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深度长文:当我们扒掉万物的外套,看见相同的数学!

亚星_亚星娱乐官网编辑部 978 阅读 约 5.5 分钟

你手机连Wi-Fi,听音乐,去医院拍CT,晚上睡觉听见水管嗡嗡响,这几件事八竿子打不着,对吧? 但我告诉你,它们背后干活的,是同一套数学。 你可能觉得我在扯淡。 先别急,听我一件一件说。 先说个最朴素的怪事:弹簧和电线。 小时候你大概玩过这种弹簧:下面挂个螺母,一拉一松,螺母就上下晃。如果你拿笔把螺母的位置随时间画出来,画出来的是一条光滑起伏的波浪线。 再看一个东西:你把一个充电的电容和一个电感线圈接成一个回路。电容里存的电,会通过电感慢慢流过去,充满电容另一边;然后又流回来。来回折腾,电路里的电流也是一条波浪线。 一个是机械玩意儿,一个是电器玩意儿,风马牛不相及。 但你把这两件事的方程写出来看看。 写出来你会愣住,除了字母长得不一样,结构几乎一模一样。电感对应的是螺母的质量,电容对应的是弹簧的倔强系数,回路里那点电阻对应的是空气摩擦。 更绝的是,早年没超级计算机的时候,工程师真的就拿这种电路去模拟机械系统。算汽车撞墙的时候车身怎么变形,算飞机翅膀颤振起来是什么样,他们就在实验室里搭一板子电路,调几个电容电感,波形直接读出来。 换句话说,工程师在电路里看到的那个振荡,和你手里弹簧的那个振荡,根本就是同一个东西。 这就有点意思了。 为什么? 再来一个更乱的:墨水、谣言和股票。 你往一杯清水里滴一滴蓝墨水,墨水不会老老实实待在原地,它会慢慢晕开,最后整杯水变成淡蓝色。 你把一勺热咖啡倒进冷牛奶里,过一会儿整杯温度均匀了。 你在显微镜下看花粉,它在水里七扭八歪地乱撞,停不下来,这就是布朗运动。 你在家族群里发一个八卦,第二天整个亲戚圈都知道了。 你打开行情软件,一只股票今天涨两个点,明天跌三个点,上蹿下跳。 这五件事,物质上差得更远了:墨水是颜料分子,热量是分子的动能,花粉是植物的种子,八卦是人嘴一张一合,股票是屏幕上一条K线。 但它们服从的方程,居然是同一个:扩散方程。 道理也朴素:不管你在扩散的是什么东西,只要它是被无数个看不见的小邻居推来搡去,从密集的地方往稀疏的地方跑,数学长出来的样子就一样。 最戏剧性的是后面这串。 1827年植物学家布朗拿显微镜盯了半天花粉,记下来这玩意儿在水里乱蹦,谁也不知道为啥。1905年爱因斯坦顺手解释了:这是水分子在各个方向撞它。 结果早个几年,有个法国小伙子叫巴施里耶,他更早一步,把这同一套数学拿去用在了巴黎交易所的股价上。他说股价的波动跟花粉在水里乱撞,是一回事。 后来这一套东西被两个叫布莱克和斯科尔斯的人捡起来,捣鼓出了一个公式,今天全球的交易员拿它给期权定价,每天在里头算的钱,是以万亿美元为单位的。 也就是说,一个物理系教授在实验室里算花粉怎么飘,和一个交易员在交易厅里算股价明天怎么走,写在黑板上的方程,是同一个。 你说扯不扯。 再补一个你天天见,但你没意识到的:钟形曲线 你们班同学的身高,画个直方图;你们学校某次大考的成绩分布;你拿枪打靶,打了一百发,弹着点围绕靶心怎么散开;你拿尺子反复量同一个桌子的长度,每次读出来的数都有点小误差,这些误差怎么分布;你老家一年下多少毫米的雨。 这些乱七八糟的东西,你画出来的图,长得居然都是同一个形状:中间高,两边低,左右对称,像一口扣着的钟。 这就是正态分布,也叫高斯分布。 为什么全世界的破事最后都长成这一个形状? 因为有个东西叫中心极限定理:只要一件事是一大堆互相独立的小因素加起来的结果,不管这些小因素本身是怎么分布的,是均匀的也好,是歪瓜裂枣的也好,加在一起,最后必然长成那个钟形。 人的身高,是几百个基因、营养、睡眠、小时候生病没生病,一堆小因素叠出来的。 弹着点,是风偏、手的一点点抖动、子弹加工的微小误差,一堆小因素叠出来的。 考试分数,是你会的、蒙的、题出得顺不顺、考试当天肚子痛不痛,一堆小因素叠出来的。 一个定理,同时管住了基因、子弹和你们班的数学成绩。 这就不是巧合了吧? 讲到这儿,我得把话题往最邪门的那个方向拽一下。 高中课本里都写过:海森堡不确定性原理。 意思是一个电子,你位置测得越准,它的速度就越测不准,反过来也一样。 课本一般会告诉你,这是量子世界的神秘特性,是微观粒子"既是波又是粒子"闹出来的玄学,是微观世界和宏观世界最不一样的地方。 但其实,这事儿你家附近任何一家音响店都能体验到。 你掰个响指,"啪"的一声。这个声音特别短,短到只有几毫秒。如果你把它拿去做频谱分析,会发现它铺满了几乎整个听觉范围,高低频全有,所以听起来就是一声"咔哒",没什么音高,像噪声。 反过来,你拿一个音笛吹一个长音,稳稳吹个三秒钟不动。这个音的频谱就特别窄,几乎只有一个频率,纯得很,你都能听出来是哪个音。 这是个铁律,跟量子半毛钱关系都没有: 一个信号在时间上越挤成一团,它在频率上就必然铺得越开。反过来,你想要一个频率特别纯的音,这个音就必须拖得很长。 这

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