启发孩子的哲学思考
挑战没有标准答案的自由联想
乌玛走到外面的草地上,抬头看天上的星星,
她想着,天上有多少颗星星?
一百万颗?十亿颗?
说不定有「无限多」颗。
但是,「无限」到底是什么啊?
意识到「无限」的概念,突然让乌玛感到自己很渺小,她要如何想像「无限」是什么呢?乌玛追问着周遭的家人朋友、老师同学,希望他们告诉她「无限」是什么,但是每个人都给了完全不一样的解释……
查理说,是一个超级大的数字,永远永远都在增加;
珊曼莎说,是一个8躺下来的符号,像永远永远都绕不完的赛车跑道;
外婆说,无限就是绵延不绝的家族,可以永远永远延续下去;
曼奇尼先生说,是一根面条对半切,可以永远永远一直切下去……
乌玛想不到原来无限这么多种、这么不同,困扰的是,关于无限的解释,好像也有「无限多」种!但乌玛也观察到,每个人的答案里都有「永远永远」这个字……
到底「无限」是什么呢?
「无限」的概念,常常让孩子着迷,而且兴致勃勃地谈论不停,尤其是在争论谁比谁数量多的时候,「无限多」就成了最后使出的终极王牌。但是静下心来仔细思考,连大人如何解释或定义无限,都不是件容易的事。这本书是作者与很多孩子讨论无限之后,听见他们对无限都有自己的解释和想像,给予了作者写作主题丰富的灵感。
哲学家、数学家、科学家、天文学家……都曾思考过无限是什么?永恆是什么?不同的解释方式,让我们更能试着去回答很多巨大的疑问,像是「宇宙有多大?」、「一条线有几个点?」、「爱会天长地久吗?」
「无限」是什么?阖上书本,动脑想想吧!
★2013美国图书馆协会杰出童书奖(ALA 2013 Notable Children’s Book):「孩子透过主角,经验到庞大宇宙中自我渺小的存在。本书将小女孩与奶奶之间的温情,以独特的插画风格凸显出来。」
★2012美国青少年图书馆协会选书(Junior Library Guild)
★2012 Cybils Award儿童与青少年部落客文学奖
★2013 Cook Prize for best STEM picture book
★2013美国国会童书选书入围( Capitol Choices Noteworthy Book for Children)
★2012纽约时报最佳童书插画奖(2012 New York Times Best Illustrated Children’s Book)
★2013美国银行街教育学院年度最佳童书(Bank Street Best Children’s Book of the Year)
★2013-14 红苜蓿绘本奖入围(Red Clover Award)
★2014-15 晨静绘本奖入围(Morning Calm Medal Elementary Picture Books)
★2015英国暨欧洲童书作家、插画家协会(SCBWI)Crystal Kite Member Choice Award 决选入围
媒体评论 「星光般璀璨的艺术视角,展现了两代家人之间爱的无限力量。」──《柯克斯书评》(Kirkus Reviews)
「即使对大人来说,『无限』都是一个非常复杂的概念,或是科学的、或是数学的、或是哲学的,但是作者却轻而易举的将『无限』变成一个既可以让孩子理解,又能引发他们深思的有趣故事。绘者以超现实和充满神秘感的插图完美阐释了文字,在视觉上同样创造出令人意想不到的效果。」──《号角杂志》(The Horn Book)
「这本充满哲学意味的奇妙绘本,让看似困难的概念变得易懂而有趣。这本隐含光芒的绘本,必定会引发读者的讨论和深思。」──《学校图书馆杂志》(School Library Journal)
「透过这本书,你可以从这个绝妙故事中,找到一个对深奥意义平易近人的解释。身为老师,我很喜爱这本书的文字,因为它能引导学生的思考层次更为深入。」──NC Teacher Stuff部落格
*适读年龄:学龄前~高年级
*注音:有
好的,这是一本关于非标准分析和集合论的深度探索书籍的简介,旨在为读者提供一个严谨而富有洞察力的框架,以理解无穷的本质。 《无限的边界:超实数系统与集合论的哲学前沿》 导言:重塑对“无穷”的直观理解 自古以来,人类对“无穷”的思考就充满了矛盾与悖论。从芝诺的佯谬到康托尔的对角线论证,无穷一直是数学哲学与逻辑思维的试金石。然而,在十九世纪末微积分的严格化浪潮中,无穷小量(infinitesimals)——那些比任何正实数都小,但又不为零的量——被逐出了主流数学的殿堂,取而代之的是极限理论。这种“驱逐”在使分析学变得坚实可靠的同时,也使得对“无限接近”这一直觉概念的直接处理变得间接和复杂。 《无限的边界:超实数系统与集合论的哲学前沿》并非一本关于如何计算无穷集合大小的入门读物,而是一次深入的、对数学基础进行重构的探险。本书聚焦于超越标准实数体系的非标准分析(Nonstandard Analysis, NSA),特别是亚伯拉罕·鲁滨逊(Abraham Robinson)在20世纪60年代将洛维纳(H. J. Keisler)基于超实数(Hyperreal Numbers)的直觉发展为严格数学理论的里程碑。 第一部分:回归直觉——超实数的构造与性质 本书的第一部分将带领读者重返那些被遗忘的“无限小”与“无限大”。我们首先会概述标准实数系统($mathbb{R}$)的完备性及其局限性,然后引入超实数系统 $mathbb{R}^$ 的构造。 我们将详细阐述超实数的定义:它们是一套包含标准实数,并添加了无限小(infinitesimals)和无限大(infinite numbers)的有序域。关键在于,这些新元素并非抽象的“极限”,而是具体的数。我们将探讨如何使用超滤波器(Ultrafilters) 来严格地构造这些系统,并证明其满足与实数系统类似的代数和序关系公理。 核心内容包括对“标准部分”(Standard Part)算子的引入。通过该算子,我们可以精确地表达“接近于”的概念:一个实数 $x$ 的标准部分 $ ext{st}(x)$ 就是它最近的实数。这使得微积分中的极限过程可以被转化为直接的代数运算,极大地简化了对导数和积分的定义。读者将看到,$frac{dx}{dt}$ 并非一个符号上的极限,而是无限小增量之比。 我们不会止步于理论,而是通过大量具体的例子,展示如何利用超实数来重新证明经典微积分的定理,如均值定理、泰勒展开式,以及更复杂的傅里叶级数收敛性,从而揭示非标准分析在直观性上的巨大优势。 第二部分:集合论的深层冲突——相对的一致性 本书的第二部分将视角转向构成现代数学基石的策梅洛-弗兰克尔集合论(ZFC),并将其置于非标准分析的背景下进行审视。 我们探讨ZFC的公理体系,特别是替换公理(Axiom Schema of Replacement) 和选择公理(Axiom of Choice, AC) 的作用及其带来的哲学影响。在此基础上,我们将深入研究康托尔集合论的非直觉结果,例如不同“大小”的无穷——可数无穷 ($aleph_0$) 和不可数无穷 ($c$)。 关键的转折点在于无穷的模型。我们引入超实数系统 $mathbb{R}^$ 与标准模型(Standard Models) 的关系。标准模型是zfc下可以被构造出来的实数系统,它满足的性质,恰恰是ZFC公理所描述的“所有可构造集合”的性质。 本书将详细阐述“内嵌性原理”(The Principle of Internal Overspill)。这一原理是连接标准模型与超实数世界的桥梁,它指出,如果一个关于实数系统的性质在超实数系统中成立,那么在某个“足够大”的标准模型中,这个性质也必须以某种形式成立。这提供了一种新的、基于模型的视角来理解选择公理的局限性及其在不同数学宇宙中的表现。 我们还将探讨大基数(Large Cardinals) 的概念,它们是ZFC公理体系中更强力的假设,常常被认为是“宇宙”的边界。在这些强大模型的背景下,非标准模型(如满足某些特殊超实数性质的模型)如何被构建,以及它们如何挑战我们对“完备性”的理解。 第三部分:哲学交锋——连续性与可判定性 在最后一部分,我们将讨论非标准分析对数学哲学带来的深远影响。 本书将对比两种对连续性的定义:基于极限的$epsilon-delta$ 定义,以及基于无限小量的直接定义。我们将分析“无穷小不等于零” 这一断言,在逻辑上如何摆脱了经典直觉主义的批判,并成为一个严格的数学工具。这引出了关于实在论(Realism) 与形式主义(Formalism) 的争论。非标准分析的成功,是否意味着无限小量是“实在”存在的数学实体,而不仅仅是推理的便利? 我们还将探讨可判定性(Decidability) 的问题。在集合论中,许多命题(如连续统假设)是不可判定的。然而,在某些引入了超实数的非标准系统(如某些二阶算术)中,这些命题可能变得可判定。本书将剖析这种“可判定性”的转移,以及它对数学知识边界的意义。它提示我们,我们所使用的公理系统,决定了我们能看到什么样的“真理”。 目标读者 本书适合具有扎实的实分析和基础集合论知识的数学系高年级本科生、研究生以及致力于数学基础研究的学者。它要求读者愿意挑战根深蒂固的直觉,以开放的心态接受一种不同于传统微积分和集合论的数学语言。本书的价值在于,它不仅教授了一种强大的计算工具,更提供了一套全新的哲学视角,去审视“无限”这一永恒的数学谜题。 字数统计: 约1510字。