数学中的传奇

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《数学中的传奇》

 

 

科学中有许多传奇故事。由于数学的特殊性,数学与数学家的传奇更令人着迷。

 

物理学需要实验和观察而得出物质的静态与动态的基本性质和规律;化学是需要试验手段和方法来研究物质的原子与分子结构以及它们之间的相互作用;生物学需要生物体来研究其结构、功能、发育、进化以及它们之间的相互关系。无论物理学、化学还是生物学,都离不开试验室,试验设备和物体作为对象。

 

数学,它作为所有科学的基础,在证明推理的过程中,有时可能会借助一些具体的物体和模型,但当数学定理被证明后,就可以完全抛弃它们。

 

正是由于数学的特殊性,人们往往对数学家们的传奇故事津津乐道。数学上超现实性和超常的难度,伴随数学家们略带怪异的个性,强化了数学家的传奇的色彩…….

 

古希腊数学家阿基米德在浴缸中突发灵感,发现了浮力定律因此兴奋而裸奔……

 

大数学家费马(Fermat)喜欢在书页边上作注释。1637年他在阅读丢番图的《算术》时,曾在丢番图的《算术》页边写下了一段话:“将一个立方数分成两个立方数之和,或者将任何一个高于二次的幂分成两个同次幂之和,都是不可能的。我对此有一个绝妙的证法 ,可惜这里空白的地方太小,写不下……” 注记中的论断,就是大家熟知的费马大定理。由于他仅宣称有一个绝妙的证明,因为书页的空白太小,写不下,没有给出证明细节,就不能叫定理,而被称为猜想。如果给费马一叠空白的纸张,请他把证明写出来就好了,但没有这么做。这个费马让世界上一批批优秀的数学家促促费了三个多世纪的心血。356年后的1993年,数学家怀尔斯(Andrew Wiles)才得出了最后的证明。这个费马!

 

约翰·纳什(John Nash)毕业时,数学系博导给他写的推荐信中只有一句话:“这名学生是个天才”,他获诺贝尔经济学奖的论文只有半页长度。纳什后半生没有正式工作,生活困难,在领诺奖仪式上,发言人不知如何称呼,最后用了他当时临时工作称谓Research Assistance Coordinator (研究助理协调员),听起来和数学系刚参加工作的秘书差不多……

 

陈景润是哥德巴赫猜想的最佳结果证明者。他经常忘记吃饭,他的同学(也是笔者的老师之一)的儿子都到谈恋爱的年纪了,他才结婚。陈老师出门时,有时穿一白一黑的袜子……

 

几乎没人知晓的高冷数学家格里戈里·佩雷尔曼(Grigori Perelman),他的生活一直比较清苦,他解决了世界上最著名的问题之一庞加莱猜想而获数学最高奖之一菲尔兹奖,佩雷尔曼拒绝了领奖。克雷数学研究所给他颁发的一百万美元的克雷数学研究奖,他也不领,说“我不需要”。他选择了隐退,并远离了公众关注,过上了相对隐居的生活……

 

伽罗华(Évariste Galois)是一位天才少年,他创立的群论和伽罗华理论,仍是当今代数方向研究生的必学内容。伽罗华当年积极参加政治活动而被囚禁。他爱上一名女子,与另一位无名求爱者决斗,不幸重伤而亡,殁年20岁……

 

…………

 

数学的规律,不仅仅是宇宙的规律,甚至是超宇宙的规律。比如勾股定理(毕达哥拉斯定理),它描述了直角三角形中,直角边平方的和等于斜边平方的关系,它的成立並不需要有一个木制或铁制的直角三角板存在。又比如拓扑学中Euler-Poincaré 定理(欧拉-庞加莱定理)所导出的正多面体的个数,结论是:正多面体仅仅只有5个,也就是四面体(正三棱锥)、六面体(正立方体)、八面体、十二面体和二十面体。这个结论与人的直觉是相反的:二维中,对平面上的圆进行任意等分后联接相邻的点,切割后就可以得到任意多边形。可是进入三维,在一个球上只能做五次不同的切割。正多面体有高度的美学和实用价值。然而,但无论我们所处宇宙何方,还是未来发现的新宇宙中,这种几何物只有五种。任何宇宙中的任何超级智慧生物(如果存在的话)也无法找到第六种正多面体。数学定理是超宇宙规律,它们的存在和成立,甚至可以不顾宇宙的存在而独立存在。在未来试图与外星文明进行交流的过程中,可能使用数学定理来创建Axiom of Choice(选择公理)的通讯方式,这是一种基于数学逻辑的方法,不受智慧物种的限制。

 

研究数学和研究其它学科一样都艰辛无比,但数学的非物质性决定它是无利而图的学科,除了具有惊人的天赋外,还要有巨大的好奇心和献身精神。由于一代代数学家们的前赴后继,才让那些模糊的超级规律不断变得清晰。只要人类对规律的好奇心不消失,科学进步就会继续向前,通向遥遥的未来。

 

然而,令人非常不安的是,随着宇宙年龄的增大,宇宙可能将逐渐变得越来越冷、越来越稀薄,直至最终达到熵的最大值,进入一种无序而静态的状态。或者宇宙在膨胀到一定程度后开始收缩,最后收缩成一个质点,又产生下一次大爆炸。无论如何结局,当前的地球、太阳系、银河系乃至整个宇宙都会不复存在,而人类历尽艰辛所发现的规律和人类一起消失,这是最让人无奈和绝望的事情!但是,即使宇宙消失了,数学依然不灭,因为数学定律独立于宇宙的存在。数学定律的存在与不灭让人想到道。“太初有道”,数学归道,道无终。

 

(选自金熊《新百草园》)

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