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第6章 复数四维时空世界（第1页）

复数四维时空理论为我们理解宇宙的本质提供了一个全新的视角。

科学家提出一种关于宇宙构成的理论，认为宇宙可能由波组成。

有一道文艺复兴时期意大利数学家吉罗拉莫·卡尔达诺提出的数学题：将长为10的线段分为a和b两个部分，若a和b的乘积等于40，求a和b的值。

在常规整数范围内无法求解，但数学家借此定义了虚数，从而打开了数学新领域的大门，虚数在物理学研究的诸多计算中有重要应用。

而关于这道题背后与虚数形成相关的故事，要从一场有组织的谋杀说起。

在两千四百多年前的古希腊，毕达哥拉斯是着名的数学家和哲学家。

他创建了毕达哥拉斯学派，该学派在数学等领域有诸多研究成果。

然而，毕达哥拉斯后来却因弟子希帕索斯的一个发现，陷入了两难境地。

毕达哥拉斯在多学科研究过程中，经过深入思考和探索，提出万物皆数的理念，认为宇宙万物可由整数和整数之比表示，即由正负整数、零和正负分数构成有理数，且认为有理数构成宇宙的一切，这一理念成为毕达哥拉斯学派的重要教义。

希帕索斯在研究中依据勾股定理，对边长为1的正方形对角线长度进行探究。

当时人们只认识整数和分数，按照毕达哥拉斯学派万物皆数（皆为有理数）的理念，这条对角线长度（即根号2）也应能表示为分数形式。

希帕索斯通过严谨的推理证明，假设该对角线长度为a，若a可表示为分数nm（n、m为互质整数），根据勾股定理可得a2=2，即（nm）2=2，由此推出n2=2m2，这表明n2为偶数，进而n为偶数，设n=2k，则4k2=2m2，即m2=2k2，所以m也为偶数，这与n、m互质矛盾，从而得出根号2不能用分数表示，这一结论推翻了学派的教义，引发了数学史上的第一次危机。

毕达哥拉斯陷入困境，他最终选择维护学派教义，将希帕索斯视为叛徒并将其溺亡，但这一事件促使数学家们重新思考宇宙与数学的关系。

希帕索斯的推理表明根号2不能表示为有理数，古人由此将这种无限不循环小数定义为无理数，如根号5、根号3和圆周率π等都是无理数。

无理数的发现冲击了原本基于整数和分数构建的数学体系。

在对微观世界的探索中，原子由原子核与核外电子构成，其尺寸极小，例如一滴汗水中约含五亿亿个原子。

2020年5月，英国剑桥医学委员会分子生物实验室和德国马克思普朗克生物物理化学研究所利用冷冻电子显微镜获得较清晰的原子图像，展示了原子的自旋状态。

由于原子小且电子运动速度快，无法同时精确测定电子位置与速度，只能用概率波表示，电子云概念由此产生，量子隧穿效应也体现了量子世界的不确定性，但无理数与量子力学之间是否存在关联尚无定论。

时间来到1401年，意大利文艺复兴早期的建筑师与工程师菲利波·布鲁内列斯基发明了一种全新的艺术作画技巧——透视法。

其画作巧妙之处在于画里的空间似乎都指向一个点，距离该点越近，视觉上离观察者越远。

在布鲁内列斯基发明透视法之前，绘画多为平的，缺乏空间透视关系，类似二维世界的平面图。

例如《十字军东征图》，画中骑马的十字军领袖与城墙大小比例失调，城墙上的守军如小矮人，画面呈现扁平失真的二维影像。

透视法的显着特点是近大远小，不仅整体有透视变化，单个物体自身也遵循此规律。

采用透视法绘画时，若空间所指向的点足够远，一切事物、人物、山脉、海洋都能被压缩进这个零维的点，此点在几何上是零维且无限的，在绘画学上被称为灭点。

透视法的出现开启了对宇宙探索的新大门。

中世纪德国的尼古拉斯·库萨，他是天主教主教、神秘主义思想家，在哲学、数学、光学、古典学、医学和天文学等领域均有建树。

1440年，他得到透视法后，结合对夜空的长期观察，因未看到灭点，得出地球不是宇宙中心，且地球在地轴上旋转并围绕太阳运行的结论，这比哥白尼的《天体运行论》早了一百多年，为后者的理论奠定了基础。

1596年，法国的勒内·笛卡尔出生，他在哲学与数学领域皆有卓越贡献。

在哲学上，他提出“我思，故我在”

，是近代唯物论的开拓者与西方现代哲学思想的奠基人。

在数学方面，他发明了平面直角坐标系。

笛卡尔在设计坐标系时思考过，y轴和x轴不能从1开始，必须由0开始，且0要排在-1和1之间，因为0在坐标系中至关重要，缺了0，坐标系乃至宇宙都将不复存在。

然而0在生活中表示无，却能决定存在事物的存在与否，这引发了对0的本质的思考。

1927年，比利时天文学家和宇宙学家乔治·爱德华·勒梅特提出宇宙大爆炸理论，认为宇宙源于137亿年前的一个致密炙热的奇点大爆炸，之后正常膨胀形成如今的宇宙，即宇宙大爆炸之前不存在宇宙，其最初形态为0，大爆炸后空间开始膨胀。

若将宇宙大爆炸的起点看作0，平面直角坐标系恰似二维化的数学宇宙，有起点0并向四周发散形成无限空间。

此后科学家在宇宙中发现了更多与0和无限相关的现象。

2019年4月10日晚，首张黑洞照片公布，该黑洞位于距离地球约5500万光年的m87星系，质量约为65亿个太阳质量。

黑洞是极为神秘的天体，越趋近黑洞，时空曲率越大，其本质是一个奇点，体积为0且密度无限大，光也无法逃离。

据意大利天文物理学家亚利克斯·西西里研究，仅银河系中就约有一亿个黑洞，这些黑洞是银河无限的结合点，彰显了数学与宇宙的紧密联系，而数学中无理数预示世界的不确定性，0和无限代表宇宙的起始与终结，更神秘的是虚数部分。

1494年，意大利数学家巴乔利提出一元三次方程问题，当时无人能解，帕西奥利甚至认为其无解。