數學之書

數學之書 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

原文作者: Clifford A. Pickover
圖書標籤:
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具體描述

  史上最強、科普界全能鬼纔皮寇弗力作
  趣味故事+詳解數理公式+實際應用法則
  從閱讀中體會數學妙用無窮

  一本圖文並茂的數學百科∕一本博古通今的數學曆史
  一本趣味橫生的數學故事∕一本條理分明的數學資料庫
  關於數學世界裏最重要、最有趣的故事盡在其中

本書特色

  1.豐富條目:250項數學史上重大裏程碑一次收錄。
  2.編年百科:條目依年代排序,清楚掌握數學發展演變。相關條目隨頁交叉索引,知識脈絡立體化。
  3.濃縮文字:每篇700字左右,快速閱讀、吸收重要數學觀念和大師理論。
  4.精美插圖:每項條目均搭配精華全彩圖片,幫助記憶,刺激想像力。
  5.理想收藏:全彩印刷、圖片精美、收藏度高,是科普愛好者必備最理想的數學百科。

  數學如何解釋夕陽餘暉的色澤?各文明的算術係統有何分彆?魔術方塊是如何誕生的?數學曆史上各項重大的數學原理如何幫助我們探索世界?

  知名的計算公式及數學觀念總是伴隨許多數學傢一生中各種奇妙的故事,特彆是在現實世界裏實際運用這些數學定理時。跟著皮寇弗的這趟旅程,我們將一同穿梭數學史上二百五十個重大成就,像是螞蟻身上的計數「裏程錶」、人類史上的第一把算盤、發現電腦創造的碎形以及探索新空間維度的過程。這趟旅程將拜訪古代名聞遐邇的思想大師如畢達哥拉斯跟歐幾裏德,也將見識到賈德納能及宇宙論大師馬泰格馬剋這些近代的數學巨擘。

  依照時間先後順序排列,每個條目都簡短到能在幾分鍾內消化吸收,一旁更附上令人炫目的全彩圖案。

  本書作者皮寇弗錶示:「對我而言,不論是心智的特質、思想的極限,或者是人類相對於浩瀚宇宙當中的所處環境,都可以用數學來發掘當中永無止盡的驚奇奧祕。」

作者簡介

柯利弗德.皮寇弗(Clifford A. Pickover)

  他是一位多産作傢,涉獵主題從科學、數學一路涵蓋到宗教、藝術及曆史,纍計發行已超過四十本書,並被翻譯成數十種語言。皮寇弗在耶魯大學取得分子生物理化博士學位,在美國擁有四十多項專利,並擔任數本科學期刊的編輯委員。他的研究內容獲得CNN、《連綫》(WIRED)、《紐約時報》(New York Times)等諸多媒體重視。著有《數字的異想世界:125個有趣的數學遊戲》、《光錐.蛀孔.宇宙弦》等書。個人網頁(www.pickover.com)的造訪人次更是數以百萬計。

譯者簡介

陳以禮

  交大應數係、貿協國企班、裏昂二大經濟史碩士班畢業,曾任電子時報研究中心、中經院國際經濟所及燃料電池推動辦公室研究員,現為德拉邦(Deux Lapins)文化工作室成員,並擔任颱灣安保協會特約譯者暨厚澤美術研究會季刊專欄作傢,譯有《聽彼得杜拉剋的課》、《我們為什麼老是犯錯》(時報齣版)。

好的,以下是關於一本名為《探尋星空奧秘:宇宙學前沿》的圖書簡介,旨在詳細介紹其內容,且完全不提及您提到的《數學之書》或任何人工智能相關信息。 --- 探尋星空奧秘:宇宙學前沿 一部深刻洞察宇宙起源、結構與終極命運的百科全書式著作 導言:仰望與追問 自人類誕生之初,夜空中那片浩瀚的星海便激發瞭我們最深沉的好奇心與最執著的哲學思辨。我們是誰?我們從何處來?宇宙將往何處去?這些宏大敘事,構成瞭人類文明數韆年不輟的探索主題。《探尋星空奧秘:宇宙學前沿》並非一本簡單的科普讀物,它是一次嚴謹而富有激情的旅程,帶領讀者深入現代宇宙學最前沿的研究領域,解析那些決定宇宙命運的復雜物理定律和觀測證據。 本書的核心宗旨是架設起理論物理的精妙構思與天文觀測的實際數據之間的橋梁。我們不迴避那些晦澀難懂的數學框架,而是力求用清晰、富有邏輯的敘述,揭示這些框架如何精確地描述瞭我們所處的現實。 第一部分:宇宙的黎明——從大爆炸到結構形成 本部分聚焦於宇宙誕生之初的瞬間及其早期演化,這是理解當前宇宙狀態的基石。 第一章:時空的誕生與奇點難題 我們將從愛因斯坦的廣義相對論齣發,探討時空彎麯的本質。隨後,我們將詳細剖析“大爆炸”模型的建立過程,追溯宇宙從一個極高密度、極高溫度的初始狀態膨脹至今的曆程。重點討論瞭奇點問題,並引入瞭量子引力理論(如弦論和圈量子引力)對大爆炸奇點的可能修正,這些修正暗示瞭“大爆炸”可能並非一切的開端,而是一個更宏大事件的過渡階段。 第二章:暴脹理論:微小漣漪的宏偉後果 標準的宇宙學模型在解釋早期宇宙的平坦性(Flatness Problem)和視界問題(Horizon Problem)時遭遇瓶頸。本章將全麵介紹暴脹理論(Inflation Theory)。我們深入解析瞭暴脹場(Inflaton Field)的動態機製,闡述瞭暴脹如何在一瞬間將微觀尺度的量子漲落放大為我們今天觀測到的宇宙尺度上的結構種子。我們將詳細審視其關鍵預測——原初引力波(Primordial Gravitational Waves)及其在宇宙微波背景輻射(CMB)偏振信號中的印記。 第三章:宇宙微波背景輻射:創世的迴聲 CMB是宇宙誕生後約三十八萬年,光子得以自由傳播的“最後散射麵”的遺跡。本章將係統梳理從COBE到Planck衛星的觀測數據,解讀CMB的溫度各嚮異性圖譜。特彆關注那些微小的溫度波動,它們不僅證實瞭大爆炸模型的正確性,更蘊含著關於宇宙幾何、物質密度和暗能量比例的精確信息。我們將探討重子聲學振蕩(BAO)在CMB中的體現及其對宇宙尺度的標定作用。 第四章:從微觀漲落到星係群:結構的層次性增長 宇宙的演化是一個由小到大的自組織過程。本章聚焦於暗物質在結構形成中的核心作用。我們將探討冷暗物質(Cold Dark Matter, $Lambda$CDM)模型如何成功地解釋瞭星係、星係團乃至超星係團的形成與分布。通過對星係形成模擬(如Millennium Simulation)的分析,我們揭示瞭暗物質暈(Halos)如何充當引力支架,吸引普通物質(重子)塌縮形成恒星和星係,從而構建瞭我們今天所見的宇宙網(Cosmic Web)。 第二部分:未知的領域——暗物質與暗能量的謎團 現代宇宙學最大的挑戰在於,我們所能直接觀測到的普通物質僅占宇宙總質能的不到5%。本書的第二部分將專注於解釋這“看不見的95%”。 第五章:暗物質的搜尋與分類 暗物質的引力證據早已確鑿無疑,但其物理本質至今仍是未解之謎。本章梳理瞭對弱相互作用重粒子(WIMPs)、軸子(Axions)等主流候選粒子的理論預測與實驗探測進展。我們將詳細介紹地下直接探測實驗(如XENON、LUX/LZ)的原理與局限,以及間接探測(如伽馬射綫望遠鏡)和加速器對新粒子的搜尋工作。 第六章:宇宙加速膨脹與暗能量的迴歸 1998年,對遙遠超新星(Type Ia Supernovae)的觀測揭示瞭一個驚人的事實:宇宙的膨脹正在加速。本章深入剖析暗能量(Dark Energy)的概念,探討其作為一種具有負壓力的能量形式如何主導瞭宇宙的後期演化。我們將對比解釋暗能量的兩種主要模型:宇宙學常數(Lambda)與動態的精質場(Quintessence)。本書也對“精質場”模型中可能存在的時空演化效應進行瞭深入的理論討論。 第七章:宇宙學常數問題與真空能的睏境 暗能量的觀測值與粒子物理學對真空零點能的理論計算之間,存在著驚人的120個數量級的差異,這是理論物理學中最嚴重的矛盾之一。本章將詳細探討這一“宇宙學常數問題”,並評述當前試圖解決這一矛盾的理論途徑,包括人擇原理的討論以及對量子場論框架的審視。 第三部分:宇宙的結構與命運 本部分將視角轉嚮宇宙的宏觀幾何、奇特天體物理現象以及對宇宙終極命運的預測。 第八章:時空幾何與拓撲結構 基於FLRW度規,我們探討瞭宇宙的幾何形態——平坦、開放或閉閤。本書將結閤最新的觀測數據,論證宇宙在極大尺度上展現齣驚人的平坦性。此外,我們還將探索宇宙拓撲的可能性,即宇宙是否在極大尺度上是有限但無界的(例如,一個三維環麵結構),以及如何通過尋找重復的宇宙“圖像”來驗證這一猜想。 第九章:引力波天文學的興起與新窗口 引力波的直接探測(LIGO/Virgo)開啓瞭觀測宇宙的全新窗口。本章詳細介紹瞭引力波的産生機製,從黑洞和中子星的並閤事件,到可能存在的原初引力波背景。我們討論瞭引力波事件如何作為“標準警笛”(Standard Sirens)來獨立測量宇宙膨脹率(哈勃常數),以及這如何為解決當前的哈勃張力問題提供瞭新的途徑。 第十章:黑洞、奇點與信息悖論 黑洞作為廣義相對論的終極預測,是時空極端扭麯的實驗室。本章深入研究瞭黑洞的事件視界、奇點結構,以及霍金輻射對黑洞蒸發過程的描述。重點討論瞭著名的黑洞信息悖論——量子信息在黑洞吞噬物質後是否真的永久丟失,並介紹瞭防火牆理論、火牆(Firewall)假說等前沿思想的爭論。 第十一章:宇宙的終極命運:熱寂、撕裂還是反彈? 宇宙的最終結局取決於暗能量的性質。本章根據不同的暗能量模型,描繪瞭宇宙可能的未來圖景:如果暗能量是宇宙學常數,宇宙將以加速膨脹走嚮“熱寂”(Heat Death);如果暗能量的強度隨時間增加(幻影能量),宇宙則可能麵臨“大撕裂”(Big Rip);我們也將重新審視那些基於量子效應或修改引力理論的“大反彈”(Big Bounce)模型,探討宇宙是否可能在一個循環中永恒存在。 結語:未完待續的史詩 《探尋星空奧秘:宇宙學前沿》匯集瞭從20世紀初相對論誕生到21世紀引力波探測的全部關鍵進展。它不僅是知識的梳理,更是對人類認知邊界的挑戰。我們今天的理論也許隻是對更深層真理的粗略近似,但正是這份不確定性,驅動著一代又一代的科學傢繼續仰望星空,探尋那終極的奧秘。 本書適閤對宇宙學有濃厚興趣的物理學愛好者、高年級本科生及研究生閱讀。 ---

著者信息

圖書目錄

螞蟻的裏程錶(約西元前一億五韆萬年)、魔術方陣(約西元前2200年)、畢氏定理(約西元前600年)、季諾悖論(約西元前445年)、歐幾裏得《幾何原本》(西元前300年)、算盤(約西元1200年)、黃金比例(西元1509年)、對數(西元1614年)、滑尺(西元1621年)、巴斯卡三角形(西元1654年)、發現微積分(約西元1665年)、常態分佈麯綫(西元1733年)、代數基本定理(西元1797年)、重心微積分(西元1827年)、莫比烏斯帶(西元1858年)、黎曼假設(西元1859年)、質數定理的證明(西元1896年)、毛球定理(西元1912年)、混沌理論與蝴蝶效應(西元1963年)、模糊邏輯(西元1965年)、魔術方塊(西元1974年)、碎形(西元1975年)、NP完備的俄羅斯方塊(西元2002年)、破解西洋跳棋(西元2007年)、數理宇宙假說(西元2007年)……共250則

圖書序言

導讀

洪萬生∕颱灣師範大學數學係退休教授

  這是一本類似百科全書的數學普及讀物。全書共有250個數學發展之裏程碑條目,作者按照年代編寫,試圖勾勒人類數學發展的整體風貌。同時,作者在各個條目之後,納入相關的參照條目(都本書所包含),方便讀者交叉閱讀與參引。還有,凡是條目涉及數學傢等等之貢獻者,都清楚錶彰姓名於條目之下,冀收見賢思齊之效!

  就條目的規劃來說,除瞭純數學、(傳統)應用數學領域與計算機科學之外,本書還納入具有意義深長的生物數學、遊戲背景的謎題,以及一般讀者深感興趣的悖論。當然,從人類文化關懷的角度切入,作者也非常努力全麵關照各個種族在曆史長河中,所曾經創造或參與的數學知識活動。盡管力有未逮,譬如他對中國與日本算學發展的說明,就顯得心有餘而力不足,但是,他的用心還是值得肯定。另一方麵,作者為1900年之後的數學保留瞭近半的篇幅,則充分反映二十世紀數學的飛耀發展,也見證瞭計算機如何介入數學研究的各個層麵。

  就書寫的敘事來說,由於作者並非數學本科畢業,以緻於他在描述近現代的數學專業知識時,手法難免比較生澀,而這一「不足」在數學史脈絡的適當烘托下,有時候反倒顯得樸拙可以親近。至於作者對於數學與數學史之理解,或許主要得自於他自身的博雅閱讀經驗,於是,他在某些脈絡中,依賴少數幾位科普作傢的觀點或評論,應該也是情有可原。

  有關本書之閱讀與參考使用,我要特彆針對中學數學教師與學生,提齣一些建議。對教師來說,本書條目有益於教學的內容,可以粗略分為兩大類:(1) 生活經驗中的趣味數學;(2) 曆史文化(含人類學麵嚮)中的數學。前者主要源自人類的熱愛遊戲謎題的好奇心,後者則是基於數學的美感與效用之雙重動機。當教師有意將本書某些素材引進課堂,並藉以分享數學知識活動的趣味時,則不妨將它們包裝成為一個遊戲,讓抗拒學習的學生無法自外於此一活動。譬如說,本書1702年條目〈繞地求一圈的彩帶〉,十分簡單,人人都可以參與討論,但結果卻是大大地令人感到不可思議的謎題。

  另一方麵,教師也可利用本書條目,來組織一個教學單元,比如說初等代數發展的輪廓,讓學生在不斷演練求解方程式之餘,也能多少領會代數認知與方法演化的趣味與意義。針對此一主題,我推薦的條目有如下列:〈萊因德紙草文件〉、〈戴奧芬特斯的《數論》〉、〈數字0〉、〈阿爾.花拉子密的《代數》〉、〈摩訶吠羅的算術書〉、〈印度數學璀璨的章節〉、〈奧瑪、海亞姆的《代數問題的論著》〉、〈阿爾、薩馬瓦爾的《耀眼的代數》〉、〈費波那契的《計算書》〉、〈特維索算術〉、〈卡丹諾的《大術》〉、〈簡明摘要〉、〈虛數〉以及〈笛卡兒的《幾何學》〉等等。上述這些條目的內容已經相當豐富,足以說明西方代數發展之大概,以及三、四次方程解法之意義。當然,如能補上十三世紀中國的天元術,乃至於十七世紀日本的點竄術與旁書法這些東方代數進路,那麼,我們對於代數思維的演化,就可以掌握全麵的結構瞭。

   總之,這是一本非數學專傢所寫的相當大部頭的數學普及讀物。作者的學術專長在於生物物理與生物化學,不過,他顯然非常聰明乾練,而且求知若渴,因而可以成功介入一些與數學有關的謎題之研究。此外,由於他擁有遠較於其他科學作傢更加豐富的寫作經驗(以每年齣版一版書為準),因此,本書敘事多於論證,既凸顯瞭它的文類(科普)定位,也見證瞭作者的通識素養。至於有關本書作者的有些史識的「一傢之言」,我們就不必過度在意瞭。

作者序

數學之美與效用

  數學已經滲入每一個需要費盡心思的科學領域,並且在生物學、物理、化學、經濟、社會學跟工程等方麵取得無法替代的角色。我們可以用數學說明夕陽色彩分佈的情況,也可以用來說明人類的大腦結構。數學幫助我們打造超音速飛機跟雲霄飛車,模擬地球天然資源流轉的方式,進入次原子的量子世界探索,甚至讓我們得以想像遙遠的銀河係。數學可以說是改變瞭我們看待宇宙的方式。

  在本書中,我希望運用少量數學公式提供一點數學品味,而鼓勵讀者發揮想像力。對大多數讀者而言,這本書所談論的應該不隻是能滿足好奇心卻缺乏實用價值的單元,根據美國教育部實際調查的結果顯示,能夠順利完成高中數學課程的學生升上大學後不論選讀哪一個科係,都能夠展現齣比較優秀的學習能力。

  數學的實用性讓我們可以建造太空船,探索所處宇宙的幾何結構。數字也可能是我們跟有智能的外星生物間所採用的第一種溝通手段。有些物理學傢認為在掌握更高空間維度和拓樸學(topology,探索形狀與彼此間相互關係的一門學問)或許有一天當現在這個宇宙處於在極熱或極冷的末日之際,我們就能逃齣,在所有不同的時空環境下安身立命。

  數學史上不乏許多人同步有重大發現的例子,就以這本書裏麵的莫比烏斯帶(The Mobius Strip)為例。德國數學傢莫比烏斯(August Mobius)和當時另一位德國數學傢利斯廷(Johann Benedict Listing)同時在西元1858年各自發現莫比烏斯帶(一個隻有單麵,神奇的扭麯物體)。這種同步發現的現象就跟英國博學多聞的牛頓(Isaac Newton)與德國數學傢萊布尼茲(Gottfried Wilhelm Leibniz)各自同時發現微積分的例子相似。這些例子讓我不禁懷疑科學領域為何經常有不同人,在相同時間,獨立發現同一件事情的情況?其他例子還包括英國博物學傢達爾文(Charles Darwin)和華萊士(Alfred Wallace)都在相同時間各彆提齣演化論的觀點,匈牙利數學傢鮑耶(Janos Bolyai)和俄羅斯數學傢羅巴切夫斯基(Nikolai Lobachevsky)似乎也是在同一時間各彆提齣雙麯幾何的想法。

  最有可能解釋同步重大發現的理由,是因為人類在那些時間點對於即將誕生的發現,已經纍積足夠的知識,這些想法自然也就瓜熟蒂落地被提齣來;可能兩位科學傢都受到當代其他研究人員同一篇先導研究論文的影響。另一種帶有神祕色彩的解釋,會從較深層的觀點說明這種巧閤。奧地利生物學傢卡梅納(Paul Kammerer)曾錶示:「或許我們可以說,盡管打散、重組的過程在現實世界繁華的錶麵下與宇宙無垠的韆變萬化中不斷重復發生,但是物以類聚的現象也會同時在這些過程中産生」;卡梅納把現實世界的重大事件比喻成海洋波濤的頂端,彼此間看起來各自孤立,毫無瓜葛,不過根據他充滿爭議性的理論,我們其實隻看到上層的波浪,卻沒注意到海麵下可能存在某種同步機製,詭譎地把世上各種重大事件串在一起,纔顯現齣這種一波又一波的風潮。

  易法拉(Georges Ifrah)在《數目溯源》(The Universal History of Numbers)一書中談論馬雅數學時,順便論及瞭這種同步情況:

  我們因此又再一次地見證到,散居在廣大時空環境的下互不認識的人...也會有非常類似甚至是一模一樣想法。...有些例子的解釋;是因為他們接觸瞭另一群不一樣的人並受到對方的影響,...真正的有效解釋是因為前麵提過的深層文化融閤:智人這種生物的智力具有共通性,把世界各個角落統整串連的潛力非常可觀。

  古代的希臘人深深受到數目字的吸引。在這個不停變動世界的艱睏年代,會不會隻有數目字纔是唯一恆常不變的?對於源自一門古希臘學派、畢達哥拉斯理念的追隨者而言,數目字是具體不變、和緩永恆的-比所有朋友更值得信賴,卻不像阿波羅或宙斯般讓人無法親近。

  本書中有很多條目都跟整數有關,聰穎的數學傢艾狄胥(Paul Erdos)醉心於數論-有關於整數課題-的研究,他經常能輕易使用整數提齣問題,盡管問題的陳述很簡單,但是每一題卻都是齣瞭名的難解。艾狄胥認為如果有任何數學問題提齣後經過一個世紀依然無解的話,那一定是個跟數論有關的問題。

  有很多宇宙萬物可以用整數錶達之,譬如用整數描述菊花花瓣構成的方式、兔子的繁衍、行星的軌道、音樂的閤弦,以及週期錶元素間的關係。德國代數學傢暨數論大師剋羅內剋(Leopold Kronecker)曾經說過:「隻有整數來自於上帝,其他都是人造的。」這句話也暗示整數是一切數學的最主要根源。

  自從畢達哥拉斯的年代以來,按照整數比例演奏齣的音樂,就相當受到歡迎,更重要的是,在人類理解科學的演進過程中,整數也扮演著相關關鍵的角色,像是法國化學傢拉瓦節(Antoine Lavoisier)就是依照整數比調配組成化閤物的元素,顯示齣原子存在的強烈證據。西元1925年,激態原子放射齣一定整數比的光譜波長,也是當時發現原子結構的一項證據。幾乎按照整數比呈現的原子量,顯示原子核是由整數個數的相似核子(質子跟中子)所組成,與整數比的誤差則促成同位素(基本元素的變形體,擁有幾乎一樣的化學特性,隻在中子數的個數上有所差異)的發現。

  純同位素(pure isotope)原子量無法完全以整數比呈現的微小差異,確認瞭愛因斯坦(Albert Einstein)著名方程式 E = mc2是成立的,也顯示齣生産原子彈的可能。在原子物理領域隨處可見整數的存在。整數關係是組成數學最基本的一股勢力-或者引用高斯(Carl Friedrich Gauss)的說法:「數學是所有科學的女王-而數論則是數學中的天後。」

  用數學描述宇宙這門學科成長迅速,但是,我們的思考方式跟語言錶達能力卻還有待好好加強。我們一直發現或創造齣新的數學,但是,我們還需要用更先進的思維纔能加以理解。譬如最近這幾年已經有人針對數學史上幾個最著名問題提齣證明,可是,他們的論證方式非常冗長又復雜,就連專傢們也都沒辦法確定這些論證是否正確。數學傢哈裏斯(Thomas Hales)將一篇幾何學論文投稿到《數學會誌》(Annals of Mathematics)期刊後,整整花瞭五年的時間等待專傢審查意見-專傢們最後的結論是找不到這篇論文哪裏有錯,建議該期刊加以發錶,可是必須加上免責聲明-他們無法肯定這個證明是對的!另一個例子來自數學傢德福林(Keith Devlin),他在《紐約時報》(New York Times)刊齣的文章中承認:「數學已經進展到一個相當抽象的程度,甚至就連專傢有時都無法理解最新的研究課題到底在講什麼。」如果就連專傢都有這樣的睏擾,想要把這些資訊傳遞給普羅大眾當然更是睏難重重,我們隻好竭盡所能,盡力而為。雖然數學傢們在建構理論、執行運算這些方麵很在行,不過他們在融會貫通、解說傳達先進觀念的能力恐怕還是有所不足。

  在此引用物理作為類比。當海森堡(Werner Heisenberg)擔心一般人可能永遠也無法真正理解原子是怎麼一迴事時,波耳(Niels Bohr)顯得相對樂觀。西元1920年代,波耳在一封迴給海森堡的信中提到:「我認為這是有可能的,但是要配閤我們重新認識『理解』這個詞匯真正意涵的過程。」我們現在使用電腦進行研究的真正原因,是因為我們直觀能力有限,透過電腦實驗實際上已經讓數學傢們取得更進一步的發現與洞見,這是在電腦普及以前作夢也想不到的結果。電腦及其繪圖功能,讓數學傢們早在有辦法正式完成證明之前,就先看到結果,也開啓瞭一項全新的數學研究領域,就連試算錶這種簡單的電腦工具,也能讓現代數學傢擁有高斯、歐拉(Leonhard Euler)、牛頓等人渴望的數學功力。隨便舉個例子,西元1990年代末由貝利(David Bailey)跟佛格森(Helaman Ferguson)兩人設計的電腦程式用一條新公式把圓周率π、log 5跟其他兩個常數串在一塊,如同剋拉瑞剋(Erica Klarreich)在《科學新知》(Science News)上的報導,隻要電腦能把公式先找齣來,事後完成證明的工作就簡單多瞭,畢竟在完成數學證明的過程中,簡單地知道答案這項工作,通常也是最難以跨越的障礙。

  我們有時候會用數學理論預測某些要經過好幾年後纔能確認的現象,譬如以物理學傢麥斯威爾(James Clerk Maxwell)命名的麥斯威爾方程式(Maxwell equation)預測瞭無綫電波的存在;愛因斯坦場論方程式(fields equation)指齣重力可以摺彎光綫及宇宙擴張論。物理學傢狄拉剋(Paul Dirac)曾說過,今天研究的數學課題可以讓我們偷偷瞄見未來的物理理論,事實上,狄拉剋的方程式預測瞭之後纔陸陸續續發現的反物質(antimatter)存在。數學傢羅巴切夫斯基也說過類似的話:「就算再抽象的數學分支,也總有一天會運用在詮釋現實世界的物理現象上。」

  在這本書裏,讀者們將會碰上許多被認為掌握宇宙之鑰、相當有趣的幾何學傢。伽利略(Galileo Galilei)曾說過:「大自然的鬼斧神工不外乎是數學符號寫成的篇章。」剋蔔勒(Johannes Kepler)曾使用正十二麵體之類的柏拉圖正多麵體,建構太陽係的模型。西元1960年代的物理學傢維格納(Eugene Wigner)對於「數學在自然科學中具有超乎常理的效用」感到印象深刻;像是E8這種大李群(large Lie Group)-請參照條目:探索特殊E8李群的旅程(西元2007年)-則可能在某一天協助我們創造一統物理學的終極理論。西元2007年,瑞典裔的美國宇宙學傢泰格馬剋(Max Tegmark)發錶一篇相當受到歡迎、談論數理宇宙假說的科學文章,指齣我們看到的物理實體其實都是數學結構;也就是說,我們不隻可以用數學描述所處的宇宙,甚至可以說-宇宙本身就是數學。

圖書試讀

約西元前一百萬年/為質數而生的蟬

蟬是在大約一百八十萬年前、當覆蓋北美大陸的冰河消退後,於更新世時期,演化而成的有翅昆蟲,其中有一種叫做週期蟬(Magicicada)的品種,會在地底度過生命中絕大多數的時間,靠吸吮樹根的汁液為生,隨後會以很快的速度經曆成長、交配及死亡的過程。這種生物有一種令人吃驚的特性:牠們變成成蟲的時間,通常會跟13或17這樣的質數年份同步(質數就是11、13或17這類隻能被1跟本身兩個數字整除的整數)。當在地底度過13或17年後,這些對時間週期有感應的週期蟬,會在那年春天一起挖掘一條通往地麵的通道,此時一英畝的麵積裏大概會有一百五十萬隻以上的成蟬。這些週期蟬就是採取以量製勝的方式,麵對鳥類這樣的掠食天敵,隻要鳥類沒辦法把牠們一次全部吃光,剩下的週期蟬就能存活下去。

有些學者推測這種對應質數的生命週期,是為瞭避免被壽命較短的掠食者及寄生蟲吞噬、增加成蟬存活率的演化成果,就好比以12年的生命週期為例,則所有壽命介於2、3、4、6年的掠食者都能更輕易地把蟬吞進五髒廟裏。德國多特濛德馬剋斯普朗剋研究所分子生理學傢馬庫斯(Mario Markus)及其研究團隊,發現這種質數化的生命週期,可以從掠食者與獵物間互動演化的數學模型中自然地得到解釋;他們先隨機設定生命週期年份不等的成蟬構成母體,經過電腦模擬一段時間的演變後,幾乎所有實驗結果,都會導齣這種穩定質數化生命週期的現象。

這個研究還處於初步發展階段,當然還有很多可被質疑之處,譬如說,為什麼恰好是13跟17這兩個質數?到底又是哪些掠食者跟寄生蟲促成蟬演化齣這樣的生命週期?而另外一個仍舊無解的謎題則是—在全球1,500多種分類中,為什麼隻有週期蟬這樣少數的品種,纔具備質數化生命週期的特性?

約西元前600年/畢氏定理與三角形
波利亞(George Pólya,西元1887年~西元1985年)


有些小朋友可能是在西元1939年米高梅(MGM)電影《綠野仙蹤》(The Wizard of Oz)中,當稻草人終於有瞭自己的大腦並開口覆誦畢氏定理時,頭一次聽到這個赫赫有名的定理。唉!可是劇中的稻草人卻將這麼有名的定理給背錯瞭!

畢氏定理指的是在每一個直角三角形中,斜邊長c的平方必定等於其餘較短兩邊a跟b的平方和—算式寫成a2 + b2 = c2。這是一個被用最多方法證明過的定理,在盧米斯(Elisha Scott Loomis)那本《畢氏命題》(Pythagorean Proposition)中就舉例瞭367種不同的證明方式。

畢氏三角形(Pythagorean Triangle, PT)指的是三邊均為整數的直角三角形。「3-4-5」畢氏三角形—即兩短邊邊長分彆是3跟4,斜邊長為5—是唯一一個由連續三個整數構成三邊的畢氏三角形,也是唯一一個三邊長總和數(12)恰為麵積數(6)兩倍的直角三角形。排在「3-4-5」之後、下一個由連續數字構成邊長的畢氏三角形是「21-20-29」;以此類推到第10個這樣的三角形可就大得多瞭:「27304197-27304196-38613965」。

法國數學傢費馬(Pierre de Fermat)在西元1643年問瞭一個問題:請找齣一個不論斜邊c或者是兩短邊總和(a + b)都是平方數的畢氏三角形,令人吃驚的是,符閤這個條件的最小三個數字分彆是:4,565,486,027,761、1,061,652,293,520以及4,687,298,610,289。顯然下一個符閤上述條件的畢氏三角形將大到若以呎為單位的話,其邊長將超過太陽與地球之間的距離!

雖然我們都把畢氏定理的構成歸功給畢達哥拉斯,不過,卻有證據顯示在更早幾世紀的印度數學傢波達亞納(Baudhayana)約在西元前800年左右就在其所著《波達亞納繩法經》(Baudhayana Sulba Sutra)上發展這個定理,甚至曆史更久遠的巴比倫人也早就知道畢氏三角形的特性瞭。

約西元前445年/季諾悖論
伊利亞的季諾(Zeno of Elea,約西元前490年~約西元前430年)


哲學傢跟數學傢花瞭超過一韆年的時間想要瞭解季諾悖論(Zeno’s Paradoxes)—關於某些運動若非應該辦不到就根本是個幻覺的一組謎題。季諾是居住在南義大利、早於蘇格拉底的一位希臘哲學傢,最有名的季諾悖論談及希臘英雄阿基裏斯(Achilles)與一隻遲緩的烏龜賽跑時,隻要烏龜在起點擁有些許領先優勢的話,阿基裏斯就絕不可能在賽跑途中超越烏龜。事實上,這個悖論還可以蘊涵我們絕對無法離開所處房間—當朝房門走去要離開房間時,我們必須先走完這段距離中的一半,接下來得走完剩餘那半段距離中的再一半,再接著一直重復把剩餘距離減半的動作;結果,我們將永遠不可能在有限的跨步中抵達房門!在數學上,我們可以把這種無窮序列的動作之極限透過(1/2+1/4+1/8…)的無窮級數總和來錶現。一個近代的想法,是堅持這個無窮級數的總和為1,以解決季諾悖論。隻要每一跨步都耗去前一步所需的時間之一半,則完成這一連串無止境跨步所花費的時間,就跟現實生活中走齣房間所需耗費的時間一樣。

用戶評價

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這本書簡直是一次令人心潮澎湃的智力探險!我本以為數學枯燥乏味,充斥著冷冰冰的公式和抽象的概念,但《數學之書》徹底顛覆瞭我的認知。它以一種極其引人入勝的方式,將那些原本遙不可及的數學理論,變得生動有趣,觸手可及。我仿佛看到,一個個偉大的數學思想,是如何在曆史的長河中,一點點被孕育、被發展,最終成為我們今天所熟知的知識體係。書中對一些關鍵數學概念的引入,並不是生硬地給齣定義,而是通過曆史故事、實際應用場景,甚至是巧妙的類比,讓我們深刻理解其産生的背景和意義。舉個例子,在講解概率論時,作者並沒有一開始就拋齣復雜的公式,而是從古老的賭博遊戲講起,讓我們體會到數學在預測和規避風險方麵的價值。這種“潤物細無聲”的教學方式,讓我能夠輕鬆地跟隨作者的思路,一步步走進數學的世界。我印象特彆深刻的是,書中對於某個數學難題的論證過程,作者沒有迴避其中的艱辛和麯摺,反而詳細描述瞭數學傢們為瞭攻剋難關所付齣的努力和智慧,這讓我感受到瞭數學研究的魅力,也讓我明白瞭,偉大的成就背後,總有不懈的堅持和深刻的思考。這本書讓我重新認識瞭數學,它不再是高高在上的理論,而是滲透在我們生活方方麵麵的智慧,是理解世界、解決問題的有力工具。

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我一直認為,數學是一門需要天賦的學科,但《數學之書》的齣現,徹底改變瞭我的看法。它以一種極其包容和友好的方式,嚮我展示瞭數學的魅力。這本書並不拘泥於刻闆的定義和公式,而是通過生動的故事、巧妙的類比,以及引人入勝的圖示,將那些復雜的數學概念變得觸手可及。我仿佛看到,每一個數學定理的背後,都蘊含著一位或多位數學傢們不懈的努力和深刻的洞察。書中對某個數學問題的探討,不僅僅是給齣一個結論,更是帶領我一同去思考、去探索、去感受數學邏輯的嚴謹和美妙。我特彆喜歡書中對數學發展過程中齣現的那些“意外”和“轉摺”的描寫,它們讓我看到瞭數學的活力和創造力,也讓我明白,真正的科學探索,總是充滿瞭驚喜和未知。我期待書中對某個數學領域的詳細介紹,它會如何展現那個領域的獨特之處,以及它在推動人類文明進步中所扮演的關鍵角色?這本書讓我覺得,數學並非遙不可及,而是藏在生活中的每一個角落,等待著我們去發現和欣賞。

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《數學之書》這本書,就像一位技藝精湛的嚮導,引領我踏上瞭一段令人驚嘆的數學探索之旅。它所呈現的不僅僅是知識,更是一種思維方式,一種邏輯的嚴謹,一種對真理的執著追求。在閱讀過程中,我常常會因為作者對某個數學問題的巧妙闡釋而感到豁然開朗。書中對數學概念的講解,總是那麼深入淺齣,循序漸進,仿佛在為我搭建一座通往數學殿堂的橋梁。我尤其喜歡書中關於某個數學思想的起源和演變過程的敘述,它讓我看到瞭人類智慧的火花是如何在曆史的長河中,一點點匯聚、閃耀,最終成為我們今天所擁有的寶貴財富。這本書也讓我認識到,數學並非是冷冰冰的數字遊戲,而是充滿瞭人類的創造力和想象力。我期待書中對某個數學理論的詳細介紹,它會如何揭示那個理論的內在美,以及它對我們理解世界的重要意義?這本書讓我對數學的理解,從“知其然”上升到瞭“知其所以然”,讓我對數學的世界充滿瞭無限的好奇和探索的動力。

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讀完《數學之書》的某個章節,我感覺大腦仿佛經曆瞭一場酣暢淋灕的“頭腦風暴”。這本書並非簡單地羅列數學知識點,而是以一種極具啓發性的方式,引導我進入數學的深層世界。它讓我理解到,數學不僅僅是解決問題的工具,更是一種觀察世界、理解世界的獨特視角。書中對某個數學概念的引入,並非直接給齣抽象的定義,而是從生活中的一個具體現象齣發,然後層層剝離,最終引齣背後深刻的數學原理。這種“由錶及裏”的講解方式,讓我能夠輕鬆地理解那些原本可能令人生畏的數學概念。我特彆欣賞作者在解釋復雜證明時所使用的類比和圖示,它們非常形象生動,幫助我剋服瞭理解上的障礙。我仿佛看到瞭那些抽象的數學對象,在我的腦海中“活”瞭起來。這本書也讓我體會到瞭數學的普遍性,它不僅僅局限於某個學科領域,而是可以應用於各種各樣的問題。我期待書中關於某個數學分支的深入探討,它會如何揭示那個分支的奧秘,以及它在現代科技發展中不可或缺的地位?這本書讓我看到瞭數學的無處不在,也讓我對數學産生瞭更深的敬意和興趣。

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《數學之書》帶給我的,是一次關於數學的“全景式”體驗。它不再是局限於某個狹窄的領域,而是以一種包羅萬象的姿態,展現瞭數學的廣度和深度。我常常被書中對某個數學概念的引入方式所吸引,它總是能從一個看似尋常的現象入手,然後層層深入,最終揭示齣背後深刻的數學原理。這種“化繁為簡”的講解方式,讓我能夠輕鬆地跟隨作者的思路,進入數學的奇妙世界。我尤其欣賞書中對數學史的描繪,它讓我看到瞭數學思想是如何在不同的曆史時期,受到當時的社會環境和哲學思潮的影響,並不斷演變和發展的。這讓數學不再是抽象的概念,而是充滿瞭曆史的溫度和人文的關懷。我期待書中對某個數學定理的詳細論證,它會如何展現那個定理的精巧和優雅,以及它對我們理解世界的重要性?這本書讓我看到瞭數學的生命力,它是一種不斷求索、不斷進步的智慧,是人類探索未知世界的強大驅動力。

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我必須承認,《數學之書》以一種前所未有的方式,將我帶入瞭一個我從未深入探索過的領域。這本書給我的感覺,就像是在一位經驗豐富、學識淵博的導師的引導下,進行一次穿越時空的數學之旅。它的敘事方式並非綫性的知識灌輸,而是充滿瞭探索性和啓發性。在閱讀的過程中,我時常會發現自己被某個精巧的證明或者某個令人拍案叫絕的數學性質所吸引,然後不由自主地停下來,反復思考,甚至拿齣紙筆進行演算。書中對數學概念的闡釋,不僅僅是告訴你“是什麼”,更是深入地探討瞭“為什麼會是這樣”。它會追溯某個定理的起源,分析它在不同曆史時期扮演的角色,以及它如何與其他數學領域相互關聯,從而形成一個有機、完整的知識網絡。我特彆欣賞的是,作者在解釋復雜理論時,非常注重邏輯的嚴謹性和層層遞進的清晰度,不會跳躍式地給齣結論,而是循序漸進地引導讀者理解每一步的推理過程。這種寫作風格,讓我覺得非常踏實,仿佛每一步都走在堅實的土地上。這本書讓我明白,數學並非是孤立的學科,它與物理、化學、工程、經濟,甚至藝術和哲學都有著韆絲萬縷的聯係。它就像是一門普適性的語言,描繪著世界的本質規律。我期待著這本書能繼續為我揭示更多隱藏在數字和符號背後的深刻洞見。

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當我翻開《數學之書》,我預想中的枯燥和晦澀並沒有如期而至,取而代之的是一種前所未有的吸引力。這本書,它以一種極其獨特的視角,為我打開瞭數學的另一扇大門。它並非簡單地堆砌公式和定理,而是將數學的生命力、它的發展過程、以及它與人類文明的緊密聯係,描繪得淋灕盡緻。我仿佛看到,每一個數學概念的誕生,都伴隨著一段充滿智慧與汗水的探索史。書中對某些數學問題的講解,不僅僅是給齣一個答案,更是帶領我一同經曆思考的過程,去感受那種“撥開雲霧見月明”的喜悅。我特彆欣賞作者在描述某個數學分支時,所展現齣的那種宏觀的視野和微觀的細節並重的能力。它讓我看到瞭一個完整的數學體係,而非零散的知識點。我期待著書中對某個數學領域的深入剖析,它會如何展現那個領域的獨特魅力,以及它在解決現實問題中所扮演的關鍵角色?這本書讓我覺得,數學不僅僅是一門學科,更是一種優雅的語言,一種理解宇宙運行規律的密鑰。

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《數學之書》這本書,給我帶來瞭一種前所未有的閱讀體驗。它並非簡單的知識傳授,而更像是一次與數學思想的深度對話。書中對某個數學概念的闡述,總是那麼深入淺齣,充滿瞭啓發性。它不會生硬地拋齣定義,而是通過巧妙的引入,讓我自然而然地理解其意義和價值。我尤其欣賞書中對數學史的描繪,它並非枯燥的年代記,而是生動地展現瞭數學傢們在各自時代背景下,是如何思考、如何創新,又是如何剋服重重睏難,最終取得突破的。這讓我感受到瞭數學的生命力,也讓我對那些偉大的數學傢們充滿瞭敬意。這本書讓我明白,數學並非一成不變的教條,而是一個充滿活力、不斷發展的有機體。我期待書中對某個數學理論的詳細介紹,它會如何展現那個理論的內在美,以及它對我們理解世界的重要意義?這本書讓我對數學的理解,從“知其然”上升到瞭“知其所以然”,讓我對數學的世界充滿瞭無限的好奇和探索的動力。

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我最近有幸讀到瞭一本名為《數學之書》的書,說實話,這本厚重的著作一開始著實讓我有些望而卻步。封麵設計簡約而莊重,純粹的白底配上深邃的藍字,仿佛預示著其內容如同浩瀚宇宙般深邃而充滿奧秘。翻開扉頁,一股淡淡的紙張清香撲鼻而來,這是多少年來沉浸在書海中纔能感受到的熟悉味道,瞬間勾起瞭我內心深處對知識的渴望。初讀目錄,便被其宏大的結構所震撼。它似乎並非簡單地羅列數學分支,而是試圖勾勒齣數學發展的脈絡,從最基礎的數數、幾何概念,一路延展到抽象代數、拓撲學,乃至更前沿的領域。這種編排方式,讓我看到瞭編者並非是簡單的知識搬運工,而是對數學有著深刻的理解和獨到的見解,他們精心設計瞭一條引導讀者探索數學世界的路徑,這條路徑既有曆史的厚重感,又不失現代的活力。在閱讀過程中,我時常會停下來,思考作者拋齣的問題,想象那些偉大的數學傢們是如何在寂靜的書房裏,在無垠的思維空間裏,一點點揭開宇宙的數學麵紗。這本書不僅僅是一本教材,更像是一部史詩,記錄著人類智慧的光輝,閃耀著邏輯的魅力。我尤其期待書中關於某個特定數學概念的深入解析,例如,它會如何闡釋微積分的誕生,那場革命性的思想飛躍是如何改變瞭我們理解世界的方式?又或者,它會如何呈現數論的精巧與優雅,那些看似簡單的整數背後隱藏著多少令人驚嘆的規律?這本書就像一個巨大的寶藏,等待著我去一點點地挖掘。

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《數學之書》這本書,與其說是一本知識的匯編,不如說是一次關於數學精神的深度體驗。它讓我從一個完全不同的角度去審視數學,不再是那些冷冰冰的符號和公式,而是充滿瞭人類智慧的閃光,充滿瞭探索未知的勇氣和不懈的努力。書中對數學發展史的描繪,並非是枯燥的年代記,而是生動地展現瞭數學傢們在各自時代背景下,是如何思考、如何創新,又是如何剋服重重睏難,最終取得突破的。我能感受到那種“靈光一閃”的時刻,也能體會到那種“十年磨一劍”的艱辛。作者在介紹某個數學概念時,常常會引用曆史上重要的數學文獻或者思想傢的言論,這讓我覺得更加親切,仿佛與那些偉大的靈魂進行瞭一次跨越時空的對話。這本書讓我深刻理解到,數學並非一成不變的教條,而是一個充滿活力、不斷發展的有機體。它會隨著人類認知水平的提高而拓展邊界,也會隨著新的問題的齣現而産生新的分支。我尤其期待書中對於某個數學分支的介紹,它會如何解釋那個分支的獨特之處,以及它在現代科學技術中扮演的重要角色?這本書讓我看到瞭數學的廣闊天地,也讓我萌生瞭繼續深入探索的強烈願望。

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