第一篇博文就獻給阿西莫夫Asimov的《宇宙的秘密》一書吧。
該書里有一個非常有意思的問題:
將來會不會有一天,所有的科學問題都全部得到了解答?那時,科學家們都將無事可做了。還是說,全部得到解答是不可能的事?
這個問題如果從日常生活經驗上來判斷,答案相當明顯,人類絕不可能有一天能解決所有宇宙間全部未知的問題。因為時間不夠,太陽都有一天會蛻變成一顆白矮星,沒有人奢望人類會永遠存在下去,能有足夠的時間去探求全部的知識。但如果假設人類永遠不滅絕,并假設科學將如現在這樣永遠穩定或爆炸式的發展下去,足夠足夠長的時間之后,會不會終有一天所有的科學問題都能得到全部的解答了呢?
我的看法是絕無可能。
一個簡單的數列:1+2+4+8+……,等于幾呢?任何答案都是沒有意義的,結果就是無窮大。這樣一個結果是無限的無窮數列就是“發散級數”。如果宇宙間的知識如同發散級數,即等同于宇宙間的知識是無窮大,那無論時間多么久,無論科學怎么進步都不會有學完全部知識的一天。
反過來如果一個結果是有限的無窮數列就是“收斂級數”。一個簡單的數列:10+1+(1/10)+(1/100)+……后一個被加數是前一個數的十分之一。結果等于幾呢?10+1=11,再加(1/10)=11.1,再加(1/100)=11.11,如果無窮的加上去,結果等于11.11111……,用分數來表示的話只不過等于11(1/9),即11又9分之1。
類似的有1+(1/2)+(1/4)+(1/8)+……,其中每項都是前一項的一半,如果你有耐心一個一個手動算下去的話,我相信最后你會相信結果必然等于2。
我們以1+(1/2)+(1/4)+(1/8)+……為例,數字太抽象,為了更形象化的理解,我們把數字以物體來代表。假設有一系列正方形,第一個方塊的邊長是1厘米,第二個是0.5厘米,第三個是0.25厘米,以此類推,把所有這些正方形一個挨一個排成一排,最終總長度會達到2厘米。第一個方塊占了總長的一半,第二個占了剩下的一半,這樣無窮無盡下去,每個方塊都占了剩余距離的一半,永無止境。事實上方塊的邊長急劇縮小,以至于到第27個方塊時,其大小基本就和一個原子一樣大了,當第27個方塊被放上去之后,離理論上的終點2厘米還只剩一個原子大小的差距了。
第27個方塊的邊長大約是1億分之1厘米,我們用個放大鏡,把它和它之后的方塊都放大1億倍,這樣第27個方塊看上去就和第一個1厘米邊長的方塊一樣大了,下一個方塊就是0.5厘米,再下一個就是0.25厘米,以此類推。不僅如此,到第51個方塊,大小只有一個質子般大小了。同樣借助放大鏡,將它和它之后的方塊放大,得到的還是和初始系列方塊完全相同的系列。
事實上我們可以發現,無論你從那里開始將剩余的方塊放大,都能得到一組和起始系列完全相同的方塊,無論是在大小上還是在數目上。對于這樣的“收斂級數”,用任何日常經驗去理解它都是徒勞的。例如隨手畫一條線段,那這條線段上的點,就是無窮無窮的多。事實上一條1厘米的線段和一條2厘米的線段包含的點是一樣多的都是無窮多。同樣哪怕一條1納米的線段中包含的點的數目,也足以填滿整個3維宇宙。你解釋不了,我也解釋不了,但這恰好能解釋文章開頭的那個問題。
如果把宇宙間所有的知識用數字編個號,它們如果是“發散級數”,那別做夢有一天能學完全部知識了。如果是“收斂級數”也別高興,宇宙間所有未知知識,不論它和已知的知識相比多么小,都含有起始物的全部復雜性。所以人類即使永不滅絕,科學發展永不停步,也學不完任何知識,無論我們走的多遠,前方的路看起來仍舊如同我們站在起點一樣。