數論人生

數論是一門學科,也是我的人生。有人把酒論英雄,我用數字描天下。
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科學=方程+方程+方程

(2021-09-21 09:11:52) 下一個

數學家們的工作是解方程;物理學家的工作是列方程,而化學家則是親眼驗證方程。列方程相對來說簡單:隨心所欲杜撰一些等式即可,不管有無根據或意義;再叫化學家或者實驗物理學家去與觀察結果對照一下,看看是否吻合。觀測不到的東西,就說方程錯了,需要增減幾項;或者儀器不精確,需要改進。

根據物質守恒列出的流量方程,終歸得解出來,才能知道那物質長什麽樣、藏在哪裏,所以數學家們必須要在沒有儀器的情況下,把那方程解出來。困難的是,用什麽形式來表示那物質,還得問:那表示可以一般化嗎?可不可由計算機執行?我能不能嚐嚐它是什麽味道的?

任何有形的東西,人類是生不帶來,去不帶走的;隻能留下一堆無形的式子。但一個人如果能夠寫出一個正確的關係式,那他的一世便功德無量了。楊振寧先生說過,任何方程都是有用的。你可以寫下任何方程式;可在數學上,無解或者其解的表示為發散的,那是沒有用的。離散的和式最終得化為收斂的單重級數,最好是有限的、能夠用初等函數表示出來的式子;連續的和式須得表示為收斂的單重積分,最好是有限區域上的、能夠用初等函數表示出來的有限重積分。如此方可稱為可計算的。

最簡單的有限式子是含有一個變量的多項式,它的根或者零點卻是複雜得難以想像。兩個項還好,其根可以用一個根式表出。三個項或者以上的,我們隻能解到四次方程;有的五次方程的解就不能用有限重的根式表示了:這就是所謂的Galois理論。在1858年,法國數學家Charles Hermite 把五次方程的解用橢圓函數表示出來了。

代數基本定理說,任何n次多項式都有n個根。但它們的具體表示如何,就看我的了。肯定可以用收斂的複級數表示的。在複變函數中,一個冪級數的根就是其倒數的極點。根據根與係數的關係,我們隻要解一組無窮多個變量的方程組即可。我借用微分方程和線性代數中的特征值,就可以把可數方程的可數個根表示出來了;比如,黎曼Zeta函數的根都可以表出。這就解決了黎曼猜想。

對於連續的、可以積分表示的函數,如果可以化為單變量的有限重級數,其根的求解依然可以如上所述進行。對於有限個變量的方程組,我們需要與變量個數相同的方程數。如果每個方程隻有有限項,那麽輾轉降次法可以將它們解出;如果有的方程是無窮級數,就要用到特征值方法了。而且,解的形式要用不可數的連續和來表示。

總之,任何方程都是可解的。致於能不能機械化表示,就得討教於計算機科學家了。

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