談祥柏教授和他的趣味數學:數學文化寶庫中獨放異彩的一顆明珠

2020-12-15 騰訊網

談祥柏教授和他的研究手稿

好玩的數學編者按:談祥柏教授是我國著名的數學科普大家,與張景中院士、李毓佩教授並稱為「中國數學科普三駕馬車」,在國內,他還被大家敬稱為「中國的馬丁·伽德納」。無數人讀了他的書,即使沒走上數學研究的道路,也改變了對數學的看法。近日談祥柏教授的十卷本文集《談祥柏趣味數學詳談》已由江蘇鳳凰教育出版社正式出版,對此,我們表示由衷的高興。談祥柏教授的數學科普作品,文理交融,奇趣橫生,雅俗共賞,自出機杼,堪稱數學文化寶庫中獨放異彩的明珠。叢書的出版,讓我們又多了一次親近數學的機會,因此我們迫不及待地推薦給大家。

以下我們分享江蘇鳳凰教育出版社沙國祥主編(也是本叢書的策劃者之一)關於談祥柏教授和他的趣味數學的介紹文章,原文見叢書《趣味數學長相思》分冊附錄部分。

談祥柏教授今年八十九歲高齡,從事數學科普迄今已有七十多年,發表科普文章超過三千篇,出版科普圖書和譯著約五十部,為科普事業做出了巨大貢獻。1990年,談祥柏教授就被中國科普作家協會表彰為「建國以來,特別是科普作協成立以來成績突出的科普作家」,此後他還寫了很多優秀的科普文章。在國內,他被大家敬稱為「中國的馬丁· 加德納」。他的科普文章,內容主要集中於趣味數學,把數學的趣味發揮得淋漓盡致,具有鮮明的風格,深受廣大青少年學生、數學教師和數學愛好者的喜愛。談祥柏教授和他的趣味數學,堪稱數學文化寶庫中的一顆明珠,獨放異彩,熠熠生輝。

那麼,談祥柏教授為什麼會取得如此突出的成就?他那「數學趣味化」的「神功」是怎樣練成的?他的趣味數學有何特異之處,有何獨特而重要的文化價值?在談祥柏教授的十卷本文集《談祥柏趣味數學詳談》即將出版之際,我們懷著對談老的敬愛與深情,也懷著將趣味數學、數學科普事業發揚光大的心願,來初步探討一下上述問題。希望有更多的學者、讀者繼續深入探究,弘揚趣味數學文化。

大同十年 受益終身

文化的一個重要特徵是傳承性,在現代社會,文化傳承主要由學校教育來完成。

談祥柏教授在《數學廣角鏡》一書中這樣簡單介紹自己的學習經歷:

「談祥柏,1930年5月29日出生於上海。中學及大學一直在我國前輩數學家、著名數學教育家胡敦復先生創辦的大同附中及大同大學就讀,曾經獲得考試院『特種考試』第二名。」

談祥柏出身殷實人家,1941—1951年在家門口的上海大同附中和大同大學,完整接受了整整十年的大同教育,這不僅奠定了一生的學術基礎,尤其重要的是,大同精神刻骨銘心,對他一生的為人為學,影響深遠。

對自己的中學和大學老師,談祥柏教授一直感念在心。

教他算術的女老師張壽棣,那時28歲,任初一班主任。張老師畢業於蘇州女子師範,教學很嚴格,不允許學生抄作業。她終身未嫁,一心撲在教學上,男女生都很怕她。

張老師發現談祥柏對於數的悟性較強,喜歡探索規律,對他甚是喜愛。一天,張老師帶他去見胡敦復校長。談祥柏向胡校長報告了他發現的一個數學問題和引出的規律(參見《趣味數學長相思》第42頁)。經過一番對答,時任中國數學會董事會主席的胡校長,對這個12歲的孩子豈止是喜歡,簡直是另眼相看了,當場表示免除談祥柏的全部學費,以資獎勵。

在本叢書《行雲流水話數學》分冊的《我與科學世界》一文裡,談祥柏說他偏愛天文學,但最終還是選擇了數學,其主要原因是由於他「在讀中學時期,曾經小試牛刀,解決過一些看來像是雞毛蒜皮,但確是前人沒有發現的問題」。或許其中就有他告訴胡校長的那個數學問題吧。

高中老師梅慕壎是上海市數學名師,多所名校爭相聘用。梅老師忙得連吃飯的工夫都沒有,只好在電車上啃大餅、麵包。梅老師的字也寫得好,顏柳歐蘇四體無一不精。

在數學老師之外,歷史老師陸仁驥也令談祥柏佩服之至。陸老師,歷代皇帝都搞得清清楚楚,專門研究五胡十六國的人還向他請教;外語也好,還是個業餘的數學愛好者。陸老師上課常用「諧音記憶法」,給少年談祥柏留下了難忘的印象。

東晉時期的「五胡十六國」,很難記。陸老師將它們歸納為六字順口溜「兩燕尋巢【吳語中,「尋」和「秦」,「巢」和「趙」讀音相近。——編者】城下」,輔以「五四三二一一」,就很好記了:

兩——五涼:前涼,後涼,南涼,西涼,北涼;

燕——四燕:前燕,後燕,南燕,北燕;

尋——三秦:前秦,後秦,西秦;

巢——二趙:前趙,後趙;

城——一成;

下——一夏。

談祥柏在大同附中讀書期間,還打下了紮實的語文底子。在本冊(指《趣味數學長相思》)《我的19情結(中篇)》一文裡,他回憶道:「我生性喜歡自然科學,不愛語文、唱歌、體育。這種偏向在鄭逸梅成為我的語文老師之後有了很大程度的扭轉。當時他為我們講解《古詩十九首》……」鄭逸梅先生在海內外華人社會中德高望重,被譽為「人淡如菊,品逸如梅」(鄭逸梅原姓「鞠」,與「菊」同音)。

1947—1951年,談祥柏就讀於上海大同大學。大同大學(及其附中)是由一群有學識、有激情、謀求教育和學術獨立的青年教育家共同創辦的。其領頭羊胡敦復先生,是20世紀中國科學史上著名的「胡氏三兄弟」(胡敦復、胡明復、胡剛復)中的長兄。胡氏三兄弟均與大同大學有著深厚的淵源。

胡敦復出生於1886年,1907—1909年在美國康奈爾大學留學,獲理學學士學位。回國後一度擔任清華學堂教務長,當時清華學堂受制於美國,為謀求教育獨立,胡敦復先生倡導成立清華「立達學社」,他和10位社員,先後到達上海,創辦大同學院,1912年3月19日正式開學。10年後的1922年11月5日,北京北洋政府教育部批准立案,將大同學院更名為大同大學,為私立性質。僅胡敦復先生一人就捐款1萬元,佔總數的四分之一強;吳在淵先生的捐款也達5500元。

吳在淵,1884年生,江蘇武進人,自學成才的數學教育家。他曾在清華任教職,教名日盛,收入漸豐。自打投身大同,生活發生了根本變化。吳在淵先生與胡敦復先生志同道合,主張「中國學術,要求自立」。「自立之道奈何?第一宜講演,第二宜翻譯,第三宜編纂,第四宜著述。」在這四方面吳在淵先生都身體力行,為創建大同真正到了毀家、拼命的程度,最後家徒四壁,木箱當桌,食鹽代菜。一個曾經習武、身體強壯的人,後來弓腰曲背,老態龍鍾,52歲就咯血逝世,可歌可泣!吳在淵先生在《大同大學創辦記》一文中寫道:「大同之有今日,實十人拼命之所得也。」吳在淵先生等立達社社員以拼命的精神,為開創中國現代數學教育所做的卓越貢獻,中國人是永遠不會忘記的。

在大同大學,談祥柏的數學老師有胡家贛先生(教微積分)、金福臨先生(蘇步青先生的學生,教微分幾何)等。蘇步青先生也曾經在大同大學教過微分幾何。教過談祥柏的數學家還有陳省身先生(教拓撲學)。陳省身先生民主思想比較濃厚,不滿國民黨反動統治,不辭而別。

清華大學校長梅貽琦先生在就職演講中提出:「所謂大學者,非謂有大樓之謂也,有大師之謂也。」十年大同,這樣的老師群體,這樣的大同精神,一定讓談祥柏永遠銘刻在心。談祥柏後來在數學研究、科普創作上追求獨立、勇於創新,一定是在大同受到了薰陶。

敏於數學 樂於研求

數學大世界深藏著奇珍異寶,只有對數學有濃厚興趣和敏銳感覺的人,才有可能不畏路途艱險,探索、發現和欣賞數學珍寶,並且把其中的快樂分享給他人。

日本著名數學家、菲爾茲獎得主小平邦彥曾撰文《數學的印象》,指出數學在本質上與邏輯不同,邏輯之於數學就像文法之於文學。學好數學最要緊的是數覺———對數學的純粹感覺,正如語感對於理解文學非常重要。

談祥柏從小就具有很好的數覺,對於數(如門牌號)的記憶能力特別強,也擅長心算。他在本冊(指《趣味數學長相思》)《一個來自夢中的求出循環節的算法》一文中寫道:「數學界與科普界的良師益友們都說我對數學有一種天生的敏感,對許多物理、數學乃至天文常數都形成了終身記憶。」加上他長期在數學世界裡辛勤耕耘,尋幽探勝,他的數覺愈加敏銳,助他在自然數、組合數學、對策論(也稱博弈論)、矩陣論等領域展開研究,每每有他獨到的發現和創見。

談祥柏教授特別鍾情於自然數研究。他說過:「我的主要興趣在研究數。」 談教授樂於和讀者、數學愛好者分享他所體驗的自然數之美,對此他往往不吝溢美之詞:「美到骨髓裡了!

2018年4月,他興奮地對筆者說起「累進可除的二十五位數」,隨手拿起稿紙,一行接一行,一口氣寫下25行,直至

3608528850368400786036725÷25=144341154014736031441469。

談老說,到26就不行了。但也無法證明是否有更長的數字串存在。

相信在談老的眼裡,這美妙的數字寶塔堪比莎士比亞的十四行詩!

幾年前,筆者拜訪談祥柏教授,只見裡屋一張小圓桌上堆滿了紙片。拿起它們,談老如數家珍:紙片上全是他研究自然數的記載。藉助於大量的數學實驗和極佳的數覺,談祥柏教授能更好地發現和體悟自然數的本性,欣賞數的美妙:數的構成、運算、大小,數的變換、模式、規律,以及數的變與不變、數與數的關係等。

與談老相識多年,筆者覺得數學已經成為他的密友,朝夕相伴,甚至已化作生命的一部分。在他旅遊、看小說、乘汽車,以至談戀愛、做夢時,都可能迸發出數學靈感的火花。

他喜愛研究「有個性的自然數」。「就像化學元素一樣,數有共性,又有個性。」長相廝守,日夜琢磨,他便熟知了某些類別自然數的種種特性,如遺傳性、周期性、自守性、抱團性,而兒時巧遇的37,他住的樓層數19,還有12345679這種「缺八數」,……都成了他鍾愛的研究對象。如,任給他一個19的倍數,他能迅即得出它除以19的商,捷如雷電,表演自如。他也不滿足於自然數的個性探求,儘可能加以推廣運用,例如把被19整除的「用加不用減」判別法推廣到以9結尾的兩位或三位數除數。

對於「榛莽遍地,野草叢生」的自然數高次方研究領域,他勇敢地闖進去,做第一個「吃螃蟹」的人,碩果纍纍。關於這方面的研究,讀者可參見本叢書的《有個性的自然數》《趣味數學長相思》等分冊,其中許多神奇的現象、美妙的等式和罕見的規律,讓人驚嘆不已,怎能不激起探求自然數奧秘的好奇心!

談祥柏教授的數覺和靈感,也並非都得自天賦。自然數研究中很多美妙的發現,是他從大量的數學實驗中觀察、歸納和猜想出來的,背後苦樂,唯其自知。

對於變化多姿、難以捉摸的自然數,談祥柏教授往往不惜工夫,不厭其煩,通過大量的自然數實驗,發現變化中的不變量(性)。在本叢書的《有個性的自然數》分冊中,談祥柏教授記載了他對89的高次方所做的數學實驗,由此他發現並證明了兩個不變量89,1:「我們看到了89的高次方的『雙穩態』格局,它好像是一副蹺蹺板……不斷地來回擺動,好不有趣!」他還乘勝追擊,滿載而歸。

憑藉廣闊的知識面和奇異的聯想思維,談祥柏教授把自然數研究與各種進位制、分數、負數密切聯繫起來。他研究了不同進位制裡的自然數,探尋到某些性質能否推廣的原因;他甚至把自然數的進位制記法與負數打通,提出了「陰陽數」概念,讓人腦洞大開,窺見自然數規律的普遍性和適用範圍。他還發現了某些重要的自然數數列與單位分數之間的聯繫,如斐波那契數列全部可以濃縮在1/89 用特殊方法展開成的循環小數裡(見《初等數學新思維》中《1/89——一顆神奇的濃縮魚肝油丸》一文。此文引發了熱烈討論,一時盛況空前,李友耕老師揭示了這神奇現象的本質)。

談祥柏教授進一步揭示了自然數研究的一些近現代數學背景,如群論、組合數學等。在他的眾多科普文章裡,我們還可看到線性代數、微積分、對策論、拓撲學、分形幾何等數學或應用數學分支的身影,可見他涉足的數學領域極其廣闊,這無疑大大延展了數學科普的空間。

不僅如此,談祥柏教授還把自然數探究的觸角伸向了科技、文史、哲學、藝術乃至國防……在本叢書的《數學福爾摩斯》《數學文史一家親》《數學趣味化大師》《行雲流水話數學》等分冊中,這類例子不勝枚舉。

正如對自然數所做的研究與拓展一樣,談祥柏教授在進行科普創作時,也常常打破數學不同部分之間的隔閡,讓讀者體會數學的整體性與統一美。例如本叢書《行雲流水話數學》分冊的《異曲同工》一文,揭示了「取15點撲克牌遊戲」「高速公路遊戲」「吃井字」等數學遊戲取勝對策的本質,它們都與「洛書」特性的運用有關,只要通過適當轉化、對應即可實現;在《初等數學新思維》分冊的《千裡馬送人情》一文裡,讀者會驚奇地發現,一個尋常的小學生或初中生能解決的問題,在談教授筆下搖身一變成為函數的不動點問題,而不動點正是拓撲學的重要概念,這樣就在小讀者的頭腦裡悄悄地植入了現代數學的知識。

把自己數學閱讀、研究中的體悟和快樂以深入淺出、生動活潑的形式,分享給他人,談祥柏便成了數學科普作家。

文理兼修 百科貫通

與文學家、科學家的文章一樣,科普作家的作品往往也帶有鮮明的個人風格。談祥柏教授學富五車,藏書雜多,涉獵文理百科,交融碰撞中,時有創見。往往談興來了,「思接千載,視通萬裡」,形成超級連結,讓人如墜知識之汪洋大海。以淵博的知識、深厚的文化底蘊做基礎,談祥柏教授的科普創作形成了獨特的風格:文理交融,妙趣橫生,散發出濃鬱的人文氣息,輻射出多彩的文化魅力。從小學生到中學生、大學生,從數學愛好者、普羅大眾到數學教師、數學家、科學家和工程師,談祥柏教授的作品擁有廣泛的讀者群體,幾乎每個人都可以從中找到他感興趣的話題。

綿延數千年的中國人文傳統在談祥柏教授身上打下了深深的烙印。與他相處,如沐春風,他是謙謙君子,儒雅溫潤,也是性情中人,常似孩童般率真。四書五經中的名言警句、唐詩宋詞裡的精品佳作,還有鮮為人知的典故傳奇,他可以信手拈來,如在囊中。

《易經》《論語》《老子》《莊子》等經典中的「道」與「文」,常常滲透在他的科普作品裡。著名美學家宗白華指出,中國哲學是就「生命本身」體悟「道」的節奏。《參天古木引出陰陽數——千年銀杏給我的啟示》一文中提出的「陰陽數」(自然數各位上的數有正有負),固然是由猶太人紙片上的數字寶塔問題引出,卻也可能受到《易經·繫辭》裡「一陰一陽謂之道」觀點的潛在影響。本冊(指《趣味數學長相思》)的《參透玄機,使奇異變為平凡》一文中,談老感嘆道:「孔子所說的『吾道一以貫之』的精神,通過範式表示,也淋漓盡致地表現出來。」談老的不少文章,文風飄逸,汪洋恣肆,隱隱可見《莊子》的影子。

中國是詩的國度。在談祥柏教授的科普作品裡,詩詞引用簡直成了家常便飯。這不只是增添文採,更重要的是直覺、聯想等「詩性思維」,以及相關的「詩意之美」也融入了談老的數學思維、審美意象裡,引發出他的創作熱情和靈感。他談到:「李白的詩觸動靈感。」英國著名數學家阿蒂亞和神經生物學家賽米爾· 澤奇以及一些其他合作者,在共同發表的一篇論文《探索數學之美及其神經聯繫》中闡述了一個重要的發現:「大腦中用來欣賞音樂、藝術及詩詞之美的部位,也同樣用來領悟數學之美。」 可見,「美」具有某種通感性。詩思、詩意、詩風之美,對於數學的探究創造和科普作品的創作,同樣發揮著作用。從下面這句談老的話,可以看出古典詩詞對他文風的影響:「平生最不喜歡看平鋪直敘、『等因奉此』、隨波逐流、人云亦云的文章。而波譎雲詭、『唾壺崩剝慨當慷』的文風卻是極為投我所好的。這種習氣的形成,大概同多看多讀豪放詞、邊塞詩很有關係吧。日積月累,不是一朝一夕了。」

中國古典小說、通俗小說,也是談祥柏教授文學素養與學術營養中的重要來源。大約是在讀初中的時期,他特別喜歡閱讀中國的舊小說。閱讀這些小說,不僅陶冶思想情操,提升文學素養,而且豐富了他的情感體驗和想像力,有利於數學探究和科普創作。在讀過的《西遊記》《今古傳奇》《拍案驚奇》等小說中,他尤其愛看《西遊記》,「裡面充滿了荒誕、神奇的故事與想像,而其中的『動物』式人物(豬、猴、牛、蜘蛛……)又使童心未泯的初中生倍感親切。」在《初等數學新思維》分冊的文章《心有千千結——「小」世界裡的「大」法則》中,談祥柏教授由《西遊記》中孫悟空受制於緊箍咒,聯想到數學物理世界裡屢見不鮮的各種制約,給人印象至深。甚至許多武俠小說,如李壽民、金庸、梁羽生、蕭逸等名家的作品,也成了談祥柏喜愛捧讀之物。

在談祥柏教授眼裡,數學文史一家親。他的歷史知識極為廣博,《二十五史》他前後讀了三遍!這讓他的科普作品多了一個時間維度,增強了縱深感、故事性和題材的豐富性,也使讀者了解到很多事件、問題、思想和方法的來龍去脈。由於通曉多種外語,他還讀過不少外國史。如《數學文史一家親》分冊的《邪馬臺國之謎》一文,講述了用數學方法探尋日本古代國家遺蹟的故事;而從《行雲流水話數學》分冊的文章《年號隨筆》,可以窺見他對日本史的熟悉程度。談祥柏教授說過:「我比較注意尊重史實,不亂編。」

哲學、書法、繪畫、音樂、古建築、攝影乃至智力玩具等,也成了他品味、把玩、研究的對象,進入他的科普創作空間。文、史、哲、藝等多學科的文化浸潤,讓談老的科普作品抹上了濃厚的人文色彩。數學被談老的生花妙筆寫活了,成為有血有肉的生命,而不是X光下的骨骼結構;數學科普也不再是單一的知識介紹、規律描述、本質揭示、客觀呈現,而是充滿了芬芳馥鬱的人文氣息。這裡有引人入勝的故事傳說,有生動傳神的人物特寫,有鮮活機智的思想對話,有水落石出的尋根探源,有上下求索的過程親歷,有成功失敗的經驗教訓,有悲歡離合的人間萬象,有直通數理的藝術之美,有博雅深切的人文情懷……

如果把人文藝術視為硬幣的一面,那麼另一面——古今中外的數理科學及其思想方法,則更多地融入了他的科普創作之中。

中國古代數學的一個極重要的特徵是講求算法,重構造,有別於西方數學追求理性,重論證。談祥柏教授的數學科普文章,固然為科普的對象和屬性所限,也儘量滿足邏輯和敘述的嚴謹性,但更重視算法的探求、實例的構造。對於自然數的一些運算問題,他總是在不斷尋求更為簡捷的算法,或從運算(心算或藉助計算器)中探索規律,發現特性,也儘可能揭示本質,論證真偽。

談祥柏教授稱自己生性喜歡自然科學。著名學者金克木的一本科普譯著《流轉的星辰》引導他走進了科學之門。

中國古代科學啟迪了他的科普創作,如《數學文史一家親》分冊的文章《歌頌和諧的天籟》,在舉例說明「九」在古人心中的地位時,就引用了《黃帝內經·素問》的觀點:「天地之至數,始於一,終於九焉。」西方數學、科學文化中的理性精神、實驗方法、創新意識,也深深影響了談祥柏教授的科普創作。

一方面,科學文化拓寬了談教授數學科普創作的視野,數學被用於探究大自然及其規律、真理;另一方面,科學的知識、思想和方法也被他用於增進數學理解,激發數學靈感。譬如,《初等數學新思維》分冊的文章《挑戰歐幾裡得》給出了一種新算法,談祥柏教授回憶道:「觸發靈感,刺激作者完成本文的直接動機來自生物學(具體地說是生物學中的DNA回溯技術——編者注)。」此外,他還善用科學語言,通過譬喻、類比等手法,幫助讀者形象地理解數學概念、數學對象的性質。《有個性的自然數》分冊的文章《數字情結———抱團與整除性的情景對話》《自然數王國裡的「稀土元素」集團》,都借用了化學概念刻畫兩類特別的自然數;《我回來了》則從著名小說《蝴蝶夢》展開聯想,並類比了天文學裡的哈雷彗星回歸現象等。

即使讀外國文學,談祥柏教授也關注其與數學、科學的相通之處。如《愛麗絲漫遊奇境記》中的平面國與鏡子國,在他筆下衍生出有趣的數學問題;日本文學名著《源氏物語》中的源氏香與數學裡的倍爾數,居然「風馬牛也相及」。

文理兼修,百科貫通,令談祥柏科普創作如虎添翼,異彩綻放。

中外大師 高空對接

文化的發展,離不開傳承,也離不開傳播交流,否則不會有「源頭活水」。

談祥柏教授通曉英語和日語,能閱讀法語、德語、俄語數理化文獻。語言優勢帶來的一個直接好處是便於結交外國友人。美國趣味數學大師馬丁· 加德納,英國大數學家約翰·康威,日本著名數學教育家松岡元久,趣味數學名家中村義作、野崎昭宏先生都是他的老朋友。在互相切磋、學習交流中,談祥柏教授走到數學科普的世界前沿,攀上科普創作的高峰。

談祥柏教授與世界數學科普大師馬丁· 加德納先生的友誼,被傳為數學科普界的佳話。加德納先生為《科學美國人》雜誌寫數學遊戲專欄文章,前後逾二十五年,改變了很多人認為數學枯燥乏味的看法,把無數青少年引入了數學的莊嚴殿堂。而談祥柏教授也被很多人稱為「中國的馬丁· 加德納」。

談祥柏教授在國內多種場合不遺餘力地介紹馬丁·加德納及其科普作品。這套叢書的《數學趣味化大師》分冊,收入了談教授撰寫的文章《名字上天的人》《馬丁·加德納—— 一位把數學變成畫卷的藝術大師》。在前一篇文章中,談教授盛讚馬丁·加德納為「最出色的數學『推銷員』」「趣題大師」「博採眾長的『營養製造家』」。

在後一篇紀念馬丁·加德納的文章中,談教授簡單回憶了他與加德納先生的交往過程。他是從《科學美國人》雜誌的數學遊戲專欄知道馬丁· 加德納的大名的。1955年,談祥柏教授到上海第二軍醫大學工作,該校圖書館系上海一流圖書館,「文革」前馬景文館長收藏有《科學美國人》雜誌。20世紀80、90年代,談祥柏教授勤跑圖書館、舊書店,甚至向學問家、藏書家吳青雲購買《科學美國人》雜誌,利用外出參加學術會議等各種機會,抄寫、複印加德納趣味數學的專欄文章,直至收集齊全!但不幸在搬家時這些專欄文章丟失大半,令他心痛不已。美國數學會出版了加德納的文集,共15本,談祥柏教授買到14本,可惜現僅剩1本。談教授不僅收集馬丁·加德納的作品,而且儘早予以介紹、闡發,甚至幫加德納找出差錯(「每當出現這種情況,他總是虛心認錯改正」),這使得我國讀者有幸較早地了解世界數學科普大師的作品。

神交已久後,談祥柏教授翻譯出版了加德納先生的著作《矩陣博士的魔法數》,與學生合作翻譯了《數學加德納》,自然與加德納先生有了交往,可惜僅限於筆頭與電話聯繫。加德納先生幾乎每周都與談祥柏教授通電話,無所不談。談祥柏向馬丁·加德納通報過他自己在自然數研究方面的成果,如精細結構常數、費曼偽密碼的解釋,7的整除性判別法,自然數王國裡的「稀土元素」集團,發人深省的「勿忘我數」等,加德納聽了十分開心。

2000年,加德納先生邀請談祥柏教授參加在美國召開的世界趣味數學大會,並在會上作重點發言,可惜談教授因故未能成行,失去了與加德納先生晤面暢談的機會,成為終生憾事。

通過馬丁·加德納先生,談祥柏教授認識了英國大數學家、數學遊戲大師約翰·康威教授。康威和談祥柏通電話時,常用中文講。經過長期的電話、通信交流,他們之間建立了深厚友誼。康威把自己寫的所有著作都寄給談祥柏。康威對於數也有深刻的研究,尤其擅長運用自己熟悉的群論,常能得出整體的結果和一般性結論。康威興趣廣泛,除了研究數學,還研究外星人,是個天文愛好者。

本叢書的《數學趣味化大師》分冊裡,談祥柏教授撰寫的康威小傳《數學嬉皮士》,讓我們了解到一個「另類」的數學家形象。談教授覺得,「和康威交往,即使彼此只限於通信,也是人生的至樂。」 康威的「數學瘋子」「嬉皮士」外表之下,「有著一顆非常可貴的赤子之心」。談教授的一些文章中,對自然數的研究運用了群論的觀點,或許是受到康威教授潛移默化的影響吧。

談祥柏教授與數學史傳名著《數學精英》(又譯為《數學大師》)的作者E.T.貝爾(也譯為E.T.倍爾)也有交往,他們通過多次電話,聽說貝爾也懂中文。談祥柏教授說過:「我特別欣賞的是E.T.貝爾的名著《數學精英》,我年輕的時候抄過,至今還能記住其中的細節。該書講述了數學家的許多奇聞逸事,但也並不迴避公式與理論,既有可讀性也有深度。」

談祥柏教授的日本友人松岡元久、野崎昭宏精通中文,可用中文與談祥柏通電話。松岡元久是日本著名數學教育家,談祥柏教授很欣賞他的一個觀點:學習數學要具備三個養———素養、教養、營養。松岡元久喜歡寫小文章,在《數理科學》雜誌上發表過多篇。野崎昭宏對談祥柏的數學探究和科普創作深感興趣,曾將談祥柏教授的全部著作借去看過。

馬丁·加德納、約翰·康威等一些外國數學趣味化大師對中國文化了解、研究頗深。加德納先生文學功底很好,他精通文言文,對中國古典文學、古詩詞十分熟悉,他的不少科普作品與文學有關,他認為數學、文學本是一家;此外,他對中國的《易經》、經典數學玩具和遊戲有深刻研究。康威先生對中國古代算學不但深有研究,而且評價甚高。例如對於組合數學中非常有名的「卡塔朗數(Catlan Numbers)」,他就贊同我國學者羅見今先生的觀點,認為應更名為「明安圖數」(參見《數學趣味化大師》分冊的文章《數字中的回文新探》)。康威先生研究一類數列問題,曾受中國扇面藝術的啟發。

其實,馬丁·加德納和約翰·康威等對談祥柏的影響,遠不止於學術思想、科普創作方法。朋友之間只有志趣相投,才能深交,友誼也才能持久。加德納、康威等淡泊名利,以獻身數學的「赤子之心」,自由地開展數學研究,平等地進行學術交流(如加德納平等對待家庭主婦的數學研究,康威與兒童玩數學遊戲),快樂無私地從事數學普及和文化傳播,自然在無形中影響了談祥柏的學術研究和科普創作。

趣味數學 文化明珠

數學給人的印象往往是嚴肅「高冷」、枯燥乏味、神秘莫測的,那是站在數學之外,孤立地看數學而造成的印象:可遠觀而不好玩。

這時,需要有引路人,為心有偏見者、誤入歧途者、畏縮不前者撥開數學的神秘面紗,展示數學文化的魅力,揭示其嚴肅外表下有趣可親的一面,高冷麵孔下探索求真的熱情,神秘衣裝下平易樸素的本相。原來,數學的那些觀念、思維、方法、符號、圖形,就在我們的日常生活中,在我們的學科研習中,在我們的語言系統中,她現身於科學定律、藝術作品、詩詞章句、歷史故事中,出現在你感興趣的幾乎任何地方。

談祥柏教授, 就是一位高明的數學引路人。問題、故事、戲法……談祥柏趣味數學詳談,確有十八般武藝,讓人體悟到數學的趣味、美妙。談祥柏教授的趣味數學,在相當程度上可以說是集文化之大成,通百科之門徑,獨具風味,世所罕見。總的說來,他的科普作品有以下幾個鮮明特色:

融會貫通談祥柏教授憑記憶、語言之長,讀文史、覽科技、思哲理,志於求索傳播數學之道,遊於科學藝術優美之境。他視野開闊,思想活躍,力圖破除學科壁壘,貫通百科脈絡,揭示不同知識領域之間深刻的聯繫。他堅信,「學問的本體與自然的知識應該渾然一體,否則就像盲人摸象。」例如, 《行雲流水話數學》分冊的文章《拜自然為師》,揭示了數學中一個最短路徑問題的自然科學背景,並由此進一步談到分形幾何的創立,也是從英國的海岸線長度的不確定現象得到啟發,讓人在解答問題之外,明了問題的意義和趣味。

談教授認為,「不能片面地理解知識,世界的知識應該融為一體;真的、善的、美的東西應該是一體的。」比如,他認為數學與文學本是相通的。古詩詞也常被談祥柏教授讀出數學味兒來。他佩服吳承恩才情非凡,尤其喜歡《西遊記》中一首含有十個數字「十、九、八、……、一」的七律詩(見《西遊記》第三十六回)。熟讀古詩詞,他也偶爾作詩,曾為因失戀(戀人姓方)而寄情幻方的青年賦詩一首:「金鑲玉邊夢高唐,欲話姻緣恐斷腸。才比白謙高一籌,寄情幻方亦自傷。」(見《數學趣味化大師》分冊的文章《金鑲玉邊》)此中情境,不禁令人想起他本人的相似經歷。

奇趣橫生古人云,「文似看山喜不平」。又雲,「奇文共欣賞,疑義相與析」。談祥柏教授說過,寫科普文章,「想打動別人,『奇』是一個高招。」 這一招被談祥柏教授用得出神入化了。他的科普文章,奇境迭出,懸念叢生,常令人慾罷不能:或引介新奇的發現,或展現獨特的思路,或揭示意外的聯繫,或破除固有的常識,或導覽迷人的異域。尋根溯源,這或許與他青少年時期讀過《今古傳奇》《拍案驚奇》等「奇」字當頭的通俗小說不無關係,也得益於他對知識的不斷拓廣、更新、探求。巧的是,談祥柏讀中學時用的英文課本《古史鉤奇錄》(A Wonder Book),也可能影響過他後來的科普創作。有時,讀他的文章,初不知緣何而起,隨後思緒飄逸,峰迴路轉,不知何往,後來突然或悄然導向主題,讓人豁然開朗,拍案稱奇,發現其實此前所述均與主題內容有關,或勾連,或同構,或神似……

譬如,《數學遊戲大家玩》分冊的《奇妙的聯繫》一文,篇首即開宗明義:「表面現象很不相同,似乎是風馬牛不相及的事物,卻往往存在著內在的、本質上的聯繫。這種情形,在數學上例子尤其多。例如天文學與流體力學是屬於不同研究範疇的科學,但是在這兩門科學中有些問題的探討,最後卻可歸結到同一個微分方程式……」然後他介紹了常見的哈密爾頓迴路問題,但談祥柏教授的文章妙就妙在常常劍走偏鋒,說到這兒,他突然筆鋒一轉,道出了這個問題與另一個常見遊戲「河內塔問題」(又稱「漢諾塔問題」)之間的「奇妙的聯繫」,令人叫絕,大呼過癮!

尤其在自然數研究領域,談祥柏教授更是挖掘到許多奇珍異寶。不過,這些寶貝有時被塵埃覆蓋,不輕易顯露真容。在《趣味數學長相思》分冊的《塵埃已除,明珠熠熠》一文裡,他慨嘆:「自然數真是無奇不有!有的甚至奇妙到了難以形容的程度,即使說了出來,人們還不敢信以為真。」

雅俗共賞談祥柏教授的科普作品,既登大雅之堂,充滿人文氣息,又通百姓之家,瀰漫煙火香味。同一文章,可能既有文豪巨匠的好辭妙句,科學大家的奇想佳構,又可出現「下裡巴人」的鮮活思路、家庭主婦的不凡設計;上通群論、拓撲學、對策論等近現代「高等」數學,下達巧算妙解等「初等」數學問題(其實這些巧算妙解的背後,有時也通向高等數學)。另一方面,談祥柏教授的科普作品語言活潑,不拘一格。書面語、口語、日常用語有時交織在一起,但不覺違和;有時為了讓讀者加深印象,打開腦洞,所用語詞不免誇張,甚至「重要的事情說三遍」(用近乎雷同的詞語),極盡鋪陳之能事,似乎囉嗦重複,實則突出了重點,增進了理解,達到科學普及的良好效果。

談祥柏教授的科普作品達到雅俗共賞的境界,文史功夫功不可沒。遠在七十年以前,談祥柏「讀了古典小說《紅樓夢》《鏡花緣》《儒林外史》《水滸傳》後,寫下《中國古典小說中的數學》一文,成為他的科普處女作」。(參見《談祥柏科普文集》一書的前言)在接受田廷彥先生採訪時,談祥柏教授還說過:「文史為何能吸引人?因為文史中有故事,有情節,就是人家通常說的『有血有肉』。但這並不是說科普一定要與文史結合。」當然,他還是認為,「科普作家要有文史的根底就更好。數學和文學實質相通。」

當然,數學科普創作更需要數學功夫。談祥柏教授在數學探求上,也是見真功夫的。因而他的文章常有自己的獨特發現、奇思妙想,再經過他的妙筆闡發,讓人耳目一新、心靈撼動。

自出機杼科學發現是無止境的。談祥柏教授強烈反對這樣一種並不鮮見的看法:「初等數學(算術、代數、三角、平面幾何、立體幾何、解析幾何等)已經發展到頂了,再也不可能有什麼未被發現的東西了!它已經是一口枯竭的礦井,榨不出什麼油矣。」(參見本書的文章《平分秋色》)他以自己的不懈探索、獨立發現證明了,即使在初等數學這口礦井中,也深藏著許多鮮為人知的寶貝。而「數學的發現,同物理、化學、天文、地理、生物、醫學等自然科學與應用技術的發現一樣,或許也是其薄如紙,一觸即破的啊!」 如前所述,談祥柏在他少年時即因為一個小小的發現,受到老師、校長的讚賞,埋下了日後從事數學、獨立研究的種子。

談祥柏教授稱自己「是一個喜歡非傳統思想的人,受『揚州八怪』之類的影響甚深」。在他的科普文章裡,不僅介紹當時最新的數學科技成果和趣味數學佳作(如分形、新梵恩圖、公開密鑰、新式骰子、生命遊戲、優美圖等),傳播前沿的科學觀念、人文思想,而且尤為難得的是,在不少文章裡他真實記述了自己上下求索、探究新知的過程:他的初衷、動機、設想、實驗、嘗試、靈感、推算、轉念、創新、得失、延拓……這類文章,乾貨多,血肉豐,自出機杼,情理交融,讓人如身臨其境,拉近了我們與數學、數學家的距離,仿佛我們也能和他一樣研究數學,品味數學。在談祥柏教授和他的趣味數學中,傳承與創新、理性與感性、科學與人文、學問與做人、研究與普及,達到了平衡、和諧。這為探索發現、科普創作奠定了深厚堅實的基礎。

自出機杼,需要有超越前人的膽略和智慧。且看《初等數學新思維》分冊的文章《挑戰歐幾裡得》,《趣味數學長相思》分冊的文章《漫步神奇的高次方世界,做第一個「吃螃蟹」的人》,寫出這等文章,需要何等的智勇啊!

自出機杼,創新發現,並非易事。數學的發現、創作,源於心靈的自在、豐盈,而不為實際功利所羈絆。如談祥柏教授所言:「無數事實告訴我們,數學本身無功利可言,但『無用』乃有『大用』,這也毋需多言。」

行文至此,可見談祥柏教授的教育經歷、個人稟賦、學術淵源、文化底蘊,在他身上和合作用,成就了一代數學科普大師。談祥柏教授和他的趣味數學,博大精深,美麗芬芳,奧妙奇異,確是數學文化寶庫中獨放異彩的一顆明珠。讓我們去欣賞,探奇,珍藏!

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