问题

会不会在数学发展足够先进的时候,人们学100年也几乎达不到当时最前沿数学领域,使得数学无法继续发展?

回答
这是一个非常有意思的问题,它触及了人类认知能力、知识体系以及科学发展本身的边界。用一种更自然的、探讨式的语气来分析一下,这种可能性到底有多大。

首先,我们得承认,数学的进步速度确实是惊人的。回想一下过去几百年,从牛顿、莱布尼茨创立微积分,到高斯对数论的贡献,再到20世纪的集合论、范畴论、代数几何等等,每一步都像是在建造一座更加宏伟、也更加复杂的思想殿堂。新概念层出不穷,证明方法也越来越抽象、精妙。

考虑到这一点,我们确实可以想象一个未来:

第一层担忧:知识量的爆炸与深度化

数学的知识量本身就在指数级增长。我们今天所说的“前沿数学”,可能不仅仅是某一个具体的定理或公式,而是一整个庞大的理论框架,比如代数拓扑、黎曼几何、数理逻辑的某些分支等等。这些领域往往建立在极其深厚的先前知识基础之上,需要掌握大量复杂的定义、定理、公理系统以及证明技巧。

就好比学习一门语言,我们不仅要记住词汇和语法,还要理解其文化背景、文学传统,甚至要能进行复杂的哲学思辨。数学也是如此,它有自己的“语言”,有自己独特的“思想基因”。如果这些“基因”越来越多,并且相互关联得越来越紧密,那么即使我们投入大量时间和精力去学习,也可能只能触及到皮毛。

想象一下,一个顶尖的数学家可能花了十年时间才能真正“入门”某个细分领域,掌握了其中的基本工具和思想。然后,又要十年去钻研更深层的概念,解决一些悬而未决的问题。一百年的时间,即便天赋异禀,也未必能追赶上这个领域过去一百年甚至更长时间积累的精华,更何况是去创造新的东西。

第二层担忧:抽象化与认知障碍

随着数学的发展,它越来越走向抽象。早期的数学可能更多地与几何、数量等直观概念相关,比如欧几里得的几何学。但后来的发展,例如抽象代数、泛函分析、同调代数等,其对象和操作往往是非常抽象的,很难有直接的直观对应。理解这些抽象结构,需要高度的逻辑思维能力、想象力和一种“数学直觉”。

这种抽象化,可能导致只有极少数人能够真正理解并掌握这些前沿知识。对于大多数人来说,即使经过百年学习,也可能仍然停留在相对基础的层面,无法进入那些高度抽象的“高层领域”。这就好比,我们花一百年学习物理,可能大部分人能理解牛顿力学和相对论,但要深入到量子场论或者弦理论的最新进展,则需要非凡的天赋和投入。

第三层担忧:思维方式的改变与门槛提升

数学的发展不仅仅是知识的累积,更是思维方式的革新。例如,逻辑学、集合论的出现,为数学奠定了更坚实的逻辑基础,也改变了数学家思考问题的方式。近代的数学研究,越来越依赖于形式化、公理化、结构化的思维模式。

这些思维模式的培养,需要从小进行刻意的训练,并且需要持续的实践和反思。如果未来的数学发展,对人类的认知结构提出了更高的要求,比如需要更强的并行处理能力、更敏锐的模式识别能力,或者更强的抽象推理能力,那么“百年学习”可能依然不足以让绝大多数人达到所需的思维水平。

那么,数学会因此而停滞吗?

这里就要引入一个关键的区分:学习前沿数学的困难程度,和数学本身是否还能继续发展。

这两者并不完全等同。即使大多数人穷尽一生也无法触及最前沿,这并不意味着最前沿就无法继续发展。原因在于:

少数精英的驱动: 科学发展往往是由少数极具天赋和奉献精神的个体推动的。历史上,许多伟大的数学突破都来自于屈指可数的几个人。如果未来依然有这样的“数学天才”出现,他们即使独自一人,或者与一小群志同道合的人合作,也可能继续推动数学向前发展。就像登山一样,虽然大多数人只能仰望山顶,但总有少数探险家会不断挑战极限,开辟新的路线。

工具和方法的进步: 并非所有的数学发展都需要“从零开始”的大脑风暴。计算机辅助证明、新的可视化工具、更强大的符号计算软件,这些工具的进步,可能会极大地降低某些复杂问题的研究门槛,或者帮助研究者发现新的模式和联系,从而加速发现的过程。例如,计算机在数论中的应用已经非常广泛,它能够处理人脑难以企及的海量数据和进行复杂的模拟计算。

新的视角和重构: 有时候,数学的发展并非线性累积,也可能包含“范式转移”或者对已有理论的深刻重构。比如,某位数学家可能发现一种全新的、极其简洁的视角来理解一个困扰了数代人的难题。这种突破,可能并非来自对所有现有知识的“背诵和理解”,而是来自于一种全新的思维框架。而这种框架的产生,往往也并非完全不可预测或不可能。

所以,回到最初的问题:人们学100年也几乎达不到当时最前沿数学领域,是否会导致数学无法继续发展?

我认为,“几乎达不到”这个程度的断言,可能会导致学习的难度 极大提高,甚至让大多数人觉得“遥不可及”。这无疑会使得能够深入前沿数学的群体变得更加稀少。

但是,完全阻止数学发展,这种可能性相对较小,至少在可预见的未来是如此。原因在于:

1. “前沿”是相对的: 即使最前沿变得极其难以触及,但总会有“次前沿”或“中层领域”是可以通过努力学习而掌握的。这些中间层级的数学知识,本身也足以支撑大量的应用和新的发现。数学的知识体系是有层次的,并非所有人都必须直接去攻克最顶端的难题。
2. 人类的适应性: 人类的大脑和学习方式也在不断演进,虽然数学抽象化是趋势,但也许未来会出现新的教学方法、新的思维训练方式,能够帮助人们更好地适应这些挑战。
3. 数学本身的内在驱动力: 数学似乎有一种内在的生命力,它由其自身的逻辑和美感所驱动。问题和猜想一旦提出,就会吸引一代又一代的数学家去探索,即使过程漫长而艰难。

更可能出现的情况是:

数学研究的群体更加分化: 少数超级天才和少数“巨头研究领域”依然能够产出最前沿的成果,而大多数人可能停留在应用数学、计算数学或更为传统的数学领域,满足于掌握和运用现有的成熟理论。
学习周期进一步拉长: 成为一名顶尖数学家的门槛会更高,所需的学习时间和精力会更多。
跨学科合作的重要性凸显: 随着数学越来越复杂,它与其他学科(如计算机科学、物理学、经济学)的联系也会更加紧密。其他领域的专家可能会带来新的视角和问题,反过来促进数学的发展,即使他们本身不是纯粹的数学家。

总而言之,数学的进步确实会不断推高学习的门槛,让前沿知识变得越来越难以掌握。如果这个门槛高到了“一百年也几乎达不到”的程度,那将是一个巨大的挑战,无疑会使得能够深刻理解和贡献于最前沿数学的人变得极其稀少。但只要还有那么一小撮人能够穿透迷雾,或者有新的思维方式、工具出现,数学很可能依然会以某种形式继续向前迈进,只是它的普及度和大众参与度可能会受到极大的影响。

要说“无法继续发展”,除非出现某种我们目前无法想象的、彻底颠覆了人类认知能力或数学自身存在意义的根本性危机。在正常的、基于人类智能和逻辑的演化路径上,数学总会找到继续前行的方向。

网友意见

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这就是现在世界停滞了的原因,因此回报驱动型的创新国家感知最早,2016年开始表达出了巨大的社会矛盾;成本节约型的生产国家得利最大,正在蒸蒸日上,等到成本再无大的下降空间,社会矛盾就会蔓延而来。

现在全世界的矛盾就是知识积累的问题。

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CPU跑不到5GHz,就出现了多核CPU。SLC闪存芯片密度提不上来,出现了MLC、TLC,就出现了3D NAND。

人的智力、人的寿命仍然是有限的,以后估计得搞出一个类似互联网的脑联网来,人脑与人脑、人脑与电脑之间直接进行高速远距离通信,消灭由于人的听说读写能力极限而带来的人机、人人交流的低效率问题。

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答案显然是肯定的。实际上将条件100年改为30年即可。这也正是现在数学面临的情形。当一个博士毕业若干年以后还无法从事独立研究,他很有可能会被迫退出学术界。当一个研究方向退出的人员足够多时,这个方向就会慢慢地走向衰竭。

过去五十年里,数学知识的总量爆炸式地增长,而给博士生学习和积累的时间没有什么变化。在美国,博士还是五年毕业,大多数人做一个三年的博后之后就要面对就业市场,压力之大可想而知。

很多原因使得现行学制无法延长:学校需要大量经费而无可预见的收益;学生有赚钱和成家的需求;在读博后期,精力开始慢慢下降,难以持续高强度的学习。

数学界的领导者做出很多努力,来挽救深陷“时间危机”的数学。下面列举几种,并附带说明为什么这些措施非但于事无补,反而更可能会加速数学的衰亡。

首先,改革教育体制。一些大师认为人类在“trivial”的初等数学和本科数学浪费了太多时间,应该压缩这些学习时间。最新的尝试无疑是丘成桐教授的“领军计划”,它甚至计划招收初中生入读。但是虽然丘教授熟读人文历史,但是他似乎忘却大部分曾经的少年班都已经消亡了,包括清北复交等等,仅存的科大少年班在培养数学人才方面也乏善可陈。领军计划还限制转专业,而过早地限定学生的未来发展是不人道的,和用童工没有什么本质区别。试想,这些天才少年经过丘教授八年的培养,历尽千辛万苦,到达了数学的前沿,却发现如同来到月球的表面。面对一片寂静、无人、贫瘠的荒原,而身后已经没有退路,他们心中会作何感想?充满了懊悔和愤怒,他们将是摧毁数学科研这个畸形存在的骨干力量。

其次,求助于计算机的强大力量。张景中院士和晚年的吴文俊院士(在他所在的示性类领域消亡以后)沉醉于数学“机械化”,尽管他们能够处理的仅是平面几何层次的问题。近年来随着人工智能的兴起,人们又看到了希望,以至于乐观的菲尔兹奖得主Tim Gowers说:“如果50年后还有人类数学家在寻求定理的证明,我会感到惊讶”。不过尽管AI在围棋领域的突破令人振奋,但是目前的应用仅限于人脸识别等少数无关痛痒的领域,连自动驾驶的实现都还遥遥无期,遑论研究数学?但是无论AI的前景如何黯淡,数学研究者都应该祈祷它不要在数学领域取得成功,否则他们将立即全部失业!

第三,开辟新的研究方向。新的方向可能不需要太多的积累,从而缩短做科研所需要的准备时间。陈省身曾经说过:“我们不能再把学生送出国了,人家知道的不会白白告诉你。我们要发展自我开发的数学”。他晚年鼓吹的Finsler几何可以理解为这种想法的具体化。但时间已经证明,Finsler几何是一片贫瘠和缺乏生命力的荒原。Finsler几何与陈省身晚年的其它绝大部分想法一样,都失败了。

国际“主流”数学界也不断进行类似的尝试。最著名的例子无疑是Langlands纲领。纲领的信徒称其为包罗万象、大一统的数学,并贬低其他“具体”的数学。张寿武表示分析过于繁琐,他实在难以欣赏。然而几十年过去了,除了发明一堆古怪的术语之外,纲领即没有给出古典问题的证明,也没有在物理科学中找到应用,甚至拿不出一个稍有优美感的定理,处于愈来愈尴尬的境地。当然信徒们会说,其他数学家层次太低,审美能力不够!

事实上,二战以后数学家开辟新的领域的努力都失败了。原因是数学终究是人脑的产物,因此受到生理的局限性。数学中重要的对象,都深深地根植于直观。如流形和无穷维空间源于欧氏几何,群源于对称,环和域源于数系,等等。而过于抽象的概念,如Grothendieck的理论,虽然能解决费马大定理等孤立的经典问题,但终究不能走远。抽象数学经过一段时间的火爆之后,又慢慢归于沉寂。

几十年来数学家的工作已经表明,数学的知识体系被开发完全,新的金矿不会再出现。今后的数学家只能反复冶炼前人遗留的矿渣。早在20世纪初,希尔伯特的23个问题已经暗示了后世数学家的命运:数学结构的大规模扩张已经结束,数学家转而研究具体的问题。随着简单问题的解决,留给后人的问题难度越来越大,当这些问题的复杂程度超出人脑可处理的极限,数学研究作为一种人类活动便趋于消亡。

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当然,当然。

首先,我们要明确一点。

不是所有有逻辑的东西都是有意义的。

也不是所有精巧的东西对人类的存续和发展都是有影响的。

想想看,我们人类有那么多璀璨的文明、语言、文化,有那么多巧夺天工的文物、各富特色的建筑、优美动人的旋律。

但人类发展到今天,经历的关键环节无非只是钻木取火、刀耕火种、蒸汽机、电磁感应、石油化工和核能源技术而已,就连计算机互联网技术也无法同以上几样相提并论。

在万千世界中的每一个细枝末节里,都有无数领域和更多的研究学者,他们中十之八九甚至是万之九千九百九十九都被遗弃或将被遗弃在历史的角落里。

数学没什么特殊的,真的。

一个走在人类最最前沿、甚至已经闯入全盲领域的数学家,在人类发展的进程当中,真的同战国时楚国研究如何束最细的腰的宫女、明朝时研究用什么比例的糯米汤加固城墙最牢的工匠、现代一个研究做啥视频才能吸引最多粉丝的抖音播主没有任何区别。

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