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【数学之美】:撇开解题与计算,数学还能带给我们什么?

 襄子的箱子 2022-01-07
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这是【疯狂的智人】第 041 篇文章
疯狂的数学家】第 041 篇文章

【疯狂数学家】系列告一段落了,尽管还有一些数学家没有被装进我的箱子,其实像图灵、香农和冯·诺依曼,我去年的时候就写过长篇的,大家有兴趣也可以回顾一下(最下面会有链接)。像拉马努金这样的神级数学家,基本上写了也就是凑个热闹,因为他这种大部分靠灵感的,没有过程,很难写出来。

当然,数学家远不止这40个,还有像诺特这样的天才级女数学家,以及哥德尔之后的各类神仙。除此之外,还有中国的华罗庚、陈景润、丘成桐之辈,实在是太多了,我的箱子还不够大,暂时装不下。

说实话,这个【疯狂数学家】是我写过最磨人的一个系列,一本新买的笔记本都快被我涂满了。

我不想教大家怎么去解题,怎么去背公式,我只想将数学的魅力展现给大家,写完之后我才深感遗憾,似乎这个任务也完成得不是很好,在此说声抱歉了。

我相信肯定有很多朋友有疑问,数学这么难,这么抽象,有什么好学的,我生活中完全用不到,我只需要知道简单的四则运算就够了。

实际上,这是大大的误会,数学的魅力,不在于解题。可能是咱们的应试教育已经深入人心,早就在初高中的题海战术中将每一门学科的魅力都抽离掉了,只剩下了干巴巴的树干,以至于我们毕业后都形成了长期的偏见。(其实不仅仅是数学,几乎所有的学科,一旦进入初高中课堂,就成了学生的敌人。这样子的后果,是我们几乎再也发现不了它们背后的魅力了。小时候听说曹操是个大坏蛋,是大奸贼,长大了还有很多机会修正这种偏见,而像数学物理之美,可能一个人一辈子也难以有机会修正自己的偏见)

也有人会从功效的角度去看数学,的确,一个人不懂数学完全可以活一辈子,如果从这个角度看,那么数学就是压根没用的,是锦上添花的。

我突然想到了一则故事。

威尔逊是现代最著名的实验物理学家之一,年少成名。1969年,费米实验室还在建设当中,威尔逊出席了国会听证会,委员会要他解释新的加速器为什么值得国家花费巨资去筹建。还有些人问,加速器是否会对国防有用,因为在委员会看来,如果项目对国防有用,那么这笔钱就花得很值。

威尔逊并没有耍小聪明,而是直截了当地回答:“没有用!”接着,他又说:“它不能直接保卫我们的国家,但它让这个国家值得我们去保卫。”

我想,数学也是这样,你要问它有什么用,我会说:“没有用!”但我又会接着说:“它不能直接产生效用,但它让这个地球更值得去守护。”

可能在有些人看来,我举这个例子也是一种抖机灵的行为,那好,接下来,我们严肃来谈一谈数学之美。当然,数学中的公式都很美,尤其是欧拉恒等式,但这里不谈公式,因为这可能会吓退很多人。

实际上,比数学更美的是数学背后的思维方式,这点,以欧几里得公理为例,之前在哈代篇里有说过,但当时篇幅有限,就点了一下,这里可以展开来详细讲一讲。

这是一个键盘侠横行的时代,也是一个观点激烈交锋的时代,在这样的环境下,我们会发现很多人身上的戾气越来越重,动不动就各种激进的言论,似乎语不惊人死不休。

我以前也有过思维狭隘,偏激的时候,那时候的我说白了啥也不懂。当我们在与人争论的时候,实际上只要仔细想一想,我们是否站在同一个公理体系内部?就比如,一个观点,平行线是否相交?我站在欧式几何空间内,认为不相交,而且这在我看来,一清二楚明明白白,甚至在我这个世界中,这是显而易见的真理。而你刚好与我不在同一个世界,你身处于黎曼空间内,你认为,平行线是可以相交的,而且在你和你的世界范围内的人来看,这也是不证自明、显而易见的。

如果我们只是站在自己体系内部,就算是吵破天,也无法说服对方,甚至随着交流的深入,我们会发现对方怎么这么蠢,这么简单的道理都不懂?

可是我们身处于两个世界呀,在欧式几何与非欧几何中得出来的公理,天然就是不一样的。我们若能站在这个层面去看问题,其实很多争论都没有意义,也就不会继续下去了。

比如,比特币是割韭菜还是机会?这在几年前一直是争论的一个焦点。实际上,换一个角度想,这两拨人站在不同的框架下,自然会得出不同的结论,与其转身互道一句“SB”,不如就承认彼此所处世界不同,各自安好。

而且,数学教会了我什么是边界,在边界范围之内,一切都好说,超出了这个边界,则最好保持沉默。公理在数学中,本身就是不证自明的,我们无法去问公理为什么是这样而不是那样,因为公理就是公理,我们只能接受。当然如果你选择不接受也行,你可以自创一套公理去,只要能自洽即可。

之前一个朋友接受不了男朋友或老公出轨,然后其他一些朋友还反驳道,这个时代了,不出轨怎么可能呢?

且不论出不出轨和时代有多大的因果关系。其实,在我那朋友看来,接受不了对象出轨,这本身就是一条公理,对于公理,不必去问为什么,也不必去挑战,或试图纠正,因为这是人的价值观。

比如我喜欢吃草莓,你问我为什么喜欢吃草莓呀,这个问题就超出了边界。说的直白点,我就是喜欢,哪有那么多为什么。

刚好,你讨厌吃草莓,我也不会用“我喜欢吃草莓”来压你一头,因为这两条公理不在一个世界内,且公理是不证自明的。尊重即可。

有人曾说,一个成熟的成年人,应该有边界感和分寸感。因为读了数学史,以及其背后的数学思维,我不会随意去侵犯别人的边界,就像我不会随意去否定一个体系内部的公理。

正如这个世界,你自己遵守交通规则,可别人未必呀,你不侵犯别人的边界,但你不能保证别人不侵犯你的边界呀。

对于这个问题,数学又教会了我,点到为止。

我知道公理化的边界,知道它的墙壁在哪里,一旦触碰到公理,或说人的价值观或原则,我就自觉后退了,说得难听点,价值观和底线原则就是没有任何道理可言的。而别人万一侵犯了我的边界,我所能做的,就是自己不主动去挑起边界之战。要知道,争吵是两个人的事,一个人多半是吵不起来的。我就遇到很多人,跟人吵了,把自己气了,还跑过来跟我说自己很委屈,明明自己是对的,却还懊恼对方为何是个傻子。

还是举草莓的例子吧,我喜欢吃草莓,刚好有一个人不喜欢吃草莓,就跑来跟我说草莓的坏话,和不吃草莓的种种好处。一般这个时候,我都会点到为止,换话题,因为对方已经触碰边界问题了,而我所能做的,就是自己不要跟着他一起在边界两边争吵。

如果对方做出了出格的事情,线上的话,我可以不理,删除甚至拉黑,如果是现实中,他如果敢打我,明天我就去喜提玛莎拉蒂。

就这么简单,没必要弄得像浆糊一样搞不清楚。

还有,数学是逻辑科学,很多时候如果懂一点逻辑学,其实生活中很多烦恼就自动消失了。

比如,大的反义词是什么,你可以能会脱口而出,小,实际上这是有问题的,大的反义词其实是不大。正如大于的反义词是小于等于,而不仅仅只是小于。以前学校里做题的时候,我们经常会漏掉等于的可能性,在生活中,我们也往往忽视掉这个等于。

比如,当我们听到一个人说,某某很重要的时候,不是说其他不重要,而是他认为这个某某在这个情况比其他因素更重要。我就遇到过很多杠精,每当我说婚姻中,感情很重要的时候,就有人来杠,你意思是说经济不重要咯?贫贱夫妻百日衰懂不懂?

每当这个时候,我就觉得自己很有必要停止这个话题,以免我们在边界之墙的边上吵来吵去。

我突然想到了一个故事。话说古罗马时期,老加图,就是那个在元老院会议上发言,每次都以“迦太基必须毁灭”作为结尾的人,话说有一次他在妓院看到了一个年轻人,就跟他说:“好好干!”,结果后来他在同样的场合见到了这位年轻人,就说:“当我跟你说好好干的时候,我可不是让你把这当成自己的家!”

这个故事我后来越看越琢磨出了一个味道,我就在想,当老加图说好好干的时候,他究竟是想说什么。就比如我晚上下班了,在家打王者,领导看到后,突然邀请我一起打,结果我打得很棒,带他躺赢了,然后他跟我说“好好干”。他的意思可能是,你游戏打得不错,但是你工作也要好好干呀!亦或是,今天上班辛苦了,下班时间,你就好好玩游戏,言下之意就是,你放心玩吧,不要紧张,要劳逸结合。结果我以为老板的“好好干”,是让我把峡谷当成自己的家。

其实这个也是在提醒我们,人类的语言是具有模糊性的,尤其是生活中,大部分人说话都不会太精确,这个时候,我们要多方面思考,将可能性都想一遍,而不是认准了一条道走到黑。

说到游戏,我就突然又想到数学带给我的一个启发。要知道,数学尽管是逻辑科学,与实验科学的物理化学不太一样,但它却是定量的,物理和化学也正是因为有了数学的工具,才在近百年里获得了前所未有的发展。

而我们很习惯定性,给一个事物定性,而不是定量。就比如,游戏到底好不好,以及游戏要不要玩。以前我就见到过这两拨人吵来吵去,有人说游戏是毒品啊,该禁,不能玩;另一些人说,都什么年代了,还这么死脑筋,游戏可以放松啊,缓解压力,不该禁,要玩。

在我看来,他们讨论的点在于定性,就是游戏到底好还是不好,实际上就算是吵破了天,吵到宇宙灭亡都不一定有结果。如果能将定性的问题换成定量,其实问题会简单许多,比如游戏一天可以玩几个小时,人能不能将大部分精力都用在游戏上。这么一定量,答案显而易见,游戏不能多玩,至于这里多是指多久,那就是一个细节问题了,至少可以很容易达成共识,就是多玩游戏肯定是不好的。

现实生活中,很多人脑海中只有“定性”的概念,而没有“定量”的概念,这会让一个人的思维被局限在一个小小的范围之内,长此以往,说不定这个世界又多了一个杠精与键盘侠。

数学还给我的另一个启发就是,条件不够则无解。以前做数学或物理题,我们经常会从已知推未知,如果已知当中的条件不够,那么显然是得不出正确答案的,只能瞎猜一个。

在生活中,其实也是这样,但我们往往在已知条件不够的情况下,就咬定一个答案是正确的,且不容别人侵犯。

就比如之前遇到一个朋友问我,她的对象回消息总是很慢,而且有时干脆就不回了,事后也没有解释,然后问我这人是不是渣男。我很明确地告诉她,已知条件太少,我没法判断。

还有一个人问我,年后是打算继续留在北京呢还是回老家,也就是三线城市。我也告诉她,已知条件不够,我没法判断。

具体情况要具体分析,你好歹要告诉我,他的性格,你们之前相处的其他情况,以及你对他的态度,这样会比简单的一个维度的已知条件更好判断吧。后一种情况,你要告诉我你的想法,你生命中最看重什么,排个序,以及列出回不回去的好处与弊端,才能做取舍吧。

然而,现实中,我们经常在条件不够的情况下做出武断的断言。当然,现实生活不是数学题,不会每一个条件都告诉你,这需要你用生活的智慧与经验去挖掘,但所掌握的信息多一点,做决策的时候才会更准确吧,否则就是随便瞎蒙一个答案,就算是蒙对了,也是瞎猫碰上死耗子。

当然,数学教会我最大的品质就是谦卑,永远不要觉得自己是对的。这点在拉普拉斯篇章中讲概率的时候提到过,条件一旦发生改变,事件的概率也要重新计算。生活并不是一层不变的,尤其是现在这个时代,条件可能随时都会发生变化,而我们很多人用一种守株待兔的办法,试图用一把锤子去解决世界上所有的问题,这显然是有问题的,而且大概率是会出错的。

因此,在得出结论之前,先好好看一下条件是否变了。昨日成功的经验并不能运用到今后,因为前提条件可能已经发生了一百八十度的偏转。

有很多人认为数学是死的,是非黑即白的,是直男式的,永远只有一个标准答案。实际上,数学是灵活的,曾经有人说,数学与物理是靠灵感吃饭的,而艺术则是靠死功夫吃饭。当初我觉得这本书是不是印错了,因为这与我之前的观念刚好相反。在当时的我看来,数学和物理都是确定的,有唯一一个标准答案,是要花笨功夫,而艺术家则是靠天启获得灵感,从而创造出伟大的作品。

现在想来,那本书没有印错,是我之前有偏见罢了。庞加莱和哈代都认为,数学有时靠灵感,一个只会做题,靠题海战术这些笨功夫爬上来的人,不大可能是一个优秀的数学家。

在应试教育下成长起来的我们,在面向数学的时候,心中是满是恐惧呢还是闪光?我希望在下一代以及之后的人中,能够摒弃这些对数学以及其他学科的偏见,少一份恐惧,多一份敬畏和谦卑,这样,说不定中国未来可以成为科学的中心,毕竟,咱们不乏聪明的人,只不过是被长年累月的做题与做题所扼杀了。

如若这篇文章能够让你重新认识数学,找到数学之美,那我也算功德无量了。欢迎一起交流。数学就像是一片汪洋大海,今天所说也只是半点沙粒,希望今后能与君共勉。

何帆说过,能让人谦卑的学问,都是好学问。数学就是这样的一门学问,它会让你永远有一颗敬畏之心,让你心中少一些戾气,多一些对他人的理解与尊重。

好,【疯狂数学家】至此结束,过阵子,开更【疯狂物理学家】,我保证,物理学要比数学美上千百倍。

让我们一起从伽利略出发,感受静止与匀速直线运动,一步一步建立热力学三大定律,看光电磁是如何被统一起来的。和我一起,漫游量子力学世界,看一看沉默寡言的狄拉克,再去瞧一瞧喜欢冲浪的海森堡,问候一下那个喋喋不休的话痨玻尔,以及,杨振宁的杨-米尔斯场理论给弱力和电磁力的统一提供了哪些帮助。我们会发现这个宇宙的神秘面纱正在被我们一点一点揭开。

▲ 疯狂物理学家已整装待发

这可能没用!但它让人类的文明更值得我们去守护,让我们的生命更有尊严。

谢谢各位

敬请期待【疯狂物理学家】

-系列回顾-

 ▲ 毕德哥拉斯

 ▲ 欧几里得

 ▲ 阿基米德

 ▲ 卡尔达诺

 ▲ 韦达

 ▲ 费马

 ▲ 帕斯卡

 ▲ 笛卡尔

 ▲ 牛顿

 ▲ 莱布尼茨

 ▲ 伯努利

 ▲ 欧拉

 ▲ 高斯

 ▲ 拉格朗日

 ▲ 拉普拉斯

 ▲ 蒙日

 ▲ 傅里叶

 ▲ 热尔曼

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 ▲ 柯瓦列夫斯卡娅

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 ▲ 康托尔

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 ▲ 哈代

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 ▲ 图灵

 ▲ 香农

 ▲ 冯·诺依曼

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