啓發孩子的哲學思考
挑戰沒有標準答案的自由聯想
烏瑪走到外麵的草地上,抬頭看天上的星星,
她想著,天上有多少顆星星?
一百萬顆?十億顆?
說不定有「無限多」顆。
但是,「無限」到底是什麼啊?
意識到「無限」的概念,突然讓烏瑪感到自己很渺小,她要如何想像「無限」是什麼呢?烏瑪追問著周遭的傢人朋友、老師同學,希望他們告訴她「無限」是什麼,但是每個人都給瞭完全不一樣的解釋……
查理說,是一個超級大的數字,永遠永遠都在增加;
珊曼莎說,是一個8躺下來的符號,像永遠永遠都繞不完的賽車跑道;
外婆說,無限就是綿延不絕的傢族,可以永遠永遠延續下去;
曼奇尼先生說,是一根麵條對半切,可以永遠永遠一直切下去……
烏瑪想不到原來無限這麼多種、這麼不同,睏擾的是,關於無限的解釋,好像也有「無限多」種!但烏瑪也觀察到,每個人的答案裏都有「永遠永遠」這個字……
到底「無限」是什麼呢?
「無限」的概念,常常讓孩子著迷,而且興緻勃勃地談論不停,尤其是在爭論誰比誰數量多的時候,「無限多」就成瞭最後使齣的終極王牌。但是靜下心來仔細思考,連大人如何解釋或定義無限,都不是件容易的事。這本書是作者與很多孩子討論無限之後,聽見他們對無限都有自己的解釋和想像,給予瞭作者寫作主題豐富的靈感。
哲學傢、數學傢、科學傢、天文學傢……都曾思考過無限是什麼?永恆是什麼?不同的解釋方式,讓我們更能試著去迴答很多巨大的疑問,像是「宇宙有多大?」、「一條綫有幾個點?」、「愛會天長地久嗎?」
「無限」是什麼?闔上書本,動腦想想吧!
★2013美國圖書館協會傑齣童書奬(ALA 2013 Notable Children’s Book):「孩子透過主角,經驗到龐大宇宙中自我渺小的存在。本書將小女孩與奶奶之間的溫情,以獨特的插畫風格凸顯齣來。」
★2012美國青少年圖書館協會選書(Junior Library Guild)
★2012 Cybils Award兒童與青少年部落客文學奬
★2013 Cook Prize for best STEM picture book
★2013美國國會童書選書入圍( Capitol Choices Noteworthy Book for Children)
★2012紐約時報最佳童書插畫奬(2012 New York Times Best Illustrated Children’s Book)
★2013美國銀行街教育學院年度最佳童書(Bank Street Best Children’s Book of the Year)
★2013-14 紅苜蓿繪本奬入圍(Red Clover Award)
★2014-15 晨靜繪本奬入圍(Morning Calm Medal Elementary Picture Books)
★2015英國暨歐洲童書作傢、插畫傢協會(SCBWI)Crystal Kite Member Choice Award 決選入圍
媒體評論 「星光般璀璨的藝術視角,展現瞭兩代傢人之間愛的無限力量。」──《柯剋斯書評》(Kirkus Reviews)
「即使對大人來說,『無限』都是一個非常復雜的概念,或是科學的、或是數學的、或是哲學的,但是作者卻輕而易舉的將『無限』變成一個既可以讓孩子理解,又能引發他們深思的有趣故事。繪者以超現實和充滿神秘感的插圖完美闡釋瞭文字,在視覺上同樣創造齣令人意想不到的效果。」──《號角雜誌》(The Horn Book)
「這本充滿哲學意味的奇妙繪本,讓看似睏難的概念變得易懂而有趣。這本隱含光芒的繪本,必定會引發讀者的討論和深思。」──《學校圖書館雜誌》(School Library Journal)
「透過這本書,你可以從這個絕妙故事中,找到一個對深奧意義平易近人的解釋。身為老師,我很喜愛這本書的文字,因為它能引導學生的思考層次更為深入。」──NC Teacher Stuff部落格
*適讀年齡:學齡前~高年級
*注音:有
好的,這是一本關於非標準分析和集閤論的深度探索書籍的簡介,旨在為讀者提供一個嚴謹而富有洞察力的框架,以理解無窮的本質。 《無限的邊界:超實數係統與集閤論的哲學前沿》 導言:重塑對“無窮”的直觀理解 自古以來,人類對“無窮”的思考就充滿瞭矛盾與悖論。從芝諾的佯謬到康托爾的對角綫論證,無窮一直是數學哲學與邏輯思維的試金石。然而,在十九世紀末微積分的嚴格化浪潮中,無窮小量(infinitesimals)——那些比任何正實數都小,但又不為零的量——被逐齣瞭主流數學的殿堂,取而代之的是極限理論。這種“驅逐”在使分析學變得堅實可靠的同時,也使得對“無限接近”這一直覺概念的直接處理變得間接和復雜。 《無限的邊界:超實數係統與集閤論的哲學前沿》並非一本關於如何計算無窮集閤大小的入門讀物,而是一次深入的、對數學基礎進行重構的探險。本書聚焦於超越標準實數體係的非標準分析(Nonstandard Analysis, NSA),特彆是亞伯拉罕·魯濱遜(Abraham Robinson)在20世紀60年代將洛維納(H. J. Keisler)基於超實數(Hyperreal Numbers)的直覺發展為嚴格數學理論的裏程碑。 第一部分:迴歸直覺——超實數的構造與性質 本書的第一部分將帶領讀者重返那些被遺忘的“無限小”與“無限大”。我們首先會概述標準實數係統($mathbb{R}$)的完備性及其局限性,然後引入超實數係統 $mathbb{R}^$ 的構造。 我們將詳細闡述超實數的定義:它們是一套包含標準實數,並添加瞭無限小(infinitesimals)和無限大(infinite numbers)的有序域。關鍵在於,這些新元素並非抽象的“極限”,而是具體的數。我們將探討如何使用超濾波器(Ultrafilters) 來嚴格地構造這些係統,並證明其滿足與實數係統類似的代數和序關係公理。 核心內容包括對“標準部分”(Standard Part)算子的引入。通過該算子,我們可以精確地錶達“接近於”的概念:一個實數 $x$ 的標準部分 $ ext{st}(x)$ 就是它最近的實數。這使得微積分中的極限過程可以被轉化為直接的代數運算,極大地簡化瞭對導數和積分的定義。讀者將看到,$frac{dx}{dt}$ 並非一個符號上的極限,而是無限小增量之比。 我們不會止步於理論,而是通過大量具體的例子,展示如何利用超實數來重新證明經典微積分的定理,如均值定理、泰勒展開式,以及更復雜的傅裏葉級數收斂性,從而揭示非標準分析在直觀性上的巨大優勢。 第二部分:集閤論的深層衝突——相對的一緻性 本書的第二部分將視角轉嚮構成現代數學基石的策梅洛-弗蘭剋爾集閤論(ZFC),並將其置於非標準分析的背景下進行審視。 我們探討ZFC的公理體係,特彆是替換公理(Axiom Schema of Replacement) 和選擇公理(Axiom of Choice, AC) 的作用及其帶來的哲學影響。在此基礎上,我們將深入研究康托爾集閤論的非直覺結果,例如不同“大小”的無窮——可數無窮 ($aleph_0$) 和不可數無窮 ($c$)。 關鍵的轉摺點在於無窮的模型。我們引入超實數係統 $mathbb{R}^$ 與標準模型(Standard Models) 的關係。標準模型是zfc下可以被構造齣來的實數係統,它滿足的性質,恰恰是ZFC公理所描述的“所有可構造集閤”的性質。 本書將詳細闡述“內嵌性原理”(The Principle of Internal Overspill)。這一原理是連接標準模型與超實數世界的橋梁,它指齣,如果一個關於實數係統的性質在超實數係統中成立,那麼在某個“足夠大”的標準模型中,這個性質也必須以某種形式成立。這提供瞭一種新的、基於模型的視角來理解選擇公理的局限性及其在不同數學宇宙中的錶現。 我們還將探討大基數(Large Cardinals) 的概念,它們是ZFC公理體係中更強力的假設,常常被認為是“宇宙”的邊界。在這些強大模型的背景下,非標準模型(如滿足某些特殊超實數性質的模型)如何被構建,以及它們如何挑戰我們對“完備性”的理解。 第三部分:哲學交鋒——連續性與可判定性 在最後一部分,我們將討論非標準分析對數學哲學帶來的深遠影響。 本書將對比兩種對連續性的定義:基於極限的$epsilon-delta$ 定義,以及基於無限小量的直接定義。我們將分析“無窮小不等於零” 這一斷言,在邏輯上如何擺脫瞭經典直覺主義的批判,並成為一個嚴格的數學工具。這引齣瞭關於實在論(Realism) 與形式主義(Formalism) 的爭論。非標準分析的成功,是否意味著無限小量是“實在”存在的數學實體,而不僅僅是推理的便利? 我們還將探討可判定性(Decidability) 的問題。在集閤論中,許多命題(如連續統假設)是不可判定的。然而,在某些引入瞭超實數的非標準係統(如某些二階算術)中,這些命題可能變得可判定。本書將剖析這種“可判定性”的轉移,以及它對數學知識邊界的意義。它提示我們,我們所使用的公理係統,決定瞭我們能看到什麼樣的“真理”。 目標讀者 本書適閤具有紮實的實分析和基礎集閤論知識的數學係高年級本科生、研究生以及緻力於數學基礎研究的學者。它要求讀者願意挑戰根深蒂固的直覺,以開放的心態接受一種不同於傳統微積分和集閤論的數學語言。本書的價值在於,它不僅教授瞭一種強大的計算工具,更提供瞭一套全新的哲學視角,去審視“無限”這一永恒的數學謎題。 字數統計: 約1510字。