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永别背公式时代!波兰物理学家用一个算子统一数学

发布: 2026-04-16 来源: 新智元
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  别再为背公式发愁了!一个算子eml(x,y)就能搞定一切。指数函数?y=1即可。对数?三层嵌套。π?五层。这项发现不仅改变数学观,还启发我们:宇宙底层代码可能极致简短,一个算子统治全部。

  你背过多少数学公式?

  sin、cos、tan、ln、log、sqrt、指数、幂运算、双曲函数……

  从初中到大学,这些符号像野草一样在你的笔记本里疯长,每一个都有自己的定义、自己的图像、自己的一堆性质。

  你以为数学就是这样——越学越多,越学越杂,公式背不完,卷子做不尽。

  但如果我告诉你:这些东西,全部,没有例外,都是同一个公式的变体呢?

  2026年4月,波兰雅盖隆大学的物理学家安杰伊·奥德尔齐沃莱克(Andrzej Odrzywołek)在扔出了一篇论文,标题翻译过来就是:「用单个二元算子生成所有初等函数」。

  

  论文链接:

  https://arxiv.org/pdf/2603.21852

  这个算子长这样:eml(x, y) = eˣ − ln(y)。

  没了。就这一行。指数减去对数。

  然后他证明了一件事,让整个数学圈「地震」:只要你不断地把这个算子嵌套进自己——就像俄罗斯套娃一样一层套一层——你可以从中推导出科学计算器上的每一个按键。

  三角函数,对数,根号,幂运算,双曲函数,甚至连圆周率π和自然常数e都能从里面「长」出来。

  

  科学计算器上几十个按键,理论上只需要一个。

  

  一个算子统治所有函数,凭什么?

  先看最简单的例子。

  要得到指数函数eˣ?把y设成1就行:eml(x,1)=eˣ−ln(1)=eˣ−0=eˣ。

  一步到位。

  要得到自然常数e本身?把两个输入都设成1:

  eml(1,1)=e¹−ln(1)=e−0=e

  常数e直接弹出来。

  要得到对数函数ln(x)?这就需要三层嵌套了:

  先用eml构造出一个中间值,再把它喂回eml,让指数和对数互相抵消,最终剩下的就是ln(x)=eml(1,eml(eml(1,x),1))。

  而要得到π?

  五层嵌套。用到了欧拉公式e^(iπ)=−1的逆向推导——先构造出−1,再取复数对数,π就从中浮现。

  

  要得到虚数单位i?六层。

  要做加法x+y?这个看似最基础的运算,反而需要五层嵌套才能表达。

  因为eml的底层语言是指数和对数,它要先把加法翻译成ln(eˣ·eʸ)这种"指数-对数"方言,再用eml的嵌套把它拼出来。

  这听起来像是一场精巧的数学魔术。但奥德尔齐沃莱克通过详尽的计算搜索证明:这不是个别巧合,而是系统性的完备性。

  

  每一个初等函数,都能在这棵「嵌套树」上找到自己的位置。

  

  数学界的「与非门」

  为什么程序员最先炸了

  如果你是程序员,你一定听过一个经典事实:现代计算机的全部逻辑,理论上只需要一种门电路——与非门(NAND gate)。

  

  AND、OR、NOT、XOR……所有布尔逻辑运算,都可以用NAND门的不同组合来实现。

  NAND门,就是数字世界的「万能积木」。

  整个CPU,从本质上说,就是几十亿个NAND门的排列组合。

  

  而奥德尔齐沃莱克发现的eml算子,做了一件完全类比的事情——只不过它的战场不是离散的0和1,而是连续数学的整个疆域。

  正如The Register形容的那样:数字硬件中只需要一个二输入门就能实现所有布尔逻辑,而现在连续数学也可能有了自己的类似原语。

  

  有人立刻联想到了Y组合子——另一个"从虚无中创造万物"的计算机科学经典概念。

  更有意思的是质疑的声音。有人问:超几何函数不是早就统一了这些函数吗?这个发现的边界到底在哪里?

  也有人追问:用eml门来做运算,复杂度真的比传统方法更低吗?

  这些讨论恰恰说明了这项发现的价值——它不是在回答一个旧问题,而是在提出一个新问题:连续数学的最小公理集,到底可以多小?

  

  反直觉的真相:数学的尽头是极简

  我们从小接受的数学教育给了我们一个根深蒂固的印象:数学是一座不断向上生长的大厦,每一层都比上一层更复杂。

  从加减乘除到方程,从方程到函数,从函数到微积分,知识只会越积越多,公式只会越背越厚。

  但eml算子的发现,像一把手术刀,划开了这座大厦的外墙,露出了里面的钢筋骨架——而那根骨架,细得令人窒息。

  三百年来折磨了无数学生的庞杂函数族谱:三角函数、反三角函数、双曲函数、对数函数、幂函数……

  它们看似各自独立,各有各的公式和性质。

  但现在我们知道了,它们全部是同一个「超级祖先」的后代,都是eml(x,y)=eˣ−ln(y)这一行代码通过不同方式自我折叠后的产物。

  

  这不是数学变简单了。

  这是我们终于看清了:数学从来就没有那么复杂过。

  这像极了物理学的历程。

  牛顿之前,人们以为天上的运动和地上的运动是两套完全不同的规则。直到万有引力把它们统一了。麦克斯韦之前,电和磁是两种毫不相干的现象。

  直到电磁方程组把它们统一了。现在,数学的初等函数世界里,也出现了自己的「统一场论」。

  

  波兰雅盖隆大学的物理学家Andrzej Odrzywołek

  如果你愿意把想象力再往前推一步,这项发现会带你到一些有趣的地方。

  如果宇宙的数学底层逻辑真的可以用某种「源代码」描述,那这段源代码可能比任何人想象的都要短。

  eml算子暗示了一种可能性:宇宙——无论你怎么定义这个词——可能是一个极致的极简主义者。

  不是创造了一百种工具来搭建世界,而是只写了一行函数,然后让它自我折叠、自我嵌套,最终涌现出了三角函数、对数、微积分乃至整个物理世界的数学语言。

  这个思路在AI时代有一层格外的意味。

  当下的大语言模型——GPT、Claude、Gemini——它们的策略是「大力出奇迹」:用千亿级参数、海量数据、巨大算力来穷举人类知识的所有模式。

  这是一条「从复杂到复杂」的路。而奥德尔齐沃莱克的发现指向了一条相反的路:从极简到万物。

  一个算子,一个常数,无限嵌套,全部涌现。

  这不禁让人追问:如果连续数学的底层可以如此精简,那未来的AI架构是否也存在某种「单算子」式的底层重构?是否有一种尚未被发现的计算原语,能够用极少的参数完成今天需要千亿参数才能做到的事?

  没有人知道答案。但这个问题本身,可能比答案更重要。

  参考资料:

  https://arxiv.org/abs/2603.21852

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