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大美数学 精选

已有 6388 次阅读 2014-9-1 08:47 |个人分类:数学|系统分类:观点评述


    【下面是前些日子说数学性感时,应科学报之约编的一篇短文,内容都重复过多次了,本不好意思再重复,但既然发表了,还是留一个案底在这儿。】

 

哈代说数学家的模式像画家或诗人的模式,数学的思想犹如色彩和文字,必须以和谐的方式来组织;美是数学的第一标准。大寿星数学家盖尔芬德(Israel M. Gelfand, 1913-2009)说数学像音乐和诗歌,是美丽、简单、精确外加疯狂。数学形式的“外美”是显而易见的,而它更重要的是“内美”。内美蕴涵着数学的实在和统一。如费曼欣赏的“美呆了的”欧拉公式(e + 1 = 0),把5个最基本的数字联系起来了——不同起源、不同时代的数字(还有个“虚的”)竟然呈现那样的关系,犹如几块分离的化石证明一个生物时代的存在,证明了数学的实在。原来,那个“虚我”一点儿也不虚,它让数字完备了,也让数学圆满了。它还使时间成为另一维空间,使Lorentz变换成为Minkowski空间的旋转,它从经典的力学法则演化为量子的纠结……

数学更大的内美(“大美”,或康德所谓“壮美”),我想是它的“无用之用”,不是通常的“应用数学”的实用,而是它“在自然科学中的莫名其妙的效用”——物理学家维格纳(EugeneWigner1960年发表过一篇同题的文章(Communications in Pure and Applied Mathematics 13 (1), 1960)——似乎每个数学公式都荡漾着自然的旋律,显现了希尔伯特所说的“前定和谐”。例如,从数学概念生成的联络和纤维丛,竟然是物理学的规范场;以实验为基础的麦克斯韦方程组可以等价于一个简单的几何命题;一个自然而然的曲率的恒等式,却藏着引力的作用和宇宙演化的法则……正如维格纳说的,“人的头脑能将千姿百态的事物串联起来而不矛盾,是自然律的奇迹,也是能猜想出那些定律的人类思想力的奇迹。”难怪爱因斯坦要说,假如星光偏折的观测结果与他的计算不符,他会为上帝感到遗憾。

我们也可以说那不是奇迹,而只是自然实在与数学实在的“平行”。我们相信自然律的存在,那么也不妨相信数学的实在。数学不仅是自然的语言,自然本身就是数学结构,那就是一种独立的实在。所以,理论不是歌德说的“灰色的”,它也有常青的生命。证明“魔幻月光”(monstrous moonshine)猜想的博切尔兹(Richard E. Borcherds)就说“魔群”是独立的存在,连半人马座的“毛茸茸的棕色小生命”也会发现它。他还认为,好的科学知识就应该具有宇宙的普适性,外星文明也会有与广义相对论和群论等价的东西。不论宇宙的什么地方,甚至不论什么宇宙——假如宇宙真是多重的——它都在那儿,那大概就是数学吧。

社会学家也感到了数学的实在:“有谁知道,在微积分和路易十四时期的政治的朝代原则之间,在古代城邦和欧几里得几何之间,在西方油画的空间透视和以铁路、电话、远程武器进行的空间征服之间,在对位音乐和信用经济之间,存在着深刻的一致性呢?”(斯宾格勒《西方的没落·导言》)

当我们胸怀数学“内美”去感觉缤纷世界,就会感觉到“看不见的”前定和谐。当我们看到天上的彩虹,会发现写在空中的不是令人心旌摇荡的诗句,而是大自然的“最节省”法则(最小作用量原理):自然不走中庸之道,它的和谐是在追求“极端”中实现的。它永远选择“最”,最简、最美,当然也最好。当数学的追求成为思维方式和生活态度,我们会更自然地追求卓越,追求纯净,追求美好。





 




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