随笔 - 数学与算数
那是在我大一的时候,我高考考完,刚进数学系,什么也不明白,从来没有接触过太多数学,唯独对自己特别自信,于是报了一门课叫“几何与对称”。这门课内容也挺抽象的,是给零基础学生讲解各种近代数学大杂烩,包括但不限于群论、拓扑、复分析等等。老师是ABC,用中文讲课也费劲,基本上等于我去美国当助教的口语水平。但我还是狠心把这门课听了几周,结果发现……啥也学不会。我根本不懂什么叫群。对,乘法是有这个性质,但这和群有什么关系呢?群同态又是什么?开集有这个性质那个性质,但开集的具体例子是什么?拓扑又是什么?于是我就一头雾水地听了两周。
我感觉这样下去不行,于是就跑到图书馆,好好看了看这几次课记下来的笔记。(没错,我那时候甚至还记笔记!)我对着笔记看了几遍,又把习题看了几遍。
那一天是下午,我坐在图书馆靠窗的座位上,面前就是窗户。我仔细地把笔记一字排开,排满了整张桌子。阳光明媚而不刺眼,我抬头望向蓝天,突然就明白了这么多定义究竟是在讲什么。我永远也不会忘记这一刻。
那一刻的感觉和五年前的另一次感觉无比类似。那是我第一次拿到八年级数学书。当时我还很年轻,脑子是全新的,很好使,发教材的那一天我会把所有教材全部看一遍。于是我把数学教材看了一遍,但可能是唯一一次我被教材给难住的情况出现了:我完全看不懂什么叫函数。于是我就把书合上,不再去想这个问题。等到对应的单元开始上课的时候,我翻开书本,一下子就完全明白了:函数就是值和值之间的对应,就是无论给一个什么值,都可以通过查表找到另一个值。
这两次经历的背后可以说是数学史上的飞跃吧。在这之前,人们做数学的方式属于是看到什么做什么,就事论事。解二次方程就属于典型的就事论事,虽然很难想到,但配方是已知的技巧,开根号也是已知的技巧,两者结合起来就得到了解二次方程的办法。直到今天,把已知的技巧排列组合起来也是很常用的办法,很多数学家也正在做这样的事情。
但函数和群论或者拓扑属于是另一种形式的数学。人们发现,把某个东西推广到最广的意义上,和现实生活中的东西可能很相似,这也许能更好地帮助解决问题。比如说群,任何只包含最低限度的乘法的集合都可以叫做群,不同的乘法可以给出不同的群。这种抽象到脱离现实的东西却能解决许多问题。
只不过,所有这种东西的提出都是为了一个目标:把一个人们不熟悉的事物和一个人们熟悉的事物联系起来。所以我一直持有“数学是类比科学”的观点,所有问题的解决不是来自于一个人的灵光乍现,而是对无数前人工作的一次次改进、迁移。在 Galois 那个年代,没有人关心什么置换群,Galois 只是发现了“这个根和那个根不一样”,后来人对此加以完善罢了。概形的来源可以看我翻译的 Hartshorne 上的原文。
说回正题。这件事告诉我们什么呢?首先是不要当名词党。如果你只关心曲线这种简单的东西,那就不要去讨论概形了,这是类比的基础,学习更高级的内容没有特别的好处。但要学习更复杂的概形的话,就应该学学曲线这种已有的知识,这上面的性质是很多附加内容的基础。另外的一点,不用抗拒复杂的抽象定义,也许在算数里面永远解决不了的问题,用上了抽象观点之后三五下就解决了。还有就是对于什么也不明白的学生来说,不要着急,找个安静的下午,对着窗户想一想,这几节课到底讲了什么,也许你也会茅塞顿开。