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博客精读 · 37 · johncarlosbaez.wordpress.com

John Baez
不同学科在偷偷重写同一套方程,数学家的活是把它们认出来

John Carlos Baez · 博客 Azimuth(「方位角」,也是他 2010 年发起的环境科学协作项目 Azimuth Project 的名字)· 美国数学物理学家,加州大学河滨分校(UC Riverside)数学教授 · 仍在活跃更新:第一篇是 2010 年 7 月 10 日,最近一篇是 2026 年 9 月 20 日;站点 sitemap 列出约一千篇,侧栏分类里「数学」657 篇、「物理」273、「网络」192、「气候」162 · 选文依据:他没有「精选」页,2013 年那篇 Azimuth Blog Overview 只是一份系列文章的目录;本页抽了 247 篇正文统计站内回链(被跨年回引的主要是 Quantropy 和 Classical Mechanics versus Thermodynamics,后者从 2012 年一路被引到 2021 年),再参考评论数(Quantropy 124 条、Why Google Gave Up 104 条、What To Do? 76 条)· 本页通读 16 篇他本人的正文,跨度 2010-07 到 2026-09:最早期(前 20% 时间跨度,即 2010-07 至 2013-08)8 篇;博客有两处转折——约 2015–2017 年从「气候与能源」转向「应用范畴论」,约 2022 年起又大量回到纯数学、物理和音乐理论——两处转折两侧都有

2012 年 1 月,一位五十岁的数学物理学家在自己的博客上写了这么一句:

It came as a bit of a shock last week when I realized that some of the equations I’d learned in thermodynamics were just the same as equations I’d learned in classical mechanics—with only the names of the variables changed, to protect the innocent.上周我突然意识到,我在热力学里学过的某些方程,和我在经典力学里学过的方程根本就是同一组——只是变量改了名字,好保护无辜者。这让我有点震惊。Classical Mechanics versus Thermodynamics (Part 1),2012-01-19

下一行只有一句:「为什么没人告诉我?」

他说的是物理系学生最爱的两条方程(哈密顿方程,两行就写完整个经典力学)和最恨的一堆方程(热力学里的麦克斯韦关系,一大串、记不住)。他证明前者是后者的一个特例,推导方法一模一样,只是把「位置」叫成「熵」、把「动量」叫成「温度」、把「时间」叫成「体积」。他说希望这能让你多喜欢一点麦克斯韦关系,而不是少喜欢一点哈密顿方程。九年后他还在想这件事,2021 年把它讲成了一场物理系学术报告。

John Baez 写了三十多年这样的东西。1993 年他在 Usenet 上开了专栏《本周发现》(This Week's Finds),比「博客」这个词还早;2010 年他开了 Azimuth,《本周发现》也搬了进来。开博那晚他在洛杉矶机场候机室,凌晨一点四十的航班,写下了改行的理由:数学和物理的深层秘密可以等,别的事等不了——地球出了大麻烦。他想知道一个数学家能为此做什么。

十六年后读下来,他给出的答案正是那句「为什么没人告诉我」。他的核心直觉是:大自然和人类各门学科一直在重复发明同一种结构,只是各自起了不同的名字。化学家画反应网络,电气工程师画电路图,生态学家画能量流图,流行病学家画「存量-流量」图,物理学家画费曼图——2011 年他把这些图摆在一起,说「很明显,不同学科的人在重新发明同一类图」。如果能用数学(他选的是范畴论,一门研究「东西怎么拼起来」的数学)把它们统一,就能像数学帮物理那样帮生物和生态。他给这门还不存在的学问起了名字:绿色数学。

同一个直觉也让他在熵上走得很远。他坚持熵不是「无序」,而是你不知道、但原则上可以知道的信息量——室温常压下的氢气,每个分子大约藏着 23 比特你不知道的信息。顺着这条线,他把进化论里的复制子方程和统计学里的贝叶斯更新对上了:一个种群可以看成一个关于「怎么活下去」的假设,自然选择就是在按贝叶斯规则更新它。进化是一种学习。

这套打法有它的代价。2011 年 Eliezer Yudkowsky 在他的访谈里劝他:环保已经有几百万人在做,你的边际贡献最小。Baez 认真回了一长篇,最后一句是:「人当然很容易骗自己以为自己知道。」2015 年他自己也写,把工程里的图形式化,「不指望能立刻帮到这些领域的从业者」,最先受益的反而是数学家。而到 2026 年,他博客上最新的几篇在讲 E6 根多面体、八元数和标准模型——那些「可以等」的东西,又回来了。

但如果你只从他这里拿走一件东西,就拿那个问题:我在这门学科里学过的这件事,是不是在另一门学科里换了个名字早就出现过?他用这个问题,从热力学走到力学、从化学走到流行病、从音律走到进化。他的博客是一场持续十六年的公开演示:大多数时候答案是「是」,而且通常没人告诉过你。