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科学的发现与构造

已有 3890 次阅读 2009-11-18 08:26 |个人分类:随想|系统分类:科研笔记

 
 
看“小波的妈妈”(可以这样说吧)Ingrid Chantal Daubechies——普林斯顿大学教授,小波分析的创立者之一,2000年成为第一个获美国国家科学院数学奖的女同胞,她构造的“Daubechies小波基”是应用最广的小波基函数,她的Ten Lectures on Wavelets已经成为经典了(有中文本)——写的自述片段,谈到一个有趣的问题:  
我感到每个人都把那种新的数学概念[小波基]看成“构造”的东西,即第一个发表它的数学家构造出来的。那和多数(纯)数学家认为的工作方式是不同的:他们觉得自己更像发现者,发掘新的领地;他们强烈感到“它”已经在那儿,只等他们去发现。这点认识令我思考我们最终该如何理解那个解释了许多旧观察的整个结构——我知道更“纯的数学家是怎么想的,因为我也想过。在我过去做的、其他多数数学家也赞同是“发现”的工作中,我感觉到了。在小波的研究中,我的感觉是完全一样的——尽管多数数学家认为它是“构造”而非发现。我感到疑惑,于是想找出两个数学王国的界线。我没找到;我相信那样的界线并不存在:所有数学都是构造的。  
在数学里,有很多定理和证明是“构造性”的,而另一种是“存在性”的,于是存在性定理应该算“发现”。有些证明过程就是构造的过程,这是以构造的方式来发现。但在多数情形,发现了却未必能构造。以简单的素数定理为例:素数有无穷多,这是发现,至今也没有构造;即使特殊情形如费马素数,也只是一个残疾的公式。
 
老太太似乎感觉“发现”比“构造”更高级,有点儿不服气;最后那句话,颇有现代“构造性数学”的口气。(那是数学哲学的事儿,不去说它。)我想到的是一般科学研究里也有类似的两块领地。大致说来,发现是“想到”,而构造是“做到”(这样说,已经离开数学“构造”的本义了)。没有做不到,只有想不到,从一个角度说明了发现更难,也更重要。
 
在物理学中,很多概念代表一种发现。如熵,虽然是导出的物理量,但揭示了存在的演化特征,那是看不见也摸不着的。在多数情形,它是无法构造的。像霍金定义的黑洞的熵,虽然在宏观上与视界面积联系起来了,但微观状态依然不能构造。还有些涉及本性的物理特征,也只能在特殊情形构造一个模型,如宇宙的全息原理,只能在某些理论模型里实现(如AdS/CFT对偶)。
 
在工程实践中,几乎所有工作都是构造性的,但构造什么,仍然有赖于发现了什么。在这一点上,建筑的外观设计似乎更接近发现,如鸟巢和蛋壳儿——于是,艺术创作像科学发现,虽然它是以一种构造的方式,但构造的东西却是“发现的”。例如用文字构造诗句,构造角色,构造故事——我们最后感觉的是创造出的东西,而不是原来的文字和色彩。
 
【在这儿,发现与发明的界限有点儿模糊了。我倾向把技术的创造叫发明,而精神的创造的是“发现”。将头脑里的形象表现出来,是发现,因为那“东西”仍然在想象中;而发明是要把东西做出来,看得见摸得着。另外,发明的东西要重复了才有意义(技术才转化为生产力),而重复的发现毫无意义。】
 
两个领地,当然不是截然分开的。每一个问题,都有那两个方面,我们不能让大脑偏安一隅,而是要左右逢源。让左脑想着发现,右脑想着构造。习惯了构造的人,要想着突破原来的形式;喜欢发现的人,要想想如何把抽象的东西构造出来。
 


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