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在确定数学这门与现实世界脱节的学科应该被赋予的地位时,我们需要考虑一个非常重要的因素。在脱离现实的那个绚丽的世界中,数学家可以编织神奇的魔术,以数学为基础创造出所有事物,但这并不是科学研究应用数学工具的真正目的。我们在第2章提过的数学家理查德·哈明说:
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使用数学工具时,我们都会有所选择。数学工具不是通用的。在发现标量不适合表示作用力之后,我们就发明了矢量这个新的数学工具。接着,又发明了张量……我们根据具体情况选择不同的数学工具,因为同一个数学工具不可能适用于所有情况。
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科学已经取得了辉煌的成就,而且未来的前景更加光明。数学也已被证明是一个功能强大的工具,可以帮助我们建立宇宙模型,还将继续扮演强大工具的角色。在运用得当的情况下,数学仍然是帮助我们理解物理学基本原理、探索宇宙奥秘的最有效方法,但这并不意味着我们可以滥用这个工具。科学界还需要注意另外一个同样重要的问题:不可将模型与现实混为一谈,而要时刻牢记数学世界别有洞天,有时候它像一面镜子,能把现实世界的情况准确地反映出来,但这并不意味着它就是现实。像爱丽丝那样透过镜子就可以造访的数学镜像世界是不存在的。
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某些数字和数学过程毫无疑问是真实的,至少与现实世界的真实物体和行为存在一一对应关系。自然数,即非负整数,肯定源自物理对象,并且与真实物体一样遵循相同的算术法则。人类花费了很长一段时间,才为负整数奠定了同样的理论基础,我们可以在计算电荷的过程中看到它们的身影。随着数学的进一步发展,数学与现实之间的差别越来越明显。例如,虽然分数和几何在现实世界中可以找到与之匹配的对象,但是它们高度精确,这与现实世界的混乱状况迥然不同。我们栖身的这个世界就像柏拉图的山洞一样,不可能找到线条宽度为0的几何图形,而且,由于现实世界是由原子构成的,我们也无法完全等分蛋糕。
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诚然,有时候我们可以把某些东西分成精准的几等分,例如钱,25美分就正好是1美元的1/4。但是,这是因为钱从本质上看是量化的,有现成的分割方法,因此我们可以使用分数。然而,这种办法需要付出数学成本。我们可以精准地得到1美元的1/4,但是我们没有办法精确地得到1美元的1/3。尽管其数学表达非常简单,但是现实中根本不存在这个概念。
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本书从数学专业人士的角度告诉大家,分数和几何学与美轮美奂、光怪陆离的数学世界相比,不过是冰山一角。数学世界无比广袤,即使数学家穷尽毕生精力,也很可能不会有任何真正的发现。但是,有的数学结构与数学机制的确与现实有相似之处。这些数字和程序也许并非真实存在,但是它们仍然可以帮助我们找到问题的答案。
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尽管数学可以脱离现实,但是我们必须让实用数学建立在物质世界的基础之上,使科学可以被所有人接受。那么,数字到底是不是真实存在的?我认为,数字从最基本的意义上看确实是真实存在的,但是大多数的数学内容则与之相反。数学就是一个梦幻世界,有时与我们身边的这个世界非常相似,是这个世界的完美反映,可以作为我们理解现实世界的工具。但是,所有的数学工具都必须恰当运用。只要我们(以及科研人员)牢记这一点,就不会犯下大错。
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数学世界的探奇之旅 致谢
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感谢圣马丁出版社每个为本书的出版做出努力的人,这其中包括迈克尔·霍姆勒、劳伦·雅布隆斯基。同时也感谢每个帮助我思考数学与科学之间关系的人,包括牛津大学知名教授阿德里安·穆尔。他之所以研究哲学,我之所以对数学和无穷大产生兴趣,都是因为受到了同一个人的启发——曼彻斯特文理学校的尼尔·谢尔登。
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数学世界的探奇之旅 注释
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第1章 虚拟的“居民”?[1]
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数学世界的探奇之旅 第2章 史前人类的计数系统
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数学世界的探奇之旅 第3章 毕达哥拉斯:万物皆是数字
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