英國全能數學家John Conway因新冠去世,他是數學瘋子,也是遊戲瘋子:沒有誰比我更愛玩遊戲了!

2021-02-08 超級數學建模

或許你可以不相信上帝

但是你不得不相信數學


當代最有趣的數學家John Horton Conway,因為新冠肺炎逝世了,享年82歲。

雖然他所在的普林斯頓大學未發出公告,但是他的同事David Spergel在Twitter上證實了這一消息。

有人評價他,世界上可能有比他更厲害的數學家,但是在頂尖的數學家裡,沒有人能比他科普做得更好。

他在數學領域多點開花,是一個在組合博弈論、幾何、數論、群論、算法甚至量子力學理論等多個方面都做出貢獻的天才數學家。

但是他卻說,自己從沒有工作過一天,而是都在玩。他的傳記名字叫做「Genius At Play」。

他發明的一款生命遊戲,在上世紀70年代佔據了1/4的計算機,成為那時極客的最愛。

他還算出在24維空間的球迷密堆積中,每個球體都和196560個球體接觸。

皇家學會前主席,也就是那位聲稱證明黎曼猜想的麥可·阿蒂亞爵士(Sir Michael Atiyah)這樣評價他:

康威是世界上最神奇的數學家。


數學就是遊戲


1937年12月26日,康威出生在英國利物浦,從小就對數學表現出強烈的興趣,顯然,這位天才的起跑線也是在我們這些凡人的前面。

4歲的康威就已經會背誦2的次方:2^0=1,2^1=2,2^2=4,8,16,32,……,1024。。。(這個歲數的超模君連九九乘法口訣是什麼都不知道)


10歲的時候,康威就夢想成為劍橋大學的數學教授,也就是從這個時候開始,同學們都是「教授」「叫獸」這樣稱呼他。(後來,他也真的成為了劍橋大學的數學教授。)



不過,天賦歸天賦,勤奮以及自己有意識地去鍛鍊也是很重要的。康威在中學時期,為了增強自己的記憶力,曾去背誦圓周率π,一直到小數點後1000位。




增強記憶力,實際是為了提高自己的速算能力,據康威後來回憶:「在那時候,如果問我651乘以347等於多少?我能在幾秒之內提出正確的答案。」


除此之外,康威還非常喜歡收集各種繩結來玩,後來,他在劍橋大學的時候還寫了一篇繩結的重要數學論文,在他眼裡,「繩結問題,本質上就是數學問題。


確實,繩結跟數學上的拓撲學及群論都息息相關。



在劍橋大學拿到博士學位後,康威選擇留校任教,主要研究數理邏輯,學生們喜歡稱他為「怪教授」。


①上課怪

這位披頭散髮、滿臉絡腮鬍子的怪教授,上課一直很隨意,想到哪就說到哪,喜歡什麼就講什麼,這樣,就導致了他的學生分為兩派。


如果是學渣,他們心裡是這樣想的:這位老師也他不負責任了吧,講的都是些什麼東西啊?!


不過,對學霸來說,那簡直不要太嗨:哇,這位大師太厲害了,竟然能將問題講的這麼有趣,竟然能將這些問題聯繫到一起!



②下課也怪

在劍橋大學數學系教授的休息室裡,人們會經常看到這位教授赤著腳,坐在地上,拿著紙和筆,在研究數學,實際上就是在玩數學遊戲。如果這時某位學生或教授經過休息室,被康威發現的話,必定會被他拉著一起玩。。。

同時,康威是個出了名的「懶人」。他的辦公室簡直亂到不忍直視(下面有圖),在他辦公室簡直是舉步維艱


很多人都無法理解,在這樣亂的環境下,如何進行數學研究?


康威本人是這樣說的:「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。」 


不過,說是這樣說,後來他也因此經常找不到之前記下重要發現的紙張,導致要重新推、重新寫,再後來,他表示自己受不了自己了,只好去到系裡的公共辦公室搞研究。


別人問他為什麼不在自己辦公室研究,康威回答說:「我辦公室太亂。」


康威的辦公室,人稱「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,甚至地上。。。



不過,如此「怪異」的康威,在學生中的人氣卻挺高。他完全沒有架子,和學生就像朋友一樣,會跟學生們去酒館喝酒、聊遊戲、打彈球、談人生、談數學。。。


在公共辦公室裡,他也從來不缺乏聊天的對象,因為就算是在公共辦公室裡(後來也相當於是他的個人辦公室,因為經常有人打電話到公共辦公室來找康威教授),桌面上也是擺滿了他的玩具,走過路過的教授、學生都非常喜歡進來跟康威「吹吹水」。



事實上,在劍橋大學任教初期,康威經常會感到沮喪,因為他一直沒有拿得出手的研究成果,他甚至懷疑自己做的是不是真的數學。


直到1965年,約翰·裡奇(John Leech)在研究裝球問題時發現了一種24維的lattice,康威覺得研究這個lattice的自同構群應該會非常有趣,不過,此時的康威清楚自己的群論水平有限,於是他將這個問題告訴了很多群論方面的專家,然而,這並沒有引起專家們的重視,最後,康威只能靠自己慢慢深入研究了。



2年後,康威一舉發現3個新的散見單群(不符合任何分類規則的群),後來稱為「康威群」,這項突破性的研究成果讓當時從事有限群和數論的數學家都大為震驚,康威也從此在數學界嶄露頭角。


後來,康威還對魔幻月光猜想中最大的散在群——「怪物群」(Monster group)進行了深入研究。

「怪物群」是1980年由數學家羅柏·克裡斯(R. Grìess)發現的,康威將這個群稱為「怪物」:沒有人能否認「怪物」是一個很引人的抽象結構。想像一個在196883維空間裡的鑽石,它有1054個轉軸和旋轉中心,而仍能顯示其勻稱和均致。任何人,只要能想像這個196883維空間裡的東西,一定會由衷的讚美,你隨時可以在腦筋裡想像它。我確被它震懾住,覺得它將在現實世界扮演一個突出的角色……或許將是基本粒子理論的一個重要工具。




康威是個不折不扣的遊戲瘋子,更是一個數學瘋子,經常沉迷數學而忘掉周圍,導致一直沒買車(陷入數學世界,無法專心開車),家裡連電視都沒有(心中只有數學)。


在玩數學遊戲中,康威發現了每一個實數都能對應一個遊戲,相應地,實數的四則運算可以用遊戲的語言來解釋;此外還有許多遊戲具有類似於實數的性質,卻不對應實數。康威就將遊戲看做「數」,得到了實數的擴充——超現實數。而這一貢獻也是康威本人認為自己對數學最大的貢獻。


為了計算某天是星期幾,康威發明了Doomsday算法

康威每天打開計算機時,屏幕上會隨機顯示十個日期,比如1789年7月14日,2037年12月26日等等,康威則心算出這些日期分別是星期幾,輸入後才能進入電腦。他的最高紀錄還不到20秒就算出了全部星期。   


在紐結理論方面,康威提出了一種表示不同紐結的方法——基於亞歷山大多項式的康威多項式。


除此之外,康威還是組合博弈論的開創者之一。



不過,真正讓康威名震世界的還是他發明的遊戲——生命遊戲(Game of Life),它是由3條規則構成的二維元胞自動機,號稱「玩家且永不結束」。


遊戲規則是這樣的:

1、在一個格子世界裡,每一個格子裡最多可以長一個細胞。細胞根據規則,一代、一代地存活、繁殖或死亡;


2、每個細胞的存活或死亡規則:

①相鄰的細胞等於2個或3個,將活到下一代;

②相鄰的細胞大於或等於4個,將因為過度擁擠而死;

③相鄰的細胞小於或等於1個,將由於孤獨而死。


3. 細胞的繁衍規則:

如果某個空格周圍有3個細胞,那麼這個空格裡就可以生長出一個新細胞。



這個"生命遊戲"最早於1970年10月在《科學美國人》雜誌中馬丁·加德納的"數學遊戲"專欄出現,一經發布,便瞬間風靡全球。

美國軍方的一份報告稱,因為在工作時間偷偷觀察生命遊戲而造成的損失總計高達數百萬美元。

還有一份報告稱,在70年代生命遊戲風靡的時候,全世界大約有1/4的電腦都在運行這個遊戲。

 



康威一生中發明了數以千計的遊戲,其中絕大多數都是以數學有關,他玩起魔方來,連魔方的發明人、匈牙利的魯比克先生都要退避三舍。


康威曾說他自己的一生都是在遊戲中度過的,不過,對於遊戲和消遣,他給後生們提出了這樣一則忠告:Thou shalt stop worrying and feeling guilty. Thou shalt do whatever thou pleasest.


無患無疚,毋寧逍遙。


新冠病毒仍在全球肆虐,又捲走一顆巨星。智慧的大腦,脆弱的肉體。而康威那顆大腦裡誕生的趣味,依舊能被無數人品嘗。

不知道康威會不會在另一個世界繼續做他的頑童,感嘆一句:科學家有自由意志的話,可能病毒也是如此。漫畫版的康威  作者:Simon J Fraser來源:微信公眾號—量子位https://mp.weixin.qq.com/s/TZXDTxhQ0gi-9gM1w3svAw選購數學科普正版讀物

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