们会说那是M1,于是第二项是M1,第三项则是1M11,等等。这种另引入符号的方法其实早就有了,十六进制里我们为了表示十进制的10,11,12,13,14,15,往往用“A”,“B”,“C”,“D”,“E”,“F”来表示它们。上面的第二种选择无非就是使用了“无穷进制”,为每一个自然数单独引入一个不同的符号。

 

其实采用第一种选择还是第二种选择,对于下面要叙述的结论影响并不大。只是采取第二种选择能够让我们在演化时间上得到一个更为精细的结论,这也是康威原始论文中的选择,所以我们也同样采取这个选择。而对于不愿意在细节方面纠缠的读者来说,完全可以把初始的数字串限定为只由0-9这十个符号组成,而且其中没有超过九个连续的相同数字。你不会因此少欣赏到多少这个理论的有趣之处。

对于这样的推广情况,前面针对普通化合物的结论显然需要修改,因为那些不是“1”、“2”、“3”的符号在演化过程中永远也不会消失,所以演化过程再长,演化结果也不会仅由普通元素组成。但是令人吃惊的是,前面第二节中的结论并不需要修改很多:

  • 除了92种普通元素外,还有两类被称为“超铀元素”的镎和钚的同位素(具体形式在后面给出);
  • 从任意数字串(可以包括除“1”、“2”、“3”以外的符号)出发,在有限天内它就会演化成为普通元素和超铀元素拼接而成的化合物。如果对个数的解释采用前面的第二种选择的话,则我们可以找到这个“有限天”的上限:在24天后(也即从第25项起),任意数字串都会演化成为普通元素和超铀元素拼接而成的化合物;
  • 除了1号元素氢(即数字串22)外,从任意数字串出发,演化足够多天后,得到的化合物将由所有92种普通元素和一些超铀元素组成。每种普通元素在这些化合物中的比例越来越趋近于它的丰度,而超铀元素的比例则趋近于0;
  • 从任意数字串出发,每一步演化得到的数字串的长度和上一步相比,越来越趋近于前面所说的康威常数。

上面关于任意数字串的结论被称为“宇宙学定理”,是本理论中的基本定理。宇宙学定理要比化学定理强得多,它说明了普通元素加上超铀元素组成的化合物是终极圈子,无论从什么数字串出发,最多过24天,都会掉进这个圈子中。尽管元素有无穷多种,但是能够长期存在的,却只有普通元素和超铀元素,它们被称为稳定元素。所有其他的元素都是不稳定的。

两类超铀元素如下,其中n是任何一个除“1”、“2”、“3”以外的符号:

康威常数

 

每选取一个不同的n,就会有相应的不同的93号元素镎和94号元素钚,它们被称作镎和钚的同位素。注意到两类超铀元素是彼此的衰变产物。

“24天”这个下限不可能再缩短了,因为我们可以找到寿命恰为24天的不稳定元素2233322211n,其中n是不为“1”的数字(可以是“2”或“3”或其他符号)。下面是它的衰变过程(为了简短起见,一旦产生了稳定元素,我们就在后续项中忽略掉这一部分的后代):

康威常数

康威将这种寿命最长的达到24天的形如2233322211n的不稳定元素命名为鎷(Methuselum)。这用的是《旧约》中玛土撒拉的典故,因为传说他活了969年,是活得最长的人。

在后续章节中我们将讨论一些技术性比较强的问题,如化学定理、算术定理和宇宙学定理的证明,以及关于元素丰度的计算,和那个神秘的多项式的来历,并利用这些定理做一些具体的计算。

为后面的定理证明作技术性的准备,大概是本文最没有意思的一节。因为它的内容从难度来说,可能高年级的小学生也能理解,但却相当琐碎,都是些考虑各种可能性的叙述和论证。一般的读者大可只阅读几个命题的内容而跳过论证。对于想自己编程验证的读者,则请特别注意分割引理的内容和我在后面的算法建议。

在康威的论文中,所有单独列出来的命题都叫“定理”。下面将介绍的“一天引理”、“分割引理”等等在他的论文中叫“一天定理”和“分割定理”等等。但是这些命题基本上用来证明过其他结论后就可以丢在一边,或展示的是技术性细节,所以我改称“引理”以示它们和在上篇里介绍的三个主要定理在重要性上有区别。

我们最终要考虑以任意数字串开始的边看边说序列,故本节中提到的数字串都不排除含有除了“1”“2”和“3”以外的符号——我们也称其为“数字”,并把它们称为“大于3的数字”(如果其中选用了符号“0”,那么它在上述意义下也是个大于3的数字)。对个数的解释我们则采用上篇中提到的第二种选择,也就是说,如果有连续1000个1的话,我们就替1000引入一个新的符号如“M”,称这是M个1。

下面的“一天引理”说,其实你只需在第一天里为引入新符号头痛一下。

 

一天引理)任何一个年纪至少为1天的数字串里,不可能含有这样的子串:

1) 从奇数位置开始的baca,其中a,b,c是相同或不同的数字;

2) aaaa,或aaabbb,其中a,b是相同或不同的数字。

这个引理的证明可以用“显而易见”来形容。所谓的“年纪至少为1天的数字串”无非是说,它不是任意给出的,而是对着某个数字串边看边说出来的。要是在奇数位置开始出现了baca这样的子串,相当于在说看到的那个数字串里有“baca”,这是不允许的,令d=b+c,你得说是“da”。不允许出现aaaa也一样,因为即便它在偶数位置开始,那也是在说“……个aaaa个……”。aaabbb形式的子串也一样证明。

因为连续4个相同的字符不可能出现在一个年纪至少为1天的数字串里,那么连续4个以上相同的字符也不可能。所以所有大于3的数字,要么是最初(第0天)就有的,要么是第1天产生的(比如最初字符串里有连续1000个1,会在第1天被描述成M个1,从而引入数字M),从第2天开始就不会再有新的了。而对年纪至少为2天的数字串,我们还可以排除掉更多的子串的可能性:

 

两天引理)在第2天和以后都不可能产生新的除了“1”“2”和“3”以外的符号。任何一个年纪至少为2天的数字串里,不可能含有这样的子串:

1) 3a3(特别地,不可能有333这样的子串);

2) ab,其中a和b都是大于3的数字。

3a3这样的子串如果是在奇数位置开始出现的,那是边看前一天的数字串边说“3a3个……”,也就是aaabbb这样的子串,可根据一天引理这是不可能的;如果是在偶数位置开始出现的,那则是在讲“……个3a3”,这是不允许的。

如果有ab这样的子串,其中a和b都是大于3的数字,那么意味着前一天有“ab”或是“b个……”形式的子串,一天引理也排除了这种可能性。

顺便说一句,从第3天起,数字串中大于3的数字的数量当然不会增加,但也不会再减少了,它们最终会产生出超铀元素的同位素。比如第0天的数字串如果是4444,第1天变成44,第2天变成24,“4”的数目一直在减少,但从第3天起,序列中的每个数字串都有且仅有一个4。

一个数字串中如果没有一天引理中的2)和两天引理中1)和2)提到的那些子串,它就是个好数字串。一天引理和两天引理说的就是,如果一个数字串是一个年纪至少2天的数字串的子串,它一定是个好数字串。好数字串总是演化出好数字串来。我们接下来要考虑的数字串都是好数字串。

下面介绍三种数字串模式,都是规定它是怎么开始的。这些模式在后面的引理中很重要:

  • A型:1a……的形式,其中a是不同于1的数字,而省略号部分或者是空的(也就是整个数字串就是1a),或者是一个不以a开头的数字串。
  • B型:111……的形式,其中省略号部分或者是空的(也就是整个数字串就是111),或者是一个不以1开头的数字串。
  • C型:3……的形式,其中省略号部分或者是空的(也就是整个数字串就是3),或者是一个不以3开头的数字串,而且前3个数字不都相同(如果这部分的长度至少是3的话)。

容易证明,任何A型好数字串过一天会变B型好数字串,任何B型好数字串过一天会变C型好数字串,任何C型好数字串过一天会变A型好数字串。这3型数字串都不以2开头,以2开头则有三种引申出来的数字串模式:

  • A'型:22……的形式,其中省略号部分是个A型数字串。
  • B'型:22……的形式,其中省略号部分是个B型数字串。
  • C'型:22……的形式,其中省略号部分是个C型数字串。

这样我们就得到了3种循环模式,而下面的引理则更进一步:

 

起首引理):一个数字串的演化最终总会进入下面三种循环之一:

1) ……→A型→B型→C型→……

2) ……→A'型→B'型→C'型→……

3) ……→22→22→……

如果它还没有进入循环,那么“1”“2”和“3”将均会出现在它后面演化过程中各项的首个数字中。

命题的最后一句话其实是说,如果一个数字串最终会进入ABC循环可是却还没进(也就是它还不是ABC型中的一种),那么它迟早会演化出一项以2开头的数字串来,然后再进入循环(那时不断地以1或3开头);而如果一个数字串最终会进入A'B'C'循环可是却还没进,那么它迟早会演化出一项以1开头的数字串,和一项以3开头的字符串,然后再进入循环(那时总以2开头)。循环3)则是数字串22独有的。

起首定理的具体证明就不多说了,完全是力气活,把所有可能性都考虑一遍;多亏一天和两天引理,可以少考虑不少可能性。这证明小学生也能看得懂,可就是太啰哩吧嗦,真想看就只好请读者直接读原论文了。为了叙述方便起见我们再引入两个数字串开始的类型:

  • X型:以大于3的数字开始。
  • X'型:22……的形式,其中省略号部分或者是空的(也就是整个数字串就是22),或者是个X型数字串。

 

现在我们终于可以引入下面这个重要的引理,也就是分割的准则:

分割引理)一个好数字串可以在某处分割成前后两个子串,当且仅当在满足以下某种情况时:

康威常数

有了起首引理,分割引理“当”部分的证明很容易。第一种情况很简单,以“1”,“2”或“3”开始的后数字串总还是演化成以“1”,“2”或“3”开始的数字串,不会和永远以大于3的数字结尾的前数字串混起来。第二种情况,前数字串永远以“2”结尾,后数字串永远以“1”或“3”或是大于3的数字开始,也不会混起来。第三种情况,前数字串永远不以“2”结尾,后数字串永远以“2”开始,也不会混起来。注意到如果结合第二种情况,在第三种情况下我们其实总能将数字串分割成3段:前数字串,22,以及一个A型或B型或C型或X型的数字串——除非原本的后数字串就是22本身。

还要证明“且仅当”部分,即除上述情况之外就不能分割。这个留给读者证明,去读康威的论文也没用,他同样也留给读者证明。证明过程的关键是起首引理结论的最后一部分。

如果读者要自己编一个分割数字串的程序,我建议采用如下方法:

首先验证那是个好字符串。然后找到所有不是“1”“2”“3”的数字,在它后面分割,将数字串分割成若干段。对每段分割好的子串进行如下操作:找到所有2,验证它后面的子串是否A、B、C、X型,如是则在这个2后面分割。对每段分割好的子串进行如下操作:验证它是否以恰好2个2结尾,如是,则将这2个2分割。

容易看出,这个算法能够将好数字串作完全的分割,既不会分割错,也不会有该分割却没有分割的地方。

 

最后相应于起首引理还有个结尾引理,没什么太大用处,为了完整起见也叙述一下:

结尾引理):经过足够长时间后,

1) 任何一个以“1”结尾的数字串在演化过程中,序列的数字串末尾总会进入4步循环:
康威常数

2) 任何一个以“2”结尾的数字串在演化过程中,序列的数字串末尾总会进入2步循环:
康威常数

3) 任何一个以“3”结尾的数字串在演化过程中,序列的数字串末尾总会进入2步循环:
康威常数

4) 任何一个以大于3的数字“n”结尾的数字串在演化过程中,序列的数字串末尾总会进入2步循环:
康威常数

五、化学定理和宇宙学定理的证明

在此重新叙述一下化学定理的内容:

化学定理) 任何一种普通元素的后代都是普通化合物,普通化合物的后代也是普通化合物。除了1氢外,从任意一种普通化合物开始,演化足够多天后,得到的化合物将由所有92种普通元素组成。

第二节的元素列表具体地拿出来后,定理前面一句的证明就差不多完成了:无非是验证一下元素所代表的数字串一天后的产物的确就是“一天后衰变物”一栏中化合物所代表的数字串,而且其中的分割是正确的。

定理后面一句如果可以用算术定理的话,证明也很简单:因为经过足够多的时间后,除了1氢外的任何普通化合物演化出的数字串中各普通元素的比例会趋近于丰度,而每种普通元素的丰度都严格大于0,所以我们自然能得出每种普通元素都在这些数字串中存在的结论。不过如果不用算术定理,只通过元素列表,我们也同样能证明这一点。

首先,通过元素列表的重要特性,即对任何大于1的自然数n,第n号元素一天后会衰变出第n-1号元素这点可知,任选一种除了1氢外的普通元素,从它出发都能衰变出任何一种普通元素。因为所有原子序数较大的都能衰变出原子序数较小的,而衰变到2氦时则能回头衰变出91镤,然后能衰变出39钇,最终衰变出92铀来,从而进一步衰变出任何普通元素。

其次,容易看出两种元素间通过固定的衰变途径,从一种元素演化到另一种元素的时间间隔是固定的。比如通过6碳→5硼→4铍→32锗→67钬这条衰变途径,从6碳到67钬用了4天,那么我们可以肯定,如果在第d天化合物中有6碳元素,那么第d+4天化合物里一定有67钬元素。

注意到2氦→3锂→2氦这条途径,从2氦出发,每隔一天能产生出一个2氦来。如果第一个2氦出现在第h天,那么后面所有和h间隔偶数天的日子里也会有2氦。再看2氦→20钙→19钾→18氩→……→4铍→3锂→2氦这条途径,如果第h天有2氦,那么第h+19天也会有2氦,然后从那以后每隔一天都会有2氦。也就是说,如果第h天有2氦,那么从第h+19天起,每天都有2氦。所以我们有了第三个结论:任选一种除了1氢外的普通元素,从它出发,在足够长时间后,每天产生的化合物中都有2氦。

上面这三点结合起来的推断出的结论自然就是,任选一种除了1氢外的普通元素,从它出发,在足够长时间后,每天产生的化合物中都有92种普通元素中的任何一种。这就完成了化学定理的证明。

至于宇宙学定理,按照康威的说法,那是非常非常难的,写出来会很长。他和Richard Parker花了一个月搞出来过一个证明,但是稿子遗失了。Mike Guy也曾证明了这个定理,比前面这个短一些可还是很长,而且他的稿子也遗失了。基于以上理由,在论文里他干脆就什么证明都没放,只问“你能找到一个几页就能写下的证明吗?拜求!”

康威常数

康威的宇宙学定理的“证明”

这大概是自费马在《算术》一书的书边对他的“大定理”写下“我确信已发现了一种美妙的证法,可惜这里空白的地方太小,写不下”后最拽的“此定理已证”的声明吧。

直到2003年,美国路易斯安那州立大学的数学家R. A. Litherland才给出了一个完整的宇宙学定理的证明。这个证明是由计算机辅助完成的,也就是说,先使用人工的推理将定理的证明转化成对一些特殊的有限的情况的验证,然后再使用程序来验证这些情况,因为使用人力来验证太困难。史上最著名的采用计算机辅助方式的证明大概是四色定理的证明。

宇宙学定理中和普通化合物算术定理并行的部分很容易通过后者证得:因为超铀元素的数目从第二天开始就固定,而普通元素的数量则随着演化趋向于无穷,所以超铀元素对化合物长度和成分的贡献可以忽略不计。

本文对宇宙学定理的证明的介绍就到此为止。接下去应该介绍算术定理的证明了,这是本文最有意思的一部分,但是了解它需要线性代数的知识。所以在此之前,我打算先讨论一下边看边说序列理论中的这几个定理的应用,这一部分不需要线性代数的知识。

 

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辛几何&李代数

数学家破解百年高维“球体填充问题”

数学家破解百年高维“球体填充问题”

有些人的工作是在噪声图像中分离信号,以寻找来自数十亿公里外的外星文明;有些人在研究弦理论,以探索宇宙中基本要素的内在联系;有些人则在食品店堆放水果,以求最节省空间的方法从而码得最多。奇妙的是,这些看似无关的事情都因为数学纽带而联系到一起&&它们都涉及到球体填充问题。只不过有些球体存在于其他维度。让我们看看数学家有什么最新发现。 早在1611年,... 阅读全文

有些人的工作是在噪声图像中分离信号,以寻找来自数十亿公里外的外星文明;有些人在研究弦理论,以探索宇宙中基本要素的内在联系;有些人则在食品店堆放水果,以求最节省空间的方法从而码得最多。奇妙的是,这些看似无关的事情都因为数学纽带而联系到一起——它们都涉及到球体填充问题。只不过有些球体存在于其他维度。让我们看看数学家有什么最新发现。

 

数学家破解百年高维“球体填充问题”

 

早在1611年,开普勒就已经推测出如何码放相同大小的球体能够达到最密集效果。他认为,形如金字塔那样的堆积方式乃是正解,就像在水果店里见到的桔子那样。球与球之间总会存在空隙,通过进一步研究,数学家们发现在满满一袋子网球里面,大约36%的空间都是空气。假如你能够精心排布这些网球,那么这个比例可以降低到26% (亦称26%法),但是人们在一百年前就已经认识到,26%乃是其极限。而对于开普勒的猜想,直到1998年,才被现在匹兹堡大学的Thomas Hales教授所证明。据说当时数学论证文档长达250页,还动用了猛犸象计算机。

 

其实,玩数学的人还会在高维度下鼓弄球体填充游戏——球的定义依然不变,但“距离”这一概念则在我们熟知的三维系统 (比如x,y,z轴) 之外获得了更多属性。其实,高维球体的定义并不复杂:在高维空间下到给定球心距离相等的一组点所构成的即为高维球体。重要的是,在多维环境下将具有更多的码放方法。所以寻找能够空间利用率最高的球体排布可能性一直是主要挑战。

 

不过,我们很难对高维度下的球体填充进行视觉呈现,但它们却是非常实际的存在:高密度的球体填充与我们常见的纠错代码有着密切关系。早在上世纪60年代,John Leech试图纠正信号在传播过程中所积累的错误或噪声。他发现在24维度下处理数据会非常实用,尤其对于从5亿英里以外传送回木星图像这种工作来说。

 

数学家破解百年高维“球体填充问题”
旅行者1号

 

十年后,旅行者1号和2号确实采用了这一方法。1977年,NASA在发射木星和土星探测器前曾面临着重要难题:在极低的电力供应下,如何将旅行者号拍摄的彩色图片传送回地球?当时所采取的方式是将图像转换为一组24位的二进制序列,成为“代码字”。代码字以无线电波的形式发射进宇宙,波峰和波谷分别代表1和0。但数据传输总会伴随着噪声,有时1会失真为0,有时0又会变成1。所以要还原旅行者号的图像,就需要纠错。

 

一方面,代码字需要足够清晰显著以便识别;另一方面,在24位的限制下,相对含混模糊的代码字才能提供更多的可能性,以及更快的数据传输速度。这样的矛盾与需求也随之转化为几何问题,比特位对应在了空间坐标上,每段代码字都成为一个24维空间下球体的球心。如果球体发生重叠,那么相关的代码字也将无法被识别。为了最大化地传输数据并且进行纠错,问题最终演变为:如何在24维空间下最密集地填充球体?

 

数学家破解百年高维“球体填充问题”
E8 lattice points

 

长久以来,数学家们已经积累了大量证据,几乎要默认E8和Leech晶格 (两者分别为8维度和24维度下极为美妙且对称的球体填充模型) 就是两种维度下的最佳填充方法。但他们一直缺少一项关键证据,即一个能够计算可容许球体最大密度的函数。

 

如今,乌克兰数学家Maryna Viazovska似乎已经找到了答案。今年3月,她先后在论文预印网站上贴出了两个重要的成果。她首先从8维空间球体排布开始说起,证明了E8晶格 (E8 lattice) 在8维空间中具有最大密度。E8很像是高维版本的“26%法”问题,只不过在8维空间下,球体之间拥有更多空隙,可以多塞进去一些。

 

数学家破解百年高维“球体填充问题”

Maryna Viazovska

 

当然,弦理论家并不会摆弄球体,他们只是将E8结构当作不同维度下的弦理论彼此关联方式中的重要组成部分。弦理论从26个维度开始,并需要折叠简化至我们所熟知的3维。E8则包含了折叠所需要的所有必要属性。

 

数学家和物理学家认为这绝不是一个巧合。他们觉得这样一个维度是最为简单有效的,因为再添加任何一维空间都会使其更难以解释。可能他们还真说对了,Viazovska已经可以证明E8结构不会留下任何额外空间,对于8维球体填充来说这是最高效的方法。

 

数学家破解百年高维“球体填充问题”

 

不过她并没有止步于此。在发布了8维研究后,一些希望解决24维问题的数学家找到她,于是他们开始研究 “Leech晶格”。Leech晶格对信息的处理方式就好比在24维度下排布球体,数学家们也一直认为这是最有效的解决方法。仅仅在E8文章公布一周之后,Viazovska和同事们又搞定了24维的问题

 

尽管两篇文章尚未接受同行评议,在数学圈内似乎并没有什么质疑。由于E8和Leech晶格与数学和物理的诸多领域关系密切, Viazovska等人的发现对未来的研究有着重要意义。

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ibanana

Maredo餐厅柏林旗舰店(16张)

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