数学究竟是人类的发明,还是人类的发现,这个问题困扰了数学家很久。
之前我介绍过一个纪录片,它也试图回答这个问题,但回答的不算好,模棱两可,篇幅较短,也没有表达清楚,只能说“做了回答”。
今天这部纪录片,我觉得给出了一个完美答案,它的名字是:《神奇的数字》。
一共三集,每一集都有58分钟,将近一个小时。
篇幅长,内容量大,一个主题“探索数学到底是发明还是发现”贯穿其中。
还有美女数学家主持,整体格调更明快,有趣。
下面我来大概介绍一下每集都在讲什么。
第一集,视数为神
这一集一开始在讲数学是人类的发现,许多哲学家、数学家都是这么看的。
比如毕达哥拉斯、柏拉图、斐波那契,他们都从自然中发现了数学。
不仅他们,从古至今,先贤们发现了很多数学现象,并利用这些现象来推动人类文明的发展。
而且对人的大脑进行核磁共振,会发现:人脑有一个区域似乎专门处理数学问题,跟人脑的语言区是完全不同的。
人类从出生开始,就有天生的数感,数学似乎隐藏在我们的基因里。
然而,随着数学的发展,0,无理数、虚数等数的使用,让数学看起来像是人类发明的一种语言,一种解释世界的模式。
第一集到这里就结束了,把疑问留到了第二集。
第二集,全新天地
随着时间往前,来到17世纪,数学变得越来越抽象。
笛卡尔、牛顿、法拉第、麦克斯韦……这些大神用数学解释世界,用数学推动科学发展。
数学仿佛是他们手上的工具,而工具是人类的发明。
当时人们还发现,改动欧氏几何的初始条件,能推出不同的几何学。
这难道不是人类赋予了几何世界以意义吗?
如果这不足以说服你,那么无限的概念来了。
无限特别抽象,集合论创始人康托尔在这方面探索得更远,他也因此住进了精神病院。
他的一些发现,在当时令人们匪夷所思,在现在依然令人们匪夷所思。
比如:
偶数的个数和自然数是一样多的,而且它们都是无穷多个。
有不同的无穷大,而且一些无穷大比另外一些无穷大更大,同样的有很多无穷小,一些无穷小比另外一些无穷小更小。
(关于无限,如何理解无限,有本书可以参考,感兴趣可以买来看看。
这本书是《从一到无穷大》畅销多年,数学科普的经典之作。)
这些东西已经非常抽象了,在现实中你是见不到的。
你怎么能说数学是在世界的某个地方等着你去发现呢?数学难道不是人类大脑的产物吗?
所有的疑问,在第三集来个了结吧。
第三集,离奇古怪
数学开始出现了危机。
首先是罗素悖论登场。
这个悖论告诉我们,我们定义数学的语言不完备,那就意味着根基不稳,那我们怎么能相信其他的数学内容呢?
接着是哥德尔不完备定理。
我们只说这个定理的推论,哥德尔证明了如果一个系统是自洽的,那么无法证明自己的一致性。
也就是说你无法在这个系统里证明这个系统有矛盾、有问题。
并不是所有真命题都可以通过演绎推理得出。
这意味着,已知之外有未知,我们对数学的认识不可能完备。
既然我们都不能完备,你怎么可能说数学是你的发明?你只是“发现”。
可如果就这样下定义,那就否定了人类这么多年的贡献。
数学宇宙纵然浩瀚无边,但人类使用数学、发现数学时,确实用了人类自己发明的语言符号。
人类使用这些语言符号去认识这个宇宙,相对论和量子力学就是人类目前走到的巅峰。
(这一部分还讲了相对论和量子力学,作为科普讲得很有趣。
而且把它们都讲成了普通人看得懂的样子,到时候可以认真看看。
你会了解到不确定性、量子纠缠、量子叠加等。如果还想了解更多,还可以看一本书《物理世界奇遇记》)
所以,在最后主持人说:
数学是人类的发现,它本来就在那里,但是人类通过发明一种数学语言,让数学部分的展现了它的面貌并且为己所用。
我认同她的观点,所以我觉得这部理论片给出了完美答案。
如果你不想追寻这个问题的答案也没关系,纪录片里有大量的趣味数学科普。
跟我们以前介绍的数学记录片都不同,对现代数学的部分,讲的比较多。
你会通过它了解很多现代数学的概念,包括集合论、无穷、微分、虚平面、逻辑学等等。
好了,就说到这里。 谢谢阅读,再见。