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与外星人交流的最佳语言是什么?

时间: 2019年09月09日 | 作者: Tom Crawford | 来源: 原理
我们已经在说一门同样的语言了,这种语言就是数学。人们常把数学称为“宇宙的语言”,这并非没有原因。


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图片来源:Pixabay


撰文  Tom Crawford(牛津大学数学系讲师)

翻译  原理

来源  原理(ID:principia1687)



如果我们说的都是同一种语言,会更好吗?


作为一名数学家,我要说的是,我们已经在说一门同样的语言了,这种语言就是数学。人们常把数学称为“宇宙的语言”,这并非没有原因。在任何文化、国家、社会、种族、宗教甚至任何星球上,数学都是通用的。想想看,我们都知道 1 + 1 = 2,这是个不存在任何争议的说法,既没有误读,亦没有误解。如果我有一个东西,然后再加上另一个东西,我就有了两个东西。这在整个宇宙里的任何语言中都是一样的。


有人可能会质疑数学是否真的算是一门语言,要回答这个问题,必须仔细思考要如何定义一门语言。


或许说语言是一种沟通的方式?那么数学当然是——它以简单易懂的方式传达着复杂的思想和模式。又或者说语言是词语、文字、符号?数学有数字、运算符(如加减乘除),以及变量:例如 x-y 图或代数方程。还是说语言是传递信息的一种方式?数学方程可以用极小的空间包含惊人数量的信息。


以毕达哥拉斯定理(勾股定理)为例,哪个更易于理解呢:是 a+b=c,还是“直角三角形的两条直角边长度的平方等于斜边长度的平方”?数学不仅仅是一门语言,我甚至认为它是一种极致的语言。它简单、简明、有效,基于这些原因以及更多其他原因,它或许算得上是地球上被理解得最好的语言。

 

普遍思想的语言


数学是一门世界性的通用语言,它包含了许多几乎出现在数学的任何一个分支中的通用思想。以π为例,它能告诉你如何找到一个圆的周长(2πr),它也出现在三角函数(sin.π= 0)中。然而,我最喜欢的关于π在数学中无处不在的例子与下面这个加和有关:


1 + 1/4 + 1/9 + 1/16 + 1/25 +…


有数学思维的人会注意到,这些加和的数字是有规律的。每个数都等1除以一个平方数,且平方数随着每一项的增加而增加。1/1 = 1、1/2 = 1/4、1/3 = 1/9等等。如果把这个和一直加下去会得到什么答案?我们加入了越来越多的项,但每个新加入的项都在变得越来越小。而加和的答案是π/6(用数学本科课程中的数学技术可以证明这一点,但现在先让我们先不要担心细节,只享受它的美丽)。


除了具有真正的普遍性,数学还能帮助我们更好地理解宇宙。你或许也听说过爱因斯坦的广义相对论——一个描述了空间和时间是如何被质量和能量弯曲的理论。



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○  爱因斯坦场方程。

或者你也听说过量子理论——一种物理学家理解存在于原子之间的微小世界的方式。


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○  薛定谔方程。


还有你一定听说过的引力——一种把我们拉向地球中心,使我们的星球围绕太阳运行的无形力量。


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○ 牛顿引力定律。


这些例子代表了我们目前对宇宙的理解和解释中的最基本和最重要的三个思想。他们有什么共同之处?它们都可以用方程——也就是数学来描述。


物理学家要做的是检验这些理论是否成立,但他们要检验的东西是用数学描述的。以牛顿的万有引力定律方程为例,它描述的是两个物体之间的引力取决于两个物体的质量(m、m),它们之间的距离(r),以及万有引力常量(G)。


因为数学允许牛顿的运动定律以这种方式用一个方程来表达,因此物理学家可以通过实验对此进行测量和检验,看看它是否真的正确。例如,物理学家可以测量两个物体之间的引力强度是否会随着物体质量的减小而减小,或者是否会随着物体之间距离的增大而减小。如果没有方程的清晰表达,物理学家就很难知道究竟要检验什么。



与外星人交流


说起引力和公转的行星,我想问这样一个问题:如果你能和外星人交流,你会给他们发送什么?


先说明一下,所谓交流,我指的是有一个可以发送信息的渠道,它们是否能理解这些信息取决于你选择发送的什么。音乐?文学?艺术?一份地球历史的总结?这都需要它们要么能理解我们的口头或书面语言,要么能理解我们的文化。


也许你可以发送没有歌词的音乐,但你会发送哪种音乐呢?来自亚马孙热带雨林的部落鼓点节奏与贝多芬或莫扎特的古典作品可是非常不同的。而且在任何情况下,要真正理解和欣赏音乐,都需要先理解产生这种音乐的文化。


还是说要发送些更注册新宝GG的东西呢?比如人类骨骼,或者植物的种子?虽然这样或许能减免对我们的语言和文化的了解需求,但地球上的生物基本上不太可能与外星人所见过的任何东西有相似之处,这使得寻找共同点变得非常困难。


当然,这样的问题并不存在正确或错误的答案,但我们所能做的是通过理性的逻辑思维,努力将成功沟通的几率最大化。什么是地球上存在的最普遍的东西?有什么东西是我们已知的除了在我们自己的星球上,在其他地方也仍然成立的?有什么东西是真正普遍的?显然,我所暗示的答案当然是数学。


在其他的恒星系统中,那些行星也会在引力的作用下绕着它们的恒星运行,那里的引力和地球上存在的引力是相同的,不仅如此,我们还有一种可用于表达这个事实的简短语言。牛顿万有引力定律的方程是真正普遍的。或许会存在使用不同符号的问题,比如我们选择了用 G 来表示万有引力常量,因为这是我们字母表中固有的;又或许数字也会不同,我们以 10 为基数(十进制)计数,因为我们拥有的手指数量是10,而我们与之交流的外星人有的可能是7根触角,于是它们可能会以7为基数计数;但关键在于这些问题都可以被克服、被解决。引力永远是引力,这意味着牛顿定律——更重要的是描述它的数学方程,永远都不会改变。


数学远非完美,但它或许是我们进行星外交流的最大希望。



原文标题为“Maths…could it really be the language of everything we know?”,首发于Oxplore.org,

原文链接:https://www.oxplore.org/question-detail/would-it-be-better-if-we-all-spoke-the-same-language#1804

中文内容仅供参考,一切内容以原文为准。