对大多数人而言,数学是一门枯燥的学科,它意味着繁琐的数字和计算、深邃的理论与证明。那些高山仰止的数学定理就像是天才们展现智商的工具。一个个精妙绝伦的证明让试图接近它的勇士胆怯,更让追随者在前人匪夷所思的思想里折服。
在爱好者眼中,每一个数学命题的证明都千变万化,令人目不暇接,好像魔术一样神秘。因此,数学mathematic也被人戏谑地称为mathmagic。
那么,数学,真的就是那么捉摸不透,继而高不可攀吗?
数学是一门研究数量、结构、变化、空间和信息等等抽象事物的学科。总体而言,数学有三大分支,分别是代数、几何和分析。代数是用数字、符号和方程来处理信息;几何侧重于描述物体的空间形态关系,而分析则是沟通几何与代数的桥梁。
为了构建对客观以及抽象世界的完整认识,研究数学需要很多艰深晦涩的符号和规则。在花费了大量的时间和精力后,人们往往会失望地发现,这些似乎只是精巧的空中楼阁,在生活中并无裨益。日常的购物、交流乃至工作中,并不需要用到复杂的数学知识。
然而,在漫长的求学生涯里,数学又是无法规避的困难。因此,对数学的焦虑和恐惧,在人们心中留下深深的印迹。有人说,非理科生的数学学到初二就够了,这和通过读推理小说锻炼逻辑能力一样无稽。
尽管数学看起来如此复杂,人们在抗拒中接受的基础数学训练难有成效。但大多数人却没有意识到:每个人天生都具备超强的数学本领,这种本领已经内化为一种与生俱来的本能。
为了生存,人类必须具备这种有关数学的能力。在远古时代,生存和安全是第一需求。那个时候的智人主要以采集为生。为了寻找可能的食物,人们需要根据环境做出判断。为了应对潜在的危险,诸如,敌对部落的攻击、大型捕食者的偷袭,人们还必须懂得如何在最短的时间内找到最优的逃生路径。这一切,几乎是瞬间在大脑里完成的。它仰仗着大脑的数学计算。
令人吃惊的是,直到今天,我们有了最先进的计算机和理论知识。但在最优路径的规划问题上,仍然无法达到完满的结果。大脑在应对突发状况展现出的数学能力往往超乎人们的想象。
在快如闪电的乒乓球对抗赛中,运动员的大脑几乎在瞬间就指挥身体完成击球动作。而这样一个看起来极为自然的动作,在数学上却是非常复杂的问题。从抽象的角度来说,我们需要知道来球的速度、方向和旋转,然后计算出相应的回球力量、方向和旋转,并且指挥手臂的挥舞动作、肌肉的迸发力量准确无误地回击。如果使用计算机检测到所有具体数值,并给出建议时,比赛早已经结束了。同样的情况在网球、垒球等竞技体育里也展现得淋漓尽致。
生活中这样的例子比比皆是。受过训练的驾驶员可以轻易处理繁忙的交通状况,这一切都是在大脑中进行的,极其轻松却又至为复杂的数学运算的结果。自动驾驶,作为当今世界人工智能研究的重点方向,即使拥有了最强大的电脑计算能力,也仍然仅仅处于发展的基础阶段,暂时无法应对现实的复杂性。
按照美国汽车工程师协会的分级,自动驾驶的成熟需要经历五个阶段,而目前在自动驾驶领域独领风骚的Google公司也只能达到第三阶段,即有条件的人为辅助驾驶。从这个角度来说,人类大脑的数学运算能力远远超乎人们的想象。
既然大脑是如此强大的数学机器,人们为什么还需要学习数学呢?1张百元大钞和2张百元大钞很容易就能一眼分辨出来,但是100张百元大钞和101张各自叠在一起,人们往往就无法轻易区分。这也是大脑的局限。
数学的作用之一就是让我们从经验和感觉的谬误和无能中解脱出来,以超越自身感觉的层次来精确地理解这个世界。数学家所建立的一系列符号公式,更是为了用简洁的语言来描述外在事物的特征,有利于跨文化和种族的交流与探索。
伽利略曾经盛赞数学是上帝书写宇宙的语言,在精密的逻辑结构下,数学呈现出一幅幅具体又抽象的美丽画卷。数学的语言,就一次次伴随着人们理解世界的深度和广度而拓展。每一个数学定理的诞生,都让我们对世界有了更多的认知。
数学是我们本能的延伸,是描述世界最精确、合理和简洁的语言。表面上看起来让人生畏,但在大脑深处,每个人都是天生的数学家。