研究宇宙,要用數學說話

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撰文 | 史蒂夫·米爾斯基(Steve Mirsky) 

翻譯 | 紅豬

在新書一開頭,英國物理史學家格萊姆·法梅羅(Graham Farmelo)就引了普林斯頓高等研究院的理論物理學家尼瑪·阿卡尼-哈米德(Nima Arkani-Hamed)的話:“我們偷聽自然的秘密,靠的不僅是專心實驗,也要試著明白如何用最深刻的數學來解釋實驗結果。可以說,宇宙在用數字對我們說話。”別激動,他說的不是數術。

研究宇宙,要用數學說話

這句引語成了這本新書的標題《宇宙用數字說話》(The Universe Speaks in Numbers)。底下當然還有副標題:《現代數學如何揭示自然界最深層的秘密》(How Modern Math Reveals Nature's Deepest Secrets)。書中還探討了一個棘手的問題:數學揭示的,真的是自然界最深層的秘密嗎?還是隻是我們透過數學瞥見的一些普通秘密?

今年5月29日,普林斯頓高等研究院就法梅羅的這個話題開了一場研討會。在簡短的開幕講話中,院長羅伯特·迪吉格拉夫(Robbert Dijkgraaf)說:“關於物理學和數學的關係有許多典故。”他舉了費曼的例子,“我們都知道他不喜歡抽象數學,”接著引了費曼的一句話:“如果某天數學徹底消失,一週後物理學就能重建。”聽眾的笑聲(可能都是物理學家的,數學家是不會笑的)平息後,迪吉格拉夫繼續說道:“不過邁克爾·阿蒂亞爵士(Sir Michael Atiyah)巧妙地回了我一句,他說:‘那肯定是上帝創造世界的一週。’”

阿蒂亞在今年一月過世,享年89歲,《紐約時報》訃文寫道:“上世紀60年代,這位英國數學家將數學和物理學巧妙結合,自牛頓以後再無人這樣做過。”這麼說,他很可能屬於這個星球上少數幾個智力超越費曼的人物。

阿蒂亞的貢獻結束了物理學和數學的一段疏遠期,在會上,弗里曼·戴森(Freeman Dyson,已95歲高齡,我可以肯定地說,他是一個活著的傳奇)就說到了這段時期。當年和愛因斯坦(及其他名人)一起成為普林斯頓高等研究院的成員時,他就注意到了其中的矛盾:“我來這裡當教授時,正好是奧本海默(曼哈頓計劃負責人)在當院長……當時物理學和數學很疏遠,很大一個原因是奧本海默用不上純數學,純數學家也用不上原子彈。”

有人問戴森,物理學和數學還要解答哪些重要問題,他說:“哪些問題重要,純粹是個人口味的問題。我喜歡把這比喻成參觀動物園……你可以去參觀動物園的建築,也可以參觀動物。目前來看,數學家正忙著參觀建築,而物理學家在參觀動物。哪樣更重要?我認為這問題沒什麼意思。有意思的是,它們為什麼配合得這麼好?”

美國數學家凱倫·於倫貝克(Karen Uhlenbeck)是得克薩斯大學奧斯丁分校的榮譽退休教授,她對此事另有看法:“有這樣一種世界觀:存在一個完美的世界,它有若干法則,我們將發現這些法則。但我們只是一群凡人,在這個令人費解的世界裡亂撞。我的意思是,這世界看起來這麼清楚美麗,秩序井然,但這不過是假象。你只要換一種波長觀察,它就會顯得截然不同。世界是一個混沌的地方,你只看到了其中一角,我們努力想理出頭緒,將想法在頭腦中組合,我們設法制定了規則和秩序,我們還創造了數學,作為應對外界刺激的一種語言。”

戴森立即試著與她和解:“我不反對你的說法。我們在探索一個充滿神秘的宇宙……我覺得吃驚的是,我們居然知道了這麼多。”

這番對話總使人想起美國著名詩人羅伯特·弗羅斯特(Robert Stirling)的那首袖珍詩:“我們兜圈跳舞,心懷揣測/秘密靜坐中間,早已知曉。”我很想問問弗羅斯特,他怎麼知道秘密是坐著的。

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