數(shù)學(xué)已經(jīng)滲入每一個需要費盡心思去理解的科學(xué)領(lǐng)域，并且在生物學(xué)、物理、化學(xué)、經(jīng)濟、社會學(xué)和工程等方面取得無法替代的角色。我們可以用數(shù)學(xué)說明夕陽色彩分布的情況，也可以用來說明人類的大腦結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)幫助我們打造超音速飛機和云霄飛車，模擬地球天然資源流轉(zhuǎn)的方式，進入次原子粒子的量子世界探索，甚至讓我們得以想象遙遠的銀河系。 數(shù)學(xué)的實用性讓我們可以建造宇宙飛船，探索所處宇宙的幾何結(jié)構(gòu)。數(shù)字也可能是我們與有智能的外星生物間所采用的第一種溝通手段。有些物理學(xué)家認(rèn)為掌握更高空間維度和拓?fù)鋵W(xué)（topology，探索形狀與彼此間相互關(guān)系的一門學(xué)問），或許有一天當(dāng)現(xiàn)在這個宇宙處于在極熱或極冷的末日之際，我們就能逃出，在不同的時空環(huán)境下安身立命。 數(shù)學(xué)史上不乏許多人同步有重大發(fā)現(xiàn)的例子，比如德國數(shù)學(xué)家莫比烏斯（August Mobius） 和當(dāng)時另一位德國數(shù)學(xué)家利斯廷（Johann Benedict Listing） 同時在1858年各自發(fā)現(xiàn)莫比烏斯帶（一個只有單面，神奇的扭曲物體） 。這種同步發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象就跟英國博學(xué)多聞的牛頓（Isaac Newton） 與德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲（Gottfried Wilhelm Leibniz） 各自同時發(fā)現(xiàn)微積分的例子相似 。這些例子讓我不禁懷疑科學(xué)領(lǐng)域為何經(jīng)常有不同人，在相同時間，獨立發(fā)現(xiàn)同一件事情的情況？其他例子還包括英國博物學(xué)家達爾文（Charles Darwin） 和華萊士（Alfred Wallace） 都在相同時間各自提出演化論的觀點，匈牙利數(shù)學(xué)家鮑耶（János Bolyai） 和俄羅斯數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基（Nikolai Lobachevsky）
似乎也是在同一時間各自提出雙曲幾何的想法。 最有可能解釋同步重大發(fā)現(xiàn)的理由，是因為人類在那些時間點對于即將誕生的發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)累積足夠的知識，這些想法自然也就瓜熟蒂落地被提出來；可能兩位科學(xué)家都受到當(dāng)代其他研究人員同一篇先導(dǎo)研究論文的影響。另一種帶有神秘色彩的解釋，會從較深層的觀點說明這種巧合。奧地利生物學(xué)家卡梅納（Paul Kammerer）
曾表示：“或許我們可以說，盡管打散、重組的過程在現(xiàn)實世界繁華的表面下與宇宙無垠的千變?nèi)f化中不斷重復(fù)發(fā)生，但是物以類聚的現(xiàn)象也會同時在這些過程中產(chǎn)生”；卡梅納把現(xiàn)實世界的重大事件比喻成海洋波濤的頂端，彼此間看起來各自孤立，毫無瓜葛，不過根據(jù)他充滿爭議性的理論，我們其實只看到上層的波浪，卻沒注意到海面下可能存在某種同步機制，詭譎地把世上各種重大事件串在一起，才顯現(xiàn)出這種一波又一波的風(fēng)潮。 易法拉（Georges Ifrah）在《數(shù)目溯源》（The Universal History of Numbers）一書中談?wù)摤斞艛?shù)學(xué)時，順便論及了這種同步情況： 古代的希臘人受到數(shù)字深深的吸引。在這個不停變動的世界，會不會只有數(shù)字才是唯一恒常不變的？對于源自一門古希臘學(xué)派、畢達哥拉斯理念的追隨者而言，數(shù)字是具體不變和緩永恒的—比所有朋友更值得信賴，卻不像阿波羅或宙斯般讓人無法親近。 整數(shù)是玄妙的 ，聰穎的數(shù)學(xué)家艾狄胥（Paul Erdos）
醉心于數(shù)論—有關(guān)于整數(shù)課題的研究，他經(jīng)常能輕易使用整數(shù)提出問題，盡管問題的陳述很簡單，但是每一題卻都是出了名的難解。艾狄胥認(rèn)為如果有任何數(shù)學(xué)問題提出后經(jīng)過一個世紀(jì)依然無解的話，那一定是個與數(shù)論有關(guān)的問題。 有很多宇宙萬物可以用整數(shù)來表達，譬如用整數(shù)描述菊花花瓣構(gòu)成的方式、兔子的繁衍、行星的軌道、音樂的和弦以及周期表元素間的關(guān)系。德國代數(shù)學(xué)家暨數(shù)論大師克羅內(nèi)克（Leopold Kronecker）
曾經(jīng)說過：“只有整數(shù)來自于上帝，其他都是人造的?！边@句話也暗示整數(shù)是一切數(shù)學(xué)的最主要根源。 自從畢達哥拉斯的年代以來，按照整數(shù)比例演奏出的音樂，就相當(dāng)受歡迎，更重要的是，在人類理解科學(xué)的演進過程中，整數(shù)也扮演著相 關(guān)關(guān)鍵的角色，像是法國化學(xué)家拉瓦錫（Antoine Lavoisier）
就是依照整數(shù)比調(diào)配組成化合物的元素，顯示出原子存在的強烈證據(jù)。1925年，激態(tài)原子放射出一定整數(shù)比的光譜波長，也是當(dāng)時發(fā)現(xiàn)原子結(jié)構(gòu)的一項證據(jù)。幾乎按照整數(shù)比呈現(xiàn)的原子量，顯示原子核是由整數(shù)個數(shù)的相似核子（質(zhì)子跟中子）所組成，與整數(shù)比的誤差則促成同位素（基本元素的變形體，擁有幾乎一樣的化學(xué)特性，只在中子數(shù)的個數(shù)上有所差異）的發(fā)現(xiàn)。 純同位素（pure isotope）原子量無法完全以整數(shù)比呈現(xiàn)的微小差異，確認(rèn)了愛因斯坦（Albert Einstein）
著名方程式 E=mc2是成立的，也顯示出生產(chǎn)原子彈的可能。在原子物理領(lǐng)域隨處可見整數(shù)的存在。整數(shù)關(guān)系是組成數(shù)學(xué)最基本的一股勢力—或者引用高斯（Carl Friedrich Gauss）
的說法：“數(shù)學(xué)是所有科學(xué)的女王—而數(shù)論則是數(shù)學(xué)中的天后?！?/span> 用數(shù)學(xué)描述宇宙這門學(xué)科成長迅速，但是，我們的思考方式和語言表達能力卻有待好好加強。我們一直發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造出新的數(shù)學(xué)，但是，我們還需要用更先進的思維才能加以理解。譬如最近這幾年已經(jīng)有人針對數(shù)學(xué)史上幾個最著名問題提出證明，可是，他們的論證方式非常冗長又復(fù)雜，就連專家們也都沒辦法確定這些論證是否正確。數(shù)學(xué)家哈里斯（Thomas Hales）將一篇幾何學(xué)論文投稿到世界頂級數(shù)學(xué)雜志《數(shù)學(xué)年刊》（Annals of Mathematics）后 ，整整花了五年的時間等待專家審查意見—專家們最后的結(jié)論是找不到這篇論文哪里有錯，建議該期刊加以發(fā)表，可是必須加上免責(zé)聲明—他們無法肯定這個證明是對的！另一個例子來自數(shù)學(xué)家德福林（Keith Devlin），他在 《紐約時報》（New York Times）刊出的文章中承認(rèn)：“數(shù)學(xué)已經(jīng)進展到一個相當(dāng)抽象的程度，甚至就連專家有時都無法理解最新的研究課題到底在講什么。”如果就連專家都有這樣的困擾，想要把這些信息傳遞給普羅大眾當(dāng)然更是困難重重，我們只好竭盡所能，盡力而為。雖然數(shù)學(xué)家們在建構(gòu)理論、執(zhí)行運算這些方面很在行，不過他們在融會貫通、解說傳達先進觀念的能力恐怕還是有所不足。 在此引用物理作為模擬。當(dāng)海森堡（Werner Heisenberg）擔(dān)心一般人可能永遠也無法真正理解原子是怎么一回事時，波耳（Niels Bohr）顯得相對樂觀。1920年，波耳在一封回給海森堡的信中提到：“我認(rèn)為這是有可能的，但是要配合我們重新認(rèn)識‘理解’這個詞匯真正含義的過程?！蔽覀儸F(xiàn)在使用計算機進行研究的真正原因，是因為我們直觀能力有限，透過計算機實驗實際上已經(jīng)讓數(shù)學(xué)家們?nèi)〉酶M一步的發(fā)現(xiàn)與洞見，這是在計算機普及以前做夢也想不到的結(jié)果。計算機及其繪圖功能，讓數(shù)學(xué)家們早在有辦法正式完成證明之前，就先看到結(jié)果，也開啟了一項全新的數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域，就連電子表格這種簡單的計算機工具，也能讓現(xiàn)代數(shù)學(xué)家擁有高斯、歐拉（Leonhard Euler）、牛頓等人渴望的數(shù)學(xué)功力。隨便舉個例子，20世紀(jì)90年代末由貝利（David Bailey）
和佛格森（Helaman Ferguson）兩人設(shè)計的計算機程序用一條新公式把圓周率π、log5和其他兩個常數(shù)串在一塊，如同克拉瑞克（Erica Klarreich）在《科學(xué)新知》（Science News）上的報導(dǎo)，只要計算機能把公式先找出來，事后完成證明的工作就簡單多了，畢竟在完成數(shù)學(xué)證明的過程中，簡單地知道答案這項工作，通常也是最難以跨越的障礙。 我們有時候會用數(shù)學(xué)理論預(yù)測某些要經(jīng)過好幾年后才能確認(rèn)的現(xiàn)象，譬如以物理學(xué)家馬克斯韋爾（James Clerk Maxwell）命名的馬克斯韋爾方程式（Maxwell equation）預(yù)測了無線電波的存在；愛因斯坦場論方程式（felds equation）指出重力可以折彎光線及宇宙擴張論。物理學(xué)家狄拉克（Paul Dirac）曾說過，今天研究的數(shù)學(xué)課題可以讓我們偷偷瞄見未來的物理理論，事實上，狄拉克的方程式預(yù)測了之后才陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)（antimatter）的存在。數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基也說過類似的話：“就算再抽象的數(shù)學(xué)分支 ，也總有一天會運用在詮釋現(xiàn)實世界的物理現(xiàn)象上。” 歷史上也有許多被認(rèn)為掌握宇宙之鑰、相當(dāng)有趣的幾何學(xué)家。伽利略（Galileo Galilei）
曾說過：“大自然的鬼斧神工不外乎是數(shù)學(xué)符號寫成的篇章。”克卜勒（Johannes Kepler）
曾使用正十二面體之類的柏拉圖正多面體，建構(gòu)太陽系的模型。20世紀(jì)60 年代的物理學(xué)家維格納（Eugene Wigner）
對于“數(shù)學(xué)在自然科學(xué)中具有超乎常理的效用”感到印象深刻；像是E8 這種大李群（large Lie Group）：探索特殊E8 李群的旅程（2007年）—則可能在某一天協(xié)助我們創(chuàng)造一統(tǒng)物理學(xué)的終極理論。2007年，瑞典裔的美國宇宙學(xué)家泰格馬克（Max Tegmark）
發(fā)表一篇大受歡迎、談?wù)摂?shù)理宇宙假說的科學(xué)文章，指出我們看到的物理實體其實都是數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)；也就是說，我們不只可以用數(shù)學(xué)描述所處的宇宙，甚至可以說—宇宙本身就是數(shù)學(xué)。 |
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