数学的奇谈碎语

鹰瞳的世界 2025-03-11 21:47:21

那天和朋友聊到悖论与“浆糊”的最大不同之处。

“浆糊”是以人的“力道”为基础,悖论的基础则是逻辑,而逻辑是人的思维(抽象思维)。例如:假设我们所处的空间和经历的时间,是无限连续的,于是有了如下的“龟兔赛跑”悖论:

在无限的连续时空中,甲乙两人看乌龟和兔子一起赛跑,甲说“兔子跑得快”,理由是:兔子始终跑在乌龟的前面;乙说“乌龟跑得快”,理由是:兔子要追上乌龟,兔子首先必须到达乌龟的出发点,而兔子始终达不到。

黑洞信息悖论▲

上面说的就是古希腊著名的“龟兔赛跑”悖论。

如果我们把“无限的连续时空”换成“无限的离散时空”,那么在一段有限的距离内,兔子肯定比乌龟跑得快,除非兔子跑到半路睡觉而不跑了,乌龟倒是可以赶上的,但前提必须是,乌龟决不能睡觉。

人们因为有了思想,才会出现悖论。因为有了悖论,人们才会不断的思想,理性地不断地去思想,设法完善。靠“力道”的人,无法服人。那个“指鹿为马”的始作俑者,秦朝大“力道”者丞相(原宦官)赵高,终于被秦三世子婴所杀,尽管秦三世子婴只做了46天的秦朝最高统治者。

“指鹿为马”的故事,发生在公元前208年左右的中国秦朝。“龟兔赛跑”的悖论,出自于古希腊亚里士多德(公元前384——322年)所著的《物理学》一书。

“龟兔赛跑”悖论▲

然而,数学是严密的。

人类的初期,规定了数字:即自然数和自然数组成的分数,这些数都是可以公度的;运算随之产生,即四则运算。并且将这些数,经过四则运算后,仍然是这些数,只是数值不同而已。虽然因为减法而产生了负数,但也是可以公度的,没有什么“浆糊”可捣。可是,“问题”还是不少。当古希腊数学家毕达哥拉斯(公元前约572—497年)证明了,以他命名的毕达哥拉斯定理后(我国称为“勾股定理”),才知道:直角三角形斜边长的值,等于相邻两条直角边的平方之和再开平方。

古希腊数学家毕达哥拉斯▲

于是,问题来了,并不是所有的数,开平方后都是可以公度的。(“公度”是一个几何学概念。对于两条线段a和b,如果存在线段d,使得a=md,b=nd【m,n为自然数】,那么称线段d为线段a和b的一个公度。

“勾股定理”中的“勾三、股四、弦五”是个特例。一个可以公度的数,经过开平方,通常多为不可公度的`。换言之,在一个两条直角边长可以公度的直角三角形中,它的一条斜边的长,可以是不可公度的。于是,出现了不可公度的数。

因为出现了不可公度的数,这个数又是在几何中出现,几何还是比较直观的,例如直角三角形中斜边的长。所以,当时的人自然要问:这条不可公度的斜边,真的存在吗?假如存在,那为什么不可公度;是用于公度的“尺”没有制造出来,还是根本就没有这种“尺”。

原本可以用自己的手指头、脚趾头来表达的数字,经过自己严密的逻辑推理和演算后,所得到的数,却变得不再可以用,自己的手指头、脚趾头来表达了,即不可公度的了。这是人们先前所没有预料到的。这到底是逻辑推理出了问题,还是自己的认识出了问题。要解决这个问题,恐怕单靠“力道”是不会有理想结果的。

靠“力道”是不会有理想结果的▲

上面说了这许多,我静静地坐在书桌边,深情地望着书桌旁的书架,书架上摆满了一摞摞的书。

这些书,仅仅是伴随着我幸存下来的那些书,有的是我年轻时读过的书;有的是我年轻时读书的参考书及参考文献;有的则是,长辈年轻时读过的书,他们认为对我有用,介绍给我读的,后来就留给了我。

我静静地坐在书桌边▲

我面对浩瀚的学问,知之甚少,学无止尽。尽管知之甚少,我还是写下了我的所知、所想。我想,下面的文章,还是继续上文胡扯几句。

人有两只脚,鸡鸭鹅亦然,猫狗牛马四只脚,蜘蛛螃蟹八只脚,都是偶数而非奇数。最近读到一篇文章,从科学的角度说明,动物运动时为了保持稳定,身体左右两边必须对称。尤其是快速奔跑时,对称才能保持平衡。因此,从大约五点五亿年前的寒武纪开始,进化已经走上了肢体成对发展的道路。俗话说,“三条腿的蛤蟆不好找”,这下有了科学依据。其实,何止蛤蟆,三条腿的任何动物都难以找到,又何止三条腿,一条腿、五条腿亦然,总而言之,在进化的代数学中,就没有奇数腿动物的位置。

为什么动物的腿都是是偶数只?▲

或因如此,神话故事里奇数腿的动物便多起来。

《封神演义》里的怪兽龙须虎,长相奇特,得天地造化,可口吐人言,头似骆驼,脖如鹅,耳像牛,爪如鹰,有两根虾鬚,一身鱼鳞,身是龙身,脚为虎脚,而且只有一只。“夔”据说也是“一足”。在《山海经》里的一足夔“状如牛,苍身而无角”的怪兽,和龙有几分相似。黄帝以其皮为鼓,“声闻五百里”。也有说夔是上古时代音乐家,既然是人,为何一足呢?其实“夔一足”是说像夔这样的人才有一个就足够了。

《山海经》——英招,它是天帝的巡抚▲

更出名的则是三足金乌。有说此鸟是西王母的宠物,听她指挥。

又被看作太阳的象征,唐朝韩愈诗曰“金乌海底初飞来”。古书上还记载“日中三足乌见者,大旱赤地。”但是,马王堆汉墓T形帛画右上角的太阳里有一只神鸟,却是两条腿。有学者认为,金乌形象经历了从二足到三足的演化,但也有人认为,马王堆这只不是金乌,而是另一种太阳神鸟。

再说三条腿的蛤蟆,传说里也是有的。“刘海戏金蟾”里的金蟾就是三条腿。不过,金蟾为何三条腿?一说此蟾本就是三条腿,另一种则说腿本四条,刘海降伏牠时,断其一足,故为三足。如从前说,那没脱离进化代数学的范畴。

三足金乌▲

走笔结尾时,刚刚发现中国邮政将在三月十四日,即国际数学日当天,首次发行《数学之美》特种邮票。

不过,事情却掀起了一个不大不小的风波。二月份,邮政部门公布了设计初稿,四枚邮票主题分别是圆周率、毕达哥拉斯定理、欧拉公式、莫比乌斯带。

其中,第二枚“毕达哥拉斯定理”引发热议。最终,根据公众反馈的意见,该邮票定稿更名为“勾股定理”,同时保留原稿里“毕达哥拉斯定理”的英文标注(Pythagorean theorem),做到了中西合璧,实现了规范学术概念与大众科普需求的双赢。

《数学之美》特种邮票第一枚▲

勾股定理与圆周率,堪称中国人耳熟能详的古代数学成就。按《周髀算经》记载,周代的商高最先发现了“勾三股四弦五”。

但客观来说,发现一个现象,与通过数学方法进行科学证明,是两个概念。正如称象的曹冲,与跳进浴缸的阿基米德,都认识到了浮力,但前者停留在了对表面现象的观察,而后者将其提炼出普遍规律,即浮力定律。一般来说,中国古代科学偏重实践工程应用,西方科学在抽象思维方面要更胜一筹。

古代《周髀算经》▲

古代巴比伦人也记载了三角形三边之间的对应数字。

而希腊的毕达哥拉斯,是有记载的第一个完成此定理数学证明的人。“毕达哥拉斯定理”因此成为国际数学界通行的名称。其实,三国时的赵爽,也用数学方法完成了证明,但比毕氏要晚几百年。

所以,对于“毕达哥拉斯定理”,大可不必“玻璃心”上纲上线到所谓“自我矮化”“崇洋媚外”。而中国邮政采用中英文结合的两便方式,展现了中国文化的主体性,与学术交流的开放性。

《数学之美》特种邮票第二枚▲

勾股定理和毕达哥拉斯定理,是跨越时空的智慧共振。真理如同阳光,既照耀长安城的日晷,也照亮雅典学院的长廊。

《论数学▪七律》——佚名

数学奥秘深如海,应用之途广且宽。

方程巧解民生事,统计详析世态安。

概率能窥机遇隐,几何可绘工程观。

思维缜密精推算,智慧之光耀万端。

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