据《日本经济新闻》3月29日报道，数学主宰着从人体到地球乃至宇宙的万事万物。无论是日常睡眠的规律、交通拥堵形成的机制，还是巨大天体与微小的基本粒子的运动，全都可以用数学公式来解释。让我们再次深入探索支撑人工智能(AI)和量子计算机等现代科学的数学奥秘。

解读宇宙现象

广袤的宇宙受数学支配。自近现代以来，以牛顿和爱因斯坦为代表的物理学家和数学家们，相继推导出了一系列描述太阳、地球等天体，以及各种物质和微小的基本粒子运动的数学公式。京都大学的桥本幸士教授解释说：“如果将这些公式组合成一个统一的综合公式，几乎可以解释宇宙中发生的所有现象。”

若将这个公式写在纸上，其中包含了爱因斯坦等人提倡的解读引力与时间流逝的理论，以及汤川秀树所示的有关素粒子的法则。此外，还包括驱动电动汽车(EV)和发电机的“电磁力”，以及赋予物质质量的“希格斯玻色子”的相关理论。

太阳为何发光？地球绕太阳运行的轨道是怎样的？电是如何产生的？时间又是如何流逝的？自然界的一切谜团，只要利用前辈们耗时数百年研磨出的数学公式，都能得到极其精确的解释。

支配日常生活

数学不仅统治着宏大的宇宙，也支配着人体和日常生活。

你昨天几点入睡，今天又是何时起床的？虽然人类看似是根据自己意愿决定作息，但实际上，身体正受到数学公式的操控。英国萨里大学的安妮·斯凯尔登教授等人通过数学公式破解了人类反复睡眠与觉醒的机制，并于2025年在英国的科学期刊上发表了论文。

研究表明，诱发睡意的身体节律会随时间变化。当一种与脑部物质相关的、被称为“睡眠压力”的数值升高时，人的睡意会增加并入睡；当数值下降时，人就会醒来。通过数学公式，研究小组对从睡眠后身体恢复并苏醒，到疲劳产生再次入睡所需的时间提出了新的解释。

标记一天周期的“生物钟”以及太阳光的刺激也会影响睡眠与觉醒的节律。研究团队表示：“以数学公式为线索探究人类睡眠机制，可能有助于解决因时差等原因导致的生物钟周期紊乱问题。”

减少经济损失

早晨起床驱车前往公司，却遭遇道路拥堵。利用数学公式，拥堵也是可以避免的。其中的关键在于与前车的车距。东京大学的西成活裕教授提出了通过数学公式分析拥堵的“拥堵学”。

在拥堵学的公式中，通过“保持适当车距所需的车速”减去“后方车辆的车速”来求得两者之差。如果结果为负，后车驾驶员应松开油门；如果为正，则应加速。虽然实际道路中存在红绿灯和并线等因素，但理论上，只要根据公式调整后车速度，就能防止拥堵。

据估算，仅在日本，交通拥堵每年就夺走人们数十亿小时，造成的经济损失高达10万亿日元(1美元约合158.97日元)以上。如果能在交通管制系统中引入数学公式来缓解拥堵，将有望消除这些浪费。

日本国内汽车制造商已经关注到了这一公式。西成教授表示：“在追踪前车的驾驶辅助系统中，就应用了这一公式的演进版。”系统通过激光照射前车测量车距，并自动控制油门以防止距离过近。

应用该公式，还有助于验证灾难发生时避难路径的安全性，或查找企业业务流程中的瓶颈。

数学作为支撑AI和新一代量子计算机的核心，是所有研究领域的基石，被誉为“科学女王”。数学严密地描述了人体与自然的运作机制。如果你能理解公式中每一个数字和符号的含义，你眼中的世界或许会大不相同。（编译/陈锐）