數學趣味化大師 | 數學嬉皮士

2021-02-15 和樂數學

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在一個人的身上如果出現了不能相容的「雙重人格」,那恐怕很難不是一種假相或偽裝手段吧。

然而,也真有那麼一個人。一方面像小丑、嬉皮士,一方面卻又是堂堂大學教授。他玩世不恭,卻誨人不倦;一味不務正業,專搞些輕薄膚淺的東西,但卻滿腹經綸,造詣精深,做起學問來嚴肅深刻,數學成就高人一等。

這個人是誰呢?

他便是英國劍橋大學的數學教授約翰·康威(John H.Conway)。

康威常光顧的咖啡店,坐落在臨近三一學院的街上,當年牛頓曾在這附近研究出了他的萬有引力理論,達爾文則在此地締造了物種起源學說。然而康威的所作所為卻像是在褻瀆神明。他披頭散髮,滿臉絡腮鬍子,赤著腳隨地亂坐,聽任17個月大的小兒子在他頭上拉屎拉尿。人們看到他的這副模樣,真是又好氣又好笑,一致給他起了個綽號,叫做「數學瘋子」。

他的辦公室也是一個不可救藥的垃圾桶。堆積如山的論文、書籍、筆記本、信件、模型、圖表,發酸的牛奶、跑了味的咖啡,各種稀奇古怪的玩具,堆滿了所有的桌子、椅子,甚至堆到地板上,在室內行走一兩步都很困難。

沒有人要他這樣做,他也沒有任何別的企圖。用他自己的話說:

「我覺得這樣幹是很自然的。我不想自命為一個嚴肅、純正而循規蹈矩的數學家。」

然而,「數學瘋子」卻是一位貨真價實的大數學家。學者們認為,他是一個生活在四維或更高維空間的抽象世界裡的人。他的乖張行為,幾乎同他對於這門偉大學科的傑出貢獻一樣獨特。

令人不可思議的是,康威生活的雜亂無章對他高人一籌的洞察能力倒是起了很大作用。他一天到晚信手塗抹,他的數學證明總是寫在廢紙角上,寫完以後就隨便亂丟,接著隨垃圾而一去不復返了。一旦需要的時候,他只好重起爐灶,再推算一番。然而,每一次的推倒重來,總是使結果更為完美、精煉、深刻、透徹。

康威是當今世界上第一流的遊戲數學大師。他的任何一篇論文,幾乎都要被英、美、法、日、德、俄的同行們認真拜讀。過去30年中,康威曾發明過數以千計的遊戲,其中多數是屬於數學性質的。他玩起魔方來,連魔方的發明人、匈牙利的魯比克先生也要退避三舍。不過,他最出格的遊戲還是那種名叫「生命」的東西。這種遊戲的旨趣是用數學方法來模擬生物進化,1970年問世以後,迅即風行於全世界。其內涵複雜,人們便不得不利用計算機來加以研究。有位計算數學家曾作出了這樣的估計:即當時世界上約有

「生命遊戲」之所以備受青睞,主要還是由於它把數學與生物學直接掛上了鉤。這兩門科學,過去一直被認為是風馬牛不相及的。可是隨著時代和基因工程的飛躍發展,生物學已經對數學提出一些新的、更高的要求,從而有可能使數學本身獲得脫胎換骨的改造。有位學者說了一句意味深長的話:「當它轉向生物學時,數學這門非生命的科學必將獲得生命。」由此看來,康威所邁出的一步雖然很小,但因為它是開創性的工作,自然會獲得人們的高度重視。

在牛頓建立微積分的初期,基礎是很不牢固的,因此他受到來自各方的種種非議。伯克萊大主教曾經批評牛頓的無窮小量是「睜著眼睛說瞎話」。直到19世紀,數學家們建立了實數理論,才使數學分析建立在一個嚴密鞏固的基礎之上。因此,人們總是用非常敬畏的眼光去看待實數理論,把它看作是數學這座莊嚴華麗的大廈的一塊奠基石。

康威的功績是建立了實數的一種新理論。然而,令人震驚的是,這樣一種嚴肅而深刻的理論,卻是用微不足道的遊戲建立起來的。這種新理論不僅針對實數,而且還概括了其他一些稀奇古怪的數,例如超窮數等。

當代最傑出的計算數學大師之一——美國史丹福大學的唐納德·克努斯先生(中文名為高德納,計算機編程聖經《電腦程式設計藝術》的作者)對此表示了非凡的敬意,他在其著作《超現實數》(中譯本為《研究之美》)一書中,把康威視為「上帝」。克努斯寫道:「混沌初開,天地伊始,康威從一無所有中創造了各式各樣的『數』。」

讀到這裡,大家一定會問:康威怎麼可能以其「遊戲三昧」的手段來躋身大學教授之林呢?我們說,這並不奇怪。因為他的那些趣味

小玩意常常掩蓋了他的嚴謹的數學研究工作。他是世界上寥寥可數的、第一流的群論專家之一,而群論是專門研究自然界中各種對稱性的一門數學分支,在物理、化學與生物學中有著重要的應用。此外,康威對數論和數理邏輯也曾作出過重要貢獻。

康威不僅搞理論,還搞實踐。他善於把抽象的數學理論應用到尖端技術與軍事科學方面。例如,他曾和別人通力合作,發明了一種機密的信息編碼與傳輸方法,可以在通訊系統與計算機網絡中派用場。

康威絕非完人。他在生活上有許多缺點,背上了一身債,經濟拮据,日子很不好過。他的某些世界觀也不正確,老是認為世界會在一場熱核大戰中毀滅掉。他的思想很消極,經常想逃避到地球上一個人跡不到的地方去(例如澳大利亞的內陸),企圖逃脫這場人類浩劫。在西方世界,患有這種「恐核病」的人很多,我們似也不能苛責於他。

康威小傳《數學嬉皮士》選自《談祥柏趣味數學詳談》叢書之《數學趣味化大師》分冊。康威先生是我國著名數學科普作家談祥柏先生的老朋友,曾經把他的所有著作都送給談祥柏先生。談老古文功底紮實,文史知識淵博,通曉多種語言,其數學科普作品,文理交融,奇趣橫生,雅俗共賞,自出機杼。《談祥柏趣味數學詳談》叢書由江蘇鳳凰教育出版社正式出版,是談祥柏先生具有「代全集」性質的十卷本文集: 

《巧算巧解腦洞開》《數學遊戲大家玩》

《數學福爾摩斯》《特異的數學美》
《數學文史一家親》《數學趣味化大師》
《趣味數學長相思》《有個性的自然數》
《初等數學新思維》《行雲流水話數學》

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本文轉自:《談祥柏趣味數學詳談》

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