分享

读书随笔:一个数学家的辩白

 书虫小记 2023-05-20 发布于北京

一本小册子,是英国数学家哈代于上个世纪二战期间写下的一篇文章。

此人的天赋可比图灵,但却比图灵幸运很多。自13岁就得以进入温彻斯特学院学习,确立了数学家的职业生涯。

他所处的和谐环境和所受完整的教育,造就了他更加完善的知识结构和人格——这篇文章看上去不像是一个数学家写出来的,其文辞优美和对文史的谙熟,展现出了哈代广博的学识修养和知识储备。

哈代在这个小册子里试图阐释他对于数学的美,数学的意义和重要性的理解,有趣的是,他的好友科学家斯诺为此书作序,序言比正文还长,换句话说,哈代对斯诺的启示之大。

G.H.哈代

哈代撰写此书的一个主要目的,是他认为数学的原创性和数学思想的拓展,必须在一个人年轻力壮时抓紧进行,一旦上了年纪,所有的数学能力都会退化消失。

他想借当时他的脑子还比较活跃的时候,把自己对数学的深刻理解留给世人,促成下一代人对数学思想的开发。

哈代是一个追求纯粹的人,在开篇他就说了这么一个有趣的观点——杰出人物的人格与志向。他认为人确实有至少两个自我,一个是类似本我概念的我自己,一个是类似超我概念的道德自我。

很多杰出人物,如爱因斯坦、维特根斯坦、图灵、克伦威尔、拿破仑等,在道德自我方面发展得很迟缓,在他们人生早期阶段,人格上的本我一支独大,远远超过了道德自我的发展。

因此,他们在特定领域持续积累超强的能量,成为杰出的一面;同时,由于道德自我发展迟缓,又落后于其他人,因而在人际社交领域会展现出特立独行的一面。

数学家尤其如此,数学家相比其他领域的杰出人物,更容易沉浸在数学这个绝对纯净的世界里,其诱惑力不亚于鸦片对瘾君子的吸引,数学家的道德人格特别容易受到压制——同时期另一个杰出的例子就是纳什(电影美丽心灵里那位)。

另一个就是志向,这一点他与曾文正公说法一致——志向是一个人能否成事的首要个性因素。

不论是成吉思汗、阿提拉还是拿破仑,其才华不说,其个人的志向,或者更直接一点——野心,是导致他们不甘于平庸转而崛起的根本因素。

志向也是多样的,有的人想做人上人,有的人想劫掠,有的人想攻城略地,有的人则想在天地之间建立一个理想世界。数学家与哲学家们一样,他们的野心更大,试图提供一种解释一切的解释——关于万物的理论。

关于数学的美,哈代认为,那就是要数学最没有用的部分,越有用,就越不美,真正的美一定与实际没有任何联系。

比如数学中的纯数学即数论,他认为数论保持住了一种我们平常所理解的“中庸”状态,即无用的数学,才不会被滥用,不滥用就不会导致伤害。

我学生时代数学一直是不太好,对数学思想却一直着迷,为数不多的稍微体会到数学的纯粹之美的个人经验,一是早年读笛卡尔的沉思集时,看到笛卡尔用简单的几何学方法论证上帝的存在,惊人地简单适用,这在之前的读书随笔中介绍过。

二是当年读费恩物理学讲义时,看到了一段费恩对牛顿的万有引力公式推导过程的解析,展示牛顿如何运用微积分方法,加上无穷的想象力,推导出万有引力公式,大概就是两页的篇幅,看得如痴如醉,第一次感受到自己掌握的基础数学知识,能够达穷天际的那种感觉。

三是相对论因子的推导,因为之前读过相对论相关书籍,留有印象,某一天与朋友谈及相对论,突发奇想看看能否推导出来相对论因子,即不同速度物体之间时间的差异性,我隐约记得可以用勾股定理推导,尝试着推导了一下,结果就是那么简单,很快就从最简单的勾股定理推导出了相对论因子式。

四是研习乐理时,先从三度音、五度音的任意和弦编排和转位开始,直到尝试读懂巴赫的哥德堡变奏曲里对位法和赋格,真切感受到数列、级数与音阶和赋格之间严丝合缝的关系,意识到音乐不过就是数学在键盘上的位置化体现。

对于纯数学和应用数学的区分,也属于非常粗糙且不具数学思想的区分,哈代认为数学的分支应当按照潜在概念的创造性、思想深度和美感来决定。

数论之所以能具备他所说的无用性和中庸性,就在于构成数论的潜在概念比其他数学分支要深刻和优雅

在哈代看来,到了纯数学阶段,数学家与画家、音乐家等艺术家是一样的,都凭借直觉、形象思维来进行模式的创造,只有不断创新的数学,才是数学本身。

关于数学的真理性,这一点是数学最令人着迷的地方。从欧几里得来讲,几条人为定义的公理,能够建造起一个庞大几何体系,且这个体系至今还在人类改造宏观世界的过程中得到充分应用——把公理改变一下,变成黎曼几何,又是另一个庞大体系,这个庞大体系就可以运用到微观及宇宙领域。

哈代说,巴比伦和亚述以及它们的文字都衰亡了,汉莫拉比、萨尔贡和尼布甲尼撒都成了空洞的名词,但巴比伦的六十进制,至今仍然在天文学中应用。

当然,哈代说的数学之真理性,与我们在政治上的真理性不是一回事,数学之真理性超越了各个时代各个地域所谓的政治真理。

关于数学的意义。从上述逻辑看下来,我们应该都可以明白哈代所谓的数学的意义或重要性,绝不是指应用数学给了我们多少帮助,在改造世界过程中多么有用。

这种有用性,诚如哈代所说的,一定要规避,很简单——你说数学有用,有利,那么马上就会联想到枪炮、炸弹、原子弹这类用于杀人的大规模武器——只要有用,就一定会有伤害,所以必须是无用,才能中庸

哈代所说的数学的意义,在于一种数学概念或者数学模式的发生,能够引发更多有意义的想法,能够联系起很多之前看起来不相关领域的知识

这种意义,仍然是理论意义上的。从这个角度,哈代把数学领域诸多定理和概念做了一个区分,这个区分可以看出,哪些数学概念、定理和模式是更加优雅,更加重要的。

拉马努金

题外话就是哈代与拉马努金。拉马努金是印度人,出身贫寒,数学天赋高到让人畏惧的地步——他纯靠用树枝在沙地上写写划划,就独自推导出了从初等数学到高等数学诸多领域的定理和公式,相当于独自把过去两千年的数学发展路子走了一遍。

1913年,他边打工边看杂志,了解到了哈代的威名,于是把他对素数分布的研究,以及自己推导的多个数学领域的多达120个公式的论证,寄给了哈代。哈代尤是确信拉马努金是个不世出的奇才,立刻付费邀请拉马努金到剑桥。

哈代实际上把拉马努金作为一个对象来研究,他吃惊地发现,拉马努金数学知识的局限性与深奥性同时存在。

因为没有受过教育,拉马努金对于什么是证明,以及很基本初等的数学知识都不知道,但却对级数,发散级数和积分,黎曼函数等特殊数学有极为高深的理解。

拉马努金完全是凭借直觉和推理能力来工作的。哈代的主要工作,反而变成帮拉马努金补初级课程,接下来拉马努金5年内连续发表21篇论文,17篇综述,一下子把素数分布、堆垒数论、广义超几何级数、椭圆函数都推进了一大步。

天才都弱,拉马努金不久又因肺结核病去世了,年仅33岁。

哈代正是从拉马努金的神奇能力上窥见到了一些数学的神秘领域。他痛惜拉马努金的去世,也同样痛惜自己创造力的消退。

Here, on the level sand,

Between the sea and land,

What shall I build or write

Against the fall of night?

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多