演讲全文>>
以下内容为蔡天新演讲实录:
我今天要讲的题目叫从看见到发现。为什么是这个题目呢?无论是科学研究,还是文学艺术创作,还有我们的日常生活,都有这么一个过程,就是有些大家都能看见,有的人能够从中有所发现,从而获得一些创造性的东西,但是有的人可能看过去就看过去了,所以我想对这方面做一些比较。同时我在考虑,无论是在学习还是在工作上,我们获取智慧经常用到两种方式,一种是传统文化,就是我们中华传统文化;另外一种是从西方引入的。
但是我们往往忽视了第三种途径,我觉得第三方途径就是比较不同学科之间的差异,并从中借鉴。从这辆自行车开始讲起,这是我在剑桥访学的时候骑过的一辆车。自行车的发明是从世纪法国开始的,是人类历史上最伟大的发明之一。因为自行车发明以后,全世界的人口猛增了一下,为什么自行车的发明让世界人口增长了呢?因为在过去的年代,绝大多数人都住在农村,农村年轻人谈恋爱、找对象是个大问题,自行车发明以后,把人类恋爱的范围从公里范围一下子扩大到了、公里。如果我们去算圆面积,相当于整个面积范围扩大到10倍左右,这样的话成功率就增长了很多,结婚率和生育率也提高了,世界上的人口就增长了,所以自行车立下了很大功劳。自行车的科学原理是什么?
用专业数学来讲,我们用两条腿走路靠的是直线,发明了自行车之后,直线就由两个圆来代替,就这么简单,这个想象人类用了几千年。后来美国发明了汽车,这个相对来说比较容易,只不过把两个圆变成了四个圆,火车是从两个圆变成更多的圆,所以我觉得自行车的发明最了不起。其实更早以前,在我们中国也有人试图发明像自行车这样的东西,但是它不是自行车,是什么呢?大家都看过《水浒传》,小说描写的一个人物叫戴宗,是我小时候非常崇拜的英雄。戴宗的绰号叫什么?神行太保。我看小说比较仔细,书上写每次他接到任务,去送情报的时候怎么办?他从包里掏出一个甲马,甲马是什么样子的?
小说没有描写,但是在我小时候的想象力里,甲马应该就像接力棒一样的棍子,绑在腿上就能日行千里了。这个想象力就是把两条腿想象成两根棍子,这是模仿。但是非常遗憾,过了五百年以后,目前全世界还没有人发明这样的机械绑在腿上。到了世纪,有一个法国诗人叫阿波利奈尔,他称赞了发行自行车的前辈,他说:当人想要模仿行走的时候,他创造了和腿并不相像的轮子。
这是铜板画,是德国历史上最著名的一个画家丢勒的代表作,丢勒对数学是有所研究的,这幅作品的名字叫《忧郁》。我们可以看到,画中有一个小姑娘,眼神比较忧郁,左边放了很多几何图案,用来衬托忧郁的主题。特别值得我们关注的是右上角,有一个窗子一样的正方形,里面写着个阿拉伯数字。大家能不能看出其中的奥妙?如果说出一个整数,我就知道你看懂了。
其实是每行、每列,还有两个对角线,四个角的小方块,包括中央,四个数字加起来都是。这在数学里面叫什么?幻方,幻想的方阵。可能很多人都知道这个事情,但是在欧洲,丢勒是第一个知道的,其实我们中国的杨辉要比他早好几百年。但是丢勒的幻方在全世界更有名,为什么?因为他还是一名著名的画家,他把自己发明的幻方放在他的画里面,增加了这部画的忧郁成分、神秘成分,然后帮助这幅画成为了世界名画。
大家看到这个图片,画了一个坛子,中间也放了玻璃平板。这个画家阿尔贝蒂还多了一个心眼,把玻璃平板平行移动一下,得到另外一个相似的图案。他问这两个平行的玻璃瓶图案之间的数学关系是什么?这个问题有点难度,把当时所有的数学家都难住了,一直到年以后在法国出了个数学家叫德扎尔格,才回答了这个问题,而且建立了一门新的几何学,就叫射影几何学。我们可以看到,数学可以帮助画家画得准确,另外一方面,画家提出的问题又促进了数学的发展,所以在文艺复兴的时候,科学与艺术的关系非常密切。
这张是世纪的彩色照片,是法兰克福机场两个航站楼之间的通道。地上有很多平行线,天花板上也有,旁边也有扶手平行线,但是在照片上这些平行线还平行吗?我们可以看到,不仅不平行,而且相交于中间的一点。
这是我本人拍的照片,是在西班牙的乡村拍的,有点油画的效果。后来我仔细一看,拖拉机的上面的线跟下面的线,平行线移动出去,到达什么位置相交?是不是正好在远方的那棵树上?所以这张照片也可以证实刚才说的没影点。
还是举绘画的例子,这是世纪比利时一个著名的超现实主义画家马格利特的一个代表作,画中央出现了两个相似的三角形。右边是街道,这个街道在延伸的时候就变成了一个点了;左边是水塔,水塔的顶尖是个圆锥,我们中学里学过三视图,圆锥的主视图跟侧视图也是等腰三角形,所以构成了两个全等的三角形。本来一个在天空,一个在地下,这个画家的机智就把这两个事情想象到一起,突出的放在画面中央,这幅画的名字也非常有意思,叫《欧几里德的漫步处》,也就是说懂得几何学的人走过这个窗前,才能欣赏到美景。
最后在年的某一天晚上,他画出了人生中最重要的一幅作品,就是《亚威农的少女》,画中每一位少女的面孔跟以前的绘画不一样,好像左脸跟右脸长在不同的人脸上拼合起来的,这就是他的创新,他受到庞加莱第四维的想法得到了这么一个伟大的作品。
我们的左脑跟右脑有很多默契度,假如把艺术缩小为文学,把数学扩大为整个科学的话,我们又可以得到另外一个相似性。我曾经排列过,得到了这六个,因为时间的关系,我就讲一讲数学跟诗歌。首先,它们都是最古老的发现,数学的历史是最悠久的,比物理学、化学、生物学要早得多,将近三千年了。诗歌也是文学中最早的,长篇小说第一部是日本的女作家紫式部写的,叫《源氏物语》,在我们中国北宋的时候写的,到现在还不到一千年。但是我们的屈原有年了,《诗经》和《荷马史诗》都将近三千年了,所以诗歌是最古老的。第二,它们都比较简练,比如说李白的床前明月光,疑是地上霜,总共个字流芳千古,但是你要看《红楼梦》,同样是伟大的作品,没有几个星期是看不完的。数学也是这样,每个公式都越简练越美,为什么牛顿那么伟大?为什么伽利略是个大科学家,为什么爱因斯坦是世纪最著名的科学家?因为他们都用最简洁的数学公式来表达新的科学发现,比如万有引力、自由落体、转换公式,所以数学特别简练。不仅如此,它们也是智慧的。大家想象一下,刚才我们讲的三大科学家,他们之所以伟大,就是因为用数学公式非常智慧地把大自然联系在一起。同样,你写一篇作文,或者做个演讲,如果到最后能引用几行漂亮的诗句,肯定会让你的演讲生辉。最后,数学和诗歌都很自由。有一张纸、一支笔都可以写诗,一张纸、一支笔也可以做数学,所以我说它们是人类最自由的两种智力活动。这个自由还表现在另外一个方面,比如欧几里得几何原本,通过五个公设推出了很多很多定理,他是由假设推出来的。可能有人说诗歌就不一样了,诗歌还需要假设、推理吗?恰恰相反,凡是伟大的诗歌都是通过假设推出来的,这句话是不是有点危言耸听?李白最著名的、朗诵最多的、最有激情的一首诗是什么?《将进酒》。君不见黄河之水天上来,这是真的还是假的?假的,黄河是青海的地上冒出来的,但是没有人质问李白连常识都不懂,因为接着是奔流到海不复回。他是按照逻辑推理写下来的几十行诗,是一首伟大的诗歌。
这是在巴西的里约热内卢拍的,叫《旅行者的小憩》,这张照片拍摄的时间比较充裕。有一次法国的书店为了推销我的书,在大书店的玻璃窗橱上写了三行我诗歌的法文翻译,我给大家念一下这首诗。(翻译成中文就是我们活在这个世界上,像一束子弹,穿过暗夜的墙