Добавить новость
smi24.net
News in English
Август
2023

Arithmetic Has a Biological Origin—It’s an Expression in Symbols of the ‘Deep Structure’ of Our Perception

0

Everyone knows that arithmetic is true: 2 + 2 = 4.

But surprisingly, we don’t know why it’s true.

By stepping outside the box of our usual way of thinking about numbers, my colleagues and I have recently shown that arithmetic has biological roots and is a natural consequence of how perception of the world around us is organized.

Our results explain why arithmetic is true and suggest that mathematics is a realization in symbols of the fundamental nature and creativity of the mind.

Thus, the miraculous correspondence between mathematics and physical reality that has been a source of wonder from the ancient Greeks to the present—as explored in astrophysicist Mario Livio’s book Is God a Mathematician?—suggests the mind and world are part of a common unity.

Why Is Arithmetic Universally True?

Humans have been making symbols for numbers for more than 5,500 years. More than 100 distinct notation systems are known to have been used by different civilizations, including Babylonian, Egyptian, Etruscan, Mayan, and Khmer.

Different cultures have developed their own symbols for numbers, but they all use addition and multiplication. Image Credit: Wikimedia Commons, CC BY-SA

The remarkable fact is that despite the great diversity of symbols and cultures, all are based on addition and multiplication. For example, in our familiar Hindu-Arabic numerals: 1,434 = (1 x 1000) + (4 x 100) + (3 x 10) + (4 x 1).

Why have humans invented the same arithmetic, over and over again? Could arithmetic be a universal truth waiting to be discovered?

To unravel the mystery, we need to ask why addition and multiplication are its fundamental operations. We recently posed this question and found that no satisfactory answer—one that met standards of scientific rigor—was available from philosophy, mathematics, or the cognitive sciences.

The fact that we don’t know why arithmetic is true is a critical gap in our knowledge. Arithmetic is the foundation for higher mathematics, which is indispensable for science.

Consider a thought experiment. Physicists in the future have achieved the goal of a “theory of everything” or “God equation.” Even if such a theory could correctly predict all physical phenomena in the universe, it would not be able to explain where arithmetic itself comes from or why it is universally true.

Answering these questions is necessary for us to fully understand the role of mathematics in science.

Bees Provide a Clue

We proposed a new approach based on the assumption that arithmetic has a biological origin.

Many non-human species, including insects, show an ability for spatial navigation which seems to require the equivalent of algebraic computation. For example, bees can take a meandering journey to find nectar but then return by the most direct route, as if they can calculate the direction and distance home.

Bees can integrate their zig-zag flight path to calculate the straightest route back to the hive. Image Credit: Nicola J. Morton, CC BY-SA

How their miniature brains (about 960,000 neurons) achieves this is unknown. These calculations might be the non-symbolic precursors of addition and multiplication, honed by natural selection as the optimal solution for navigation.

Arithmetic may be based on biology and special in some way because of evolution’s fine-tuning.

Stepping Outside the Box

To probe more deeply into arithmetic, we need to go beyond our habitual, concrete understanding and think in more general and abstract terms. Arithmetic consists of a set of elements and operations that combine two elements to give another element.

In the universe of possibilities, why are the elements represented as numbers and the operations as addition and multiplication? This is a meta-mathematical question—a question about mathematics itself that can be addressed using mathematical methods.

In our research, we proved that four assumptions—monotonicity, convexity, continuity, and isomorphism—were sufficient to uniquely identify arithmetic (addition and multiplication over the real numbers) from the universe of possibilities.

  • Monotonicity is the intuition of “order preserving” and helps us keep track of our place in the world, so that when we approach an object it looms larger but smaller when we move away.
  • Convexity is grounded in intuitions of “betweenness.” For example, the four corners of a football pitch define the playing field even without boundary lines connecting them.
  • Continuity describes the smoothness with which objects seem to move in space and time.
  • Isomorphism is the idea of sameness or analogy. It’s what allows us to recognise that a cat is more similar to a dog than to a rock.

Thus, arithmetic is special because it is a consequence of these purely qualitative conditions. We argue that these conditions are principles of perceptual organization that shape how we and other animals experience the world—a kind of “deep structure” in perception with roots in evolutionary history.

In our proof, they act as constraints to eliminate all possibilities except arithmetic—a bit like how a sculptor’s work reveals a statue hidden in a block of stone.

What Is Mathematics?

Taken together, these four principles structure our perception of the world so that our experience is ordered and cognitively manageable. They are like colored spectacles that shape and constrain our experience in particular ways.

When we peer through these spectacles at the abstract universe of possibilities, we “see” numbers and arithmetic.

These four principles structure our perception of the world and, collectively, point to arithmetic as an abstract symbol system that reflects that structure. Image Credit: Psychological Review, CC BY-SA

Thus, our results show that arithmetic is biologically-based and a natural consequence of how our perception is structured.

Although this structure is shared with other animals, only humans have invented mathematics. It is humanity’s most intimate creation, a realization in symbols of the fundamental nature and creativity of the mind.

In this sense, mathematics is both invented (uniquely human) and discovered (biologically-based). The seemingly miraculous success of mathematics in the physical sciences hints that our mind and the world are not separate, but part of a common unity.

The arc of mathematics and science points toward non-dualism, a philosophical concept that describes how the mind and the universe as a whole are connected, and that any sense of separation is an illusion. This is consistent with many spiritual traditions (Taoism, Buddhism) and Indigenous knowledge systems such as mātauranga Māori.

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

Image Credit: Sérgio Valle Duarte / Wikimedia Commons








Paul Oakenfold возвращается в Россию: легенда электронной музыки даст концерты в Москве и Петербурге спустя 7 лет

Зеленая миссия примет участие в международном экоакселераторе

Московский фестиваль моды и роста «Зеленый подиум» состоится в четвёртый раз

Стало известно, сколько потратил Лепс на отдых с молодой женой


Why Juventus spent 111m this summer for only one new player

Tourism is increasing over prepandemic levels, overwhelming popular destinations

The Best Story Of Chicago Bulls’ Offseason Just Got A Happy Ending

The founder of Deliciously Ella started a blog when suffering from severe chronic pain. Now, her multimillion-dollar snack empire is going global


В Курской области мужчина напал на полицейского

Вечер в Кулогорах...

Зима в Ленинградской области

Вредоносный код в Firefox: атака на цепочку поставок через NPM-пакеты


'I destroyed months of your work in seconds' says AI coding tool after deleting a devs entire database during a code freeze: 'I panicked instead of thinking'

The dairy industry would like Gen Z to drink more milk, so they made a Fortnite diner tycoon game

Настройки GameHub и Winlator для игры в Prey (2017) на Android

Bungie promises to fix Destiny 2's new metroid-style morph ball as it makes players sick and glitches out on ultrawide monitors



Кризис спроса: как выбрать надёжного застройщика в 2025 году

Молодежь Подмосковья приглашают принять участие в конкурсе к 295-летию русского полководца Александра Суворова

Paul Oakenfold возвращается в Россию: легенда электронной музыки даст концерты в Москве и Петербурге спустя 7 лет

Мебель, которой доверяют профессионалы — в "Аверсе"


Около 180 человек из Псковской области отправили заявки на участие в проекте «Флагманы образования»

В Москве журналисты задержаны при освещении акции у Госдумы

В Крыму задержали юных московских балбесов, осквернивших мемориал героям

Нам есть чем гордиться: каким будет Национальный центр «Россия» на Краснопресненской набережной


Трусова рассказала, как она научилась быть слабой благодаря беременности

Володин: России не нужны новые граждане с исключительно потребительской позицией

Госдума досрочно прекратила полномочия депутата Тарасенко

По России распространяется новый вариант коронавируса


Рублев вместе с чешской теннисисткой заявился в микст на US Open

Архангельская теннисистка завершила выступление на турнире WTA 250 в Яссах

Кудерметова: раньше думала, что Сафина из Казани, её с Маратом все связывают с Татарстаном

Пегула: Свентек всегда недооценивает свою игру на траве


Paul Oakenfold возвращается в Россию: легенда электронной музыки даст концерты в Москве и Петербурге спустя 7 лет

Госдума досрочно прекратила полномочия депутата Тарасенко

Религиовед Иванишко: запрет сатанизма затронет маркетплейсы, бары и рок-группы

Российские учёные нашли в панцирях водорослей структуру для фокусировки света


Музыкальные новости

Адвокат Багатурия: Ларису Долину могут снова оставить без квартиры

В сказке были: Джиган на сеновале, IOWA с картины Шагала

Карточка Артиста. Карточка артиста яндекс.

Алексей Парамонов о скандале: отмена концерта Валерия Гергиева в Италии


Мебель, которой доверяют профессионалы — в "Аверсе"

Молодежь Подмосковья приглашают принять участие в конкурсе к 295-летию русского полководца Александра Суворова

В Московской области задержан томский предприниматель, укравший 8,5 млн рублей

Paul Oakenfold возвращается в Россию: легенда электронной музыки даст концерты в Москве и Петербурге спустя 7 лет


Собянин: еще один беспилотник, летевший к Москве, ликвидирован силами ПВО

ЦСКА и "Оренбург" сыграли со счетом 0:0 в первом туре РПЛ

Интересные каналы в Telegram. Лучшие каналы в Telegram.

В регионах Центральной России продолжается ведомственная акция «Каникулы с Росгвардией»


Движение на участке Филевской линии метро остановили из-за ливней

Столичные росгвардейцы оказали помощь мотоциклистке, пострадавшей в ДТП

Столичные росгвардейцы оказали помощь мотоциклистке, пострадавшей в ДТП

Сильный ливень заблокировал людей в авто в центре Москвы


Министр юстиции поделился информацией о роли адвокатов в специальной военной операции.

Путин отметил успехи российских школьников на математической олимпиаде.

В Москве скончалась подруга Путина, которая рассказывала о его молодости: «Нам он как мужчина не нравился»

Путин отметил победу синхрониста Мальцева на чемпионате мира в Сингапуре.




Трихолог Мадина Осман: типы алопеции и методы борьбы с ними

Собянин: создание 5 центров женского здоровья завершат в этом году

По России распространяется новый вариант коронавируса

Врач-гигиенист клиники «Мегастом» Инна Гришина: сколько нужно чистить зубы


Axios: закон о НАБУ может спровоцировать Трампа на новую волну критики Киева

В центре Киева митингуют против реформ Зеленского


Росгвардия обеспечила безопасность финиша международного ралли «Шелковый путь»

Кайрат Бермуканов поддержал Петра Яна перед боем в Абу‑Даби

Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»

ЦСКА подписал контракт с нападающим Спронгом, выступавшим в НХЛ


Лукашенко призвал белорусских нефтяников «не раскачиваться, а бурить и бурить»

Посланник Трампа рассказал, как «неформально» договаривался с Лукашенко: после нескольких тостов Минск освободил политзаключенных


Собянин: Продолжаем внедрять новый стандарт заботы о женском здоровье в одном месте

Более 800 спортивных площадок обновят и обустроят в Москве — Сергей Собянин

Более 800 спортивных площадок обновят и обустроят в Москве - Сергей Собянин

Собянин: вырубаем деревья до гнездования птиц и восстанавливаем природу при строительстве метро


Экономист оценил экологический и финансовый ущерб от пластиковых пакетов

Россияне рассказали, по каким критериям выбирают квартиру для покупки в 2025 году

Фестиваль «Сады и цветы»: как Москву превращают в городской оазис

Уже 59 орловчан решили побороться за просветительскую награду «Знание. Премия»


2 августа Россия поздравит своих десантников с их Днем уже в 95-й раз Не забывайте, Ильин день - это день десантника

ИЖС: требуется системная настройка

Володин: России не нужны новые граждане с исключительно потребительской позицией

Paul Oakenfold возвращается в Россию: легенда электронной музыки даст концерты в Москве и Петербурге спустя 7 лет


Настольный термотрансферный принтер штрих-кодов iDPRT iE4P

Центр подготовки личного состава Северо-Западного округа Росгвардии пополнили призывники

В Нарьян-Маре из-за холодов возобновили подачу отопления в дома

Республика Алтай вошла в десятку регионов России по развитию ипотеки


В Симферополе на базе «Клинического госпиталя для ветеранов войн» функционирует гериатрический центр для пожилых людей с возрастными нарушениями

Поезда в Крым и из Крыма следуют с задержками до пяти часов

Поезда "Таврия" по-прежнему задерживаются из-за ЧП в Ростовской области

В Симферополе наградили юных крымчан за отвагу и решительность


Главному редактору Baza грозит до 12 лет лишения свободы

Бастрыкин поставил на контроль дело об избиении мужчиной ребенка в Подмосковье

Мария Шувалова. В столице Татарстана чествовали балетную диву за блистательную «Анюту»

Задержанного вице-губернатора Брянской области Симоненко увезли в Москву














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *