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第41讲:数学中二象结构对偶机制再认识

已有 842 次阅读 2024-10-19 22:04 |个人分类:终极大自然观|系统分类:科研笔记

序:

基于本论,不能不进一步看到客观世界普遍存在的“二象”结构及其深刻性,特别是其中的“对偶”机制及其理论,是个十分重要的世界观和方法论(也是笔者的体会)。

特此,这里对“二象论”再做议论,将在简顾二象对偶概念基础上,环顾一下社会上过去的二象对偶表现,然后重点谈谈数学中深刻而广泛存在的二象对偶机制。 

本论已充分展示出,数学是“映兆”著大自然的,所以广泛的“二象”世界必然也在数学中有着深刻的存在。

一、简顾二象论

1.1  对“系统”既有的两个研究方向

(1)一个是熟知的最为流行的以丰富的“系统论”为基础的(泛及大科学的)系统科学,其“系统”概念(贝特朗菲)是最具广泛性的,从最宏观到最微观的一切可认为具有内容的对象皆系一个系统,一般记为

系统=(目标;元素,关系)

亦即,系统是在一个“目标”(或叫公理、制约)下一组“元素”间的所有“关系”的总体。

(2)另一个是(重点要说的)来自“系统学”的二象论,即在上述系统概念下,对于同一组元素,当考虑所有可能目标下的关系时,即获得系统的“二象”结构,记为

系统=(元素;关系)=(实象;虚象)

这样的系统研究,叫做系统学虚实“二象”论,简称“二象论”(第二讲)。

注:

在数学中形式(元素,关系)通常叫做空间,是颇具基础性的,正好对应了“二象”系统的广泛性。其中,当赋予“关系”以公理制约时即是个(可运作的)具体空间。一般说一个空间宏观体现出的是个“数学结构”(被归为序、代数、拓扑“三类”结构)。在“大科技”过程(结构-功能-操作)中,结构是基础(理论),然后是功能(桥梁),最后是操作(实现)。

又,其中当“元素”可同时为多类对象时即可进入范畴论研究。

特别的,当“元素”为有理数集(或实数集、无理数集)时,对于所有“关系”,则进入已知的各种数学世界了。

1.2  特别强调系统间的“对偶”关系

(1)概念:

“对偶”关系即“既对立又统一”或“既斗争又团结”抑或“既竞争又合作”关系。“对偶”双方是互为动力、互相推动前进的(参见第34讲例图),进一步说是:

对立产生动力,统一产生进步;

过分对立产生阻力,过分统一产生退步;

极端对立产生系统崩溃,极端统一产生系统崩溃。

现以“对立、统一”(简称“对、统”)为例来叙述,当注意到后续两点:

(2)“对偶”概念的存在是十分普遍的:包括任一系统内(虚实二象间)与任二系统间,其关系都是“对偶”关系;

(3)强调其“对立”、“统一”的同时存在性:它们仅表现为权重大小的差异,这点十分重要。

由于 “对、统”间似乎具有矛盾性,容易下意识的认为不可同时存在,殊不知(历史性的)遗失了其中的深刻思想(其实“对,统”本身也是个二象对偶结构,彼此也是既矛盾又统一的)。

总之,关于“对、统”的同时存在性,既是客观的更是深刻的,认识到这点即是先进的。

相较之下,若只强调其中任何一面,都是偏颇的,历史上这方面的教训已不少(例见下)。

二、“二象论”缺失下的史今表现(例)

历史上表现在未意识到系统的“二象”结构,特别是对“对偶”概念的缺失,所带来的遗憾是不少的,现仅举几个明显事例如下。

例1 二元论。这是来自哲学-数学家笛卡尔的观点,实际上是只强调了“对偶”关系中的“对立”性。

因此,比如在“科学”与“哲学”的二象关系中,由于只强调了其中的“对立”性,致使哲学在科学中的地位一度被边沿化。但毕竟它是偏颇的,现在已基本上自然回到(虚实二象)正常状态了。

例2 辩证逻辑中的迷糊。尽管说作为辩证逻辑三大定律之一已有了“对立统一律”,但可说至今没真正意识到其中“对、统”的同时存在性,致使比如“人性论”(由于缺乏正确的虚实二象观)一直没有一套科学的人性论著作,有的只是要吗“人性恶”、要吗“人性善”观点(显然,亦如只强调矛盾、只强调斗争的著述等皆属这种情形)。

例3 科学中的诸多表象。比如,虽然科学发现了“光的波粒二象性”(本论中的“二象论”也来自它的启示),但在学界仅有少数人意识到它的广泛性,终未能形成“二象”共识。

诸如,威腾的“超弦”理论来自“超对称”概念的突破;代数学家诺特揭示出物理学的“对称”性;“标准模型”中的“对称”性;物理学中拟成共识的“对称”性等,其实都是物质世界二象“对偶”本质及其虚象的表现。

此外,显然量子世界“测不准”现象也是因为(位置、速度)二象的对偶性的表现。

特别是,物理学已有越来越多学者从不同角度意识到“终极客观世界”的虚象(超空间)的存在,其现象有如湮灭能的去处;量子纠缠的解释;宇宙的爆炸“点”;等等,还不包括“平行宇宙”之类猜测呢。

更大问题是,似乎对于强调实证的科学家来说,这些虚拟事实难以启发(激发)他们的“二象”意识(似乎任何系统只有一象)?这就麻烦了。

显然,问题的关键在于,对世界虚象的抽象性、科学性揭示还不够,还不足以说服人们。

例4 社会生活中缺乏“对偶观”现象。

即在生活中,容易习惯性的(下意识的)只注意事物的矛盾面、对立面,显然这是不利于生活的,但也是个普遍性问题。

既然是下意识的就是个心理现象、心理问题,只能(凭显意识)从习惯上去纠正它。

比如可注意到,凡是有矛盾有斗争之处都应该习惯于从“对偶”高度去考虑问题,因为一切关系都是“对偶”关系。 总之,二象“对偶”现象是充斥世界的,世界需要系统学“二象”论和二象“对偶”观。

三、数学中二象结构及其对偶机制      

既然是“二象”,必然是“对偶”关系,但这时的“对偶”更多是体现为互动性,对立性(权重)不大于统一性。

3.1  “数”、“形”基础二象

(1)之所以说数学中是充满二象结构及其二象机制的,根本在于,它有了“数”与“形”间最为基础的“二象”机制:

“数”概念来自创造,属抽象思维、离散思维,直至发现了数的运算,有了算数、数论、代数等都是“数”本质的表现;

“形”的具体即“几何”,虽然几何概念亦来自抽象和创造,但相对说来更具客观性和实在性,但只有结合到抽象的“数”(形成基本的虚实结构)才能“活”起来(这本身也影射出客观世界的虚实二象本质,应该是一项基本的世界观)。

(2)回顾历史容易看出,即使单纯以“数”(或“形”)为主体的学科,在发展中仍然少不了数、形二象的结合,且结合的愈好学科愈有活力,直至学科之间的综合交叉增殖等都是得益于这一特征的。

阿诺尔德(俄1937-2010):数学家绝大多数是几何思维(事实上这里说的(驰骋思维的)“几何”即是 “数”与“形”充分结合的二象系统)。

显然,体现数、形充分结合特点的最为熟知的例子即是从“平面几何”到“解析几何”。 

(3)事实上,“数”与“形”的二象本质(就其基础性)已“渗透”到了客观世界各个方面,哪里都深藏着虚实“二象”结构及其机制(原来,“数”与“形”本身即是“意识”从客观世界中抽象出来的呢)。 

3.2  进一步的二象机制

由于发明了“坐标系”(笛卡尔17世纪初)使得“数”与“形”能在更加抽象和升华的层次上结合了,这就是函数、分析中的二象机制(可参见拙著《数学及其认识》高等教育出版社-斯普林格出版社2001-2005)其中用了一章“第四章”作了较多的数理阐述)简略的比如:

*函数中,自变量与参变量的关系(是空间层次差异)更是二象对偶关系,如函数的导数即是属其参变量层次的。

*泛函中,线性空间与其“对偶空间”之间自然也是二象“对偶”关系了。

*张量中,其多重线性式中的协变、逆变因子之间也是二象“对偶”关系(也不要怀疑多重线性式的精确性,原理在于一是流变坐标,二是实数“点处”本质)。

*复变函数中,首先是复数结构(x +i y)的“二象”性意义重大:一是它体现了完全运动(平移+旋转),因为i具有时空空间的旋转意义,如闵可夫斯基空间(x y z ; it)中i显示的虚象意义即是;二是它所对应的周期函数、傅里叶级数等具有重大意义,成为信息科学的核心工具。 

*进一步,在傅里叶变换中波形、频率间的二象对偶关系,乃至一般的“波、频”间,都是虚实二象关系,体现着二象间互动性和对偶性。

*又,麦克斯韦方程的成功,正是充分体现了电、磁的“对偶”机制。

*特别是,数学学科之间仍然存在二象机制,比如“爱尔兰根纲领”(1882年)提出不同的几何学科决定于不同的数、形“二象”关系,本着“数、形”这一共性形成了泛性的射影几何。

又如“朗兰兹纲领”(1967年)即在于他直觉到代数学与几何学结合所产生的“反应”,也是“数”、“形”基础二象关系的升华。

总之,首先说,数学中二象结构的存在性是普遍的,鉴于数学与大自然的深刻关系,则客观世界的二象“对偶”关系也是普遍的,本论表明的确如此。

因此,应该重视颇具广泛性的“二象论”,特别是其中的“对偶”本质,树立起“对偶观”,不无裨益(经验之谈)。 

3.3  再回头看本论中的“二象”实质

从二象角度说,正是揭示出数学中实轴的二象结构“深刻”本质、实数集的二象结构“深刻”本质,终于发现数学是“应兆”著、“透联”著客观世界本质的。

具体说,一是揭示出数学的“根基”是有理数集(数学本质上是建立在有理数集上的);二是揭示出数学空间与逻辑空间的对应关系;三是揭示出本质上逻辑空间作为(宇宙运行的)“属性”,回到“能量”本体,即对应到宇宙空间了。

可是,如果说客观世界就只有宇宙空间的话,那么实数集这一客观系统中的“无理数集”对应什么?

因此说,正是揭示出“无理数集”的深刻本质“无逻辑”,蕴含了客观世界中“超空间”的存在性,实质性支撑了一系列关于存在超空间的现象“猜测”。

可是,因为超空间太抽象,至今未被(强调实证的数理学界)正式接受?

但是,要能否定超空间,至少需要否定无理数集的“无逻辑”本质(这是不可能的)。



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