利用冥想他獲得3900個公式,小夥單槍匹馬幫助人類數學進步幾百年

2021-01-10 身體自我修復研究者

假設你是個沒受過什麼教育的孩子,你突然和朋友說,我要成為偉大的數學家,朋友可能會吐槽說:「你作夢吧!」但是,萬萬沒想到到,真的有人靠作夢就成了數學家,而且他的數學公式,還引領了人類數學進步幾百年!他就是印度數學大師──斯裡尼瓦瑟˙拉馬努金(Srīivāsa Rāmāujan Aiyakār),千年一遇的天才。

或許能證明他偉大成績的是「英國皇家學會院士」這個頭銜,這個頭銜有多珍貴呢?我們看獲獎名單就知道了,牛頓、愛因斯坦、霍金……拿到這個頭銜就意味著,獲得科學領域最高榮譽,所以印度人把拉馬努金看作民族的驕傲。

拉馬努金出生在印度一個窮困潦倒的家庭,童年時期家境很窮,他常常衣衫襤褸、踩著破草鞋。

拉馬努金家裡非常窮,所以經常通過出租房屋的方式補貼家用,當拉馬努金11歲的時候,家裡來了2位房客,他們在附近的政府學院讀書,他們發現拉馬努金非常喜歡數學,於是把一本《龍氏三角學》的教科書留給了他,這本書本是大學階段才學習的書籍,拉馬努金不到2年的時間,就全部掌握了。還推導出了歐拉公式:eix=cosx+isinx,他的數學天賦很高,即使只是看看教科書,也能無師自通,發現新定理。

同樣,還是那個房客又給了他一本英國數學家卡爾寫的《純粹數學與應用數學概要》,他打開這本書發現,裡面有5000多個複雜的數學公式,但只寫出了結果,而沒有給出證明過程。

可是拉馬努金像猜謎題一樣,把裡面所有的公式,用自己的方式重新推演了一遍。不過這也給他留下了一個壞毛病,那就是不愛證明。由於缺乏系統的學習,他沒有看到別人已經研究出來的結果,而是花費了大量的時間在已經被證明的研究成果之上。

其實在英國人來印度之前1000多年時間裡,印度人就痴迷於數學。印度的種姓制度,婆羅門的身份讓拉馬努金有著高貴的地位,即使家裡一貧如洗,一位婆羅門教徒也擁有著他人無法比擬的尊貴。如果是高度世俗化的社會,這是很難做到的,因為在世俗社會當中,金錢成為衡量一切的標準。所以拉馬努金能夠不為財富而去奔波,專心做他的數學研究,也不會因此被他人看不起。

後來他以優異的成績考入大學,每天廢寢忘食,只研究數學,就在這時神奇的事情又發生了,他每天晚上睡覺的時候,都會夢到自己所信宗教的女神——娜瑪卡爾女神。

拉馬努金家裡祖傳的家神是娜瑪吉利女神,她是那羅希摩的配偶,那羅希摩也叫獅神,是毗溼奴的化身之一。

拉馬努金醒來以後,腦子裡充滿了各種各樣的公式,那以後,女神每天都出現在他的夢裡,給他靈感。所以,拉馬努金每天清晨都要趕快拿出筆記本,把冒出來的公式記在本上,由於筆記本的費用對他來說很高昂,所以每次女神給他恩惠的時候,他只把最終得出的,最簡化的公式抄到本上。從幾年下來,他得到了3900個複雜的公式!

這是一個什麼樣的公式呢?相當於愛因斯坦什麼都沒幹,一覺醒來就得出了E=MC平方的質能等價方程式,相當於牛頓在蘋果樹下睡了個午覺,醒來就寫下了三大運動定律!而3900個這樣的公式,可以說是精華中的精華。由於當時印度的數學水準很落後,周圍的老師們都不理解,甚至嘲笑他的公式是一堆垃圾。1913年,他把自己成果中的一小部分,寫信分別寄給了3位英國數學家,其中一位回了信,他就是當時英國最有才華的數學家——戈弗雷˙哈羅德˙哈代(Godfrey Harold Hardy)。

哈代到底有多厲害呢?在哈代以前,歐洲大陸的數學家,一直和英國的數學家存在矛盾,彼此不相往來,使得英國數學落後其他國家很遠,直到哈代出現,他憑藉一己之力,創立了數學領域中的哈代學派,把整個歐洲數學研究的區域重心移轉至英國,許多有世仇的外國數學家,全都不計前嫌地前往英國,拜訪這位絕世的大師。就在哈代學術生涯最頂峰的那個時期,他收到了一封印度的來信,就是我們的主人公,拉馬努金的來信,信中列出了100多個複雜的公式。

1913年1月16日,三一學院的哈代收到了一封信:「尊敬的先生,謹自我介紹如下:我是馬德拉斯港務信託處的一個職員……我未能按常規念完大學的正規課程,但我在開闢自己的路……本地的數學家說我的結果是『驚人的』……如果您認為這些內容是有價值的話,請您發表它們……」

哈代本以為這又是一個推銷自己的騙子,但是當他仔細觀察這個公式的時候,被裡面的內容給驚呆了。當正整數一直相加的時候,最後的答案是-1/12,為什麼是一個負數呢,如果按照數學規則,不可能一直加到正無窮。於是哈代花費好幾個小時,讀了這封信,而且信裡全都是陌生的數學符號,這是拉馬努金自創的一套數學規則,哈代感覺到,即使是自創的數學,也是一位偉大的天才。

哈代表示:「這上面的每一個公式,都超出了最高級數學考試的標準!」後來他仔細研究,發現即使是他這樣的天才,也完全無法發明如此複雜的公式,有些公式甚至讓他難以理解。他立刻寄錢給拉馬努金,讓他來到英國劍橋大學深造,結果哈代發現了更令他驚訝的事情——拉馬努金幾乎沒受過任何像樣的數學教育,許多常識性的數學定理,他從未聽過。拉馬努金把他之前寫滿公式的筆記本讓哈代過目,哈代看完後也對他五體投地!筆記本裡記錄著整個歐洲史上所有重要的數學公式,而這隻佔了三分之一,剩下三分之二是他沒有見過的全新公式。哈代感慨道:「他一個人就戰勝了整個歐洲數學界。」

他評價拉馬努金,是超越整個世紀,1000年也遇不到的數學奇才,可以與歐拉、高斯,這種等級的天才相比擬,智商超群的數學家哈代,在他面前就只能俯首稱臣。

我們知道在數學裡,用什麼字母代表哪些意思雖然是自由的,但是在某些成熟的分支裡,很多數學符號是約定俗成的,比如說在基礎數學裡,我們會用字母x表示變量,如果是橢圓函數,我會用k來表述模數,而拉馬努金則用字母a來表示模數,或者在他的筆記裡,y表示變量,這是很多專業數學家從來都不曾用過的,而且即使進入劍橋大學,也從來不和其他數學家來往,更不會讀上個月的《倫敦數學會會刊》。直到如今,學者們提到拉馬努金的時候,都會要先加上,「照拉馬努金用的符號」或「用他的符號討論拉馬努金的心得」。

當拉馬努金進入劍橋大學的時候,哈代眼光受到了質疑,哈代以自己資歷作為擔保,說服其他教授相信這是一位偉大的天才。當其他人以為拉馬努金會先選修一些課程的時候,他卻說:「我來這裡是發表我研究成果的」。後來哈代勸說他,他的成果早晚會發表的,但是需要時間去論證。

哈代為人謙遜,他當時已經是英國數學界的領軍人物了,但是他甘願為拉馬努金充當綠葉,他曾經說過,如果按照數學天賦來打分,他給自己打80分,給拉馬努金打100分,他甚至認為他最大的數學貢獻就是發現了拉馬努金。

拉馬努金被稱之為直覺王子,而哈代被人稱為證明使徒,哈代用自己的嚴謹與規範,去彌補拉馬努金證明上的不足,讓「野路子」出身的拉馬努金能夠逐漸適應學術界的評價體系。如果沒有哈代,拉馬努金的天才很難被發現,或者說很難被容忍。

比如在一次課堂上,拉馬努金沒有做筆記,被霍華德教授叫到講臺上論證定理,他毫不費力地寫出來了,這種不謙遜的行為冒犯了霍華德教授,掐著他的脖子威脅他,讓他滾出劍橋。

在劍橋的整整5年,拉馬努金都是獨立研究數學的,他完全依靠靈感直接跳到結論,認為證明完全沒有必要。他就像澳大利亞的袋鼠,以及黑天鵝,完全處在主流進化之外,或者說主流進化外的變種。西方數學裡講究的嚴整、嚴謹的步驟證明,在他這裡毫無用處。

拉馬努金是一位虔誠的宗教徒,他會每天虔誠的在地上打坐,當某一瞬間得到神的啟示後,就拿著草稿衝到哈代的房間,告訴他自己又發現了新的增序列。而作為無神論者哈代,則會認真地問他,是如何獲得這些靈感的,拉馬努金則會告訴他,是自己的女神告訴他的。

拉馬努金家裡祖傳的家神是娜瑪吉利女神,她是那羅希摩的配偶,那羅希摩也叫獅神,是毗溼奴的化身之一。拉馬努金常對他的朋友說,他的數學天賦是娜瑪吉利賜給他的,將數學方程寫在他的舌頭上,並且在夢中教他數學。在拉馬努金成長的歲月裡,他的生活完全是印度婆羅門的生活。

他打髮結,剃光前額,絕對素食等;經常去寺院,在家裡奉行各種節日和禮儀;走遍南印度各處去進香;家裡所拜的女神總掛在嘴邊,一舉一動完全遵照她的旨意。外國文字的數學書,他可以一看就通;他能背誦各種經文,諸如吠陀經、奧義書和其他印度教經文;他偏愛替人圓夢,對玄奧的異象很有興趣,喜愛神秘。

而哈代是一位非常徹底的無神論者,他不相信拉馬努金的神。但是如果從生理學角度來看,盤膝打坐冥想,有利於頭腦放空,摒棄雜念,能夠全神貫注思考數學的問題,這些都是有利於數學推理的,這或許就是哈代所無法理解的女神。

他們在一起的5年裡,寫出了29篇重要的論文,為數學界做出了巨大的貢獻,哈代將這段經歷描述為「我一生中最浪漫的事」!拉馬努金後來患上肺結核。1920年,他的病嚴重惡化,哈代帶著病危的他搭計程車去醫院,當時計程車的車牌號是1729,哈代覺得這個數字毫無規律,認為有不好的徵兆,而拉馬努金迅速說道:「不,1729是個很有規律的數字,它既是1的立方與12的立方之和,也是9的立方與10的立方之和。」然而這次對話成為了兩人最後的故事。

拉馬努金離開英國的時候,哈代非常傷心,當拉馬努金去世的消息傳來的時候,哈代痛哭不已,在哈代致辭當中,他認為自己虧欠拉馬努金太多。後來他在提名皇家學會會員的大會上,認為拉馬努金是原創性的數學思想,對歷史影響無疑是深遠的。

拉馬努金的筆記啟發了幾位菲爾茲獎的工作。他搞出的很多特殊函數、奇怪公式,後來都發現有大用處。

拉馬努金在臨終前,他又夢到了女神,並且用手寫下了最後一個數學公式,這個公式讓同時代所有的數學大師都不解,只能猜測它描述了一種神秘的函數。2012年,這個神秘的公式終於被破解,科學家們說這個公式對黑洞行為的研究具有幫助,然而在100年前,人類根本不知道什麼是黑洞!1976年,有人在劍橋大學圖書館,發現了拉馬努金的第4本筆記,裡面記載了600多個令人匪夷所思的數學公式,後來,隨著人類科技的進步,科學家們發現他那些令人費解的公式,對現代人工智慧、粒子物理、統計力學、電腦科學、密碼技術和空間技術等不同領域起著相當重要的作用,也就是說,他的數學公式引領了人類科學進步幾百年。

拉馬努金的一生具有傳奇性、重要性和啟發性。傳奇是因為他異乎常人的直覺,他一生發現了3千多個奇妙的公式,卻從不給出證明,聲稱是神託夢告訴他這些公式的,而後世的數學家證明了這些公式基本都是對的。這也確立了拉馬努金在數學史上的地位,他被稱為印度一千年來最偉大的數學家。

英國皇家學會是世界上成立最早、影響最為深遠的科學社團,在科學建制化進程中扮演著重要角色,被視為是世界科學界的一面旗幟。拉馬努金被吸納為英國皇家學會會員,標誌著世界科學研究體系對拉馬努金的認同和接受。

拉馬努金的故事看起來很玄幻,卻涉及人類哲學的大問題。

先驗和後驗。

人類獲得知識有兩種渠道,一種認為宇宙存在絕對的真理,因此可以根據思考和演繹推理而得出結論,稱之為理性主義。另外一種,則相信證據,著重認為理論應建立於對於事物的觀察,通過實驗研究而後進行理論歸納優於單純的邏輯推理。經驗主義否定了人擁有與生俱來的知識的觀點或不用藉由經驗就可以獲得的知識。

先驗在拉丁文中指「來自先前的東西」,或引申為「有經驗之前」。近代西方傳統中,認為先驗指無需經驗或先於經驗獲得的知識。它通常與後驗知識相比較,後驗指的是「有經驗之後」,即"需要經驗"。

認識論的基本問題之一是究竟是否存在任何重要的先驗知識。通常來說,理性主義者相信存在先驗知識,而經驗主義者認為所有知識根本上源於某種經驗(通常是外部經驗),即便有先驗知識在某種意義上也不重要。

拉馬努金的故事證明了人類獲得知識渠道的多樣性,冥想、睡眠都有可能獲得高維先驗知識傳遞。同時他單槍匹馬將人類數學知識提升幾百年,證明了先驗知識的重要性。

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