數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

宇宙似乎是有一位理論數學家設計的。

——(英)詹姆斯·瓊斯

據說符合下面的條件,即屬於最完美女性標準體型:

1、體重kg=(身高cm×1.37-110)×0.45;

2、以肚臍為界,上下身比例5比8;

3、胸圍為身高的一半;

4、腰圍較胸圍小20cm;

5、臀圍較胸圍大4cm;

6、站立時頭頸、軀幹和腳的縱軸在同一垂直線上;

7、肌肉富有彈性,膚色細膩、光澤、柔韌。

數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

不難看出,除了最後一條,其餘均與數字或者數學相關。不過,對於人體美學我是沒有一點點研究的,所以其中的正確道理有幾分就不得而知了。

同樣,在Mario Livio(李維)《數學沉思錄:古今數學思想的演變》這本書中提到這樣的話,

“當兩根相似的弦被同時彈響時,如果弦的長度是單比例的,就會發出令人愉悅的動聽聲音。例如,長度相等的弦(此時比例為1:1),產生的是同音;當比例為1:2時,產生的是八度音;當比例為2:3時,發出的是純五度和音;當比例為3:4時,產生的是純四度和音”。(p20-21)

數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

我對音樂同樣沒有任何研究,只是驚異於作者如此精確的結論恰巧與自然界事物的存在狀態和規律又是如此的嚴絲合縫,真讓人感到非人工所能為啊!

我驚奇於這麼美妙和奧妙世界,又使我因為幾乎對數學知識的缺乏而感到遺憾,因為我慢慢地感覺到,數學是一種自由與美的結合體,是一門自由自在地享受和諧與美的學問。所以我覺得數學家大多肯定是極幸福的,徜徉恣肆在和諧與美的世界裡,夫復何求?

然而正如本書的作者所提到的,上帝是一位數學家嗎?數學究竟是人類的發明還是發現?不過,我更傾向於這個結論——“數學是發明與發現的結合”。例如開普勒發現了行星運動的三大定律(分別是軌道定律、面積定律和週期定律),牛頓發現了物體運動的三個基本定律,而且大都以幾乎完美的數學公示予以表達,從而成為為宇宙立準則的人。

數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

可以說這些宇宙中的定律是一種先驗的依然存在的規律或者聯繫,這些偉大的數學家和物理學家只是發現了這種規律而已,然而能以近乎完美的數學公式表達出來是不得不歸功於他們的偉大創造也就是發明了。

不過有人也持恰好相反的觀點,認為規律是發明,表達式是發現,然而似乎很難讓我信服,估計也很難服眾。不過這種規律和聯繫的表達可能只是人類發明的形式中的一種而已,比如“2+2=4”,“2×2=4”,這兩個表達式,同樣的數字在經過不同形式的運算得出相同的結論。可見,世間有一件這樣的事情,難保沒有第二件甚至更多這樣的事情。

值得注意的是,在很多時候,數學在解釋事物方面有其很獨特的優勢,維格納稱之為成功解釋我們周圍世界的“數學無理由的有效性”。比如在本書中提到這樣一個對話的例子:

福斯特(Foster):先生,我仍然對(聖父、聖靈、聖子)三位一體的說法有點困惑。

教師:三合為一,一分為三,非常直接,如果有任何疑問就去請教你的數學老師。

雖然有點近於詭辯的言辭,但確實是我所聽到和見到的最簡便而有效的解釋了。另外還有向來被人們認為不證自明的某些歐幾里得幾何定理,被成為生命之結的脫氧核糖核酸(DNA)雙螺旋結構及其遺傳信息的轉錄,正態頻率分佈曲線用於對身高、體重等數據測量的呈現,以及所謂大數據時代或者說數字化生存時代統計論與概率學的應用和依賴……

數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

這恐怕不只是因為數學是不同語言之間溝通時迅速架起的唯一橋樑,也在於數學已成為或者說一直是我們生存的一部分,甚至是通向自由的那一部分。

首先,因為數學與人類的思維是相通的,這樣就實現了在思維領域的自由,而不像其他很多方面的學問或多或少受到思維模式的約束或者禁忌的限制。當然,也有人認為數學是邏輯思維的產物,不管誰先誰後,至少可以斷定的是,數學思維是自由的。

其次,數學的研究從起始現象到結論總是在自然與和諧的基礎上的,這是一門研究自由宇宙的學科。比如從有理數到微積分,從畢達哥拉斯的四元體到愛因斯坦的質量能量互變規律,從粒子微觀結構到宇宙運行規律等等。

再次,有時候因為過程的自由性使得結論也是自由的或者說開放性的。比如根據不同目的的統計,比如著名的懸鐵鏈問題,比如多維曲面和紐結問題。

最後,數學作為解釋世界的工具時最方便最自由的。至少在目前來看,沒有比數學更簡潔更直觀的解釋宇宙現象和規律的,所以運用這個工具當然也是最不受限制的,正如越是守規矩的人越自由一樣。

數學是研究自然與和諧的,而數學本身則是自由和美的。這種美和自由不僅體現在研究對象,研究過程,也體現在研究的結論。我想下面這個有關黃金分割率的表達最能體現這種自由和美的完美結合的。

數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

0.618,這是個吉利的數字,也是個很有意思的數字,在著名的斐波那契數列中,任意相鄰的兩個數的比,數字越大越接近這個比值。

數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

不管是繪畫、雕塑、音樂等藝術領域,而且在建築、工程設計等方面處處有黃金分割率的影子。大到古埃及的金字塔、巴黎的聖母院和埃菲爾鐵塔,小到國旗上的五角星,樹葉葉脈的排列和分子的晶體結構。

據說達·芬奇的很多著名油畫就是按照這種比例佈局的。不得不說人類這正是因為掌握了這一自然美的特徵和人造美的源泉,在自由宇宙中以和諧的形式添置美的事物,搜尋美的感受,是自由自在的創造,也是自由自在的享受。

數學=自由+美——讀《數學沉思錄:古今數學思想的演變》

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