數(shù)學(xué)如何推動了文明？

遷洵

“萬物速朽，唯有公式永恒?！?/p>

這本書扉頁上的這句話，就好像是一道來自神的啟示——它瞬間讓我領(lǐng)略了公式的力量與美感。于是，我的手不由自主地翻開了書的下一頁，一字一句讀下去。

整整3天，我除了處理少量的日常工作之外，一直沉浸在這本書里，直到把它讀完。

這本書讓我領(lǐng)略到了數(shù)學(xué)的魅力，更讓我知道了數(shù)學(xué)存在的理由和意義。正如本書開篇所寫的那樣“公式鑄就文明的天梯”。

當(dāng)我們回顧歷史，會發(fā)現(xiàn)：

1854年之前，歐洲數(shù)學(xué)家燦若星辰，笛卡兒、拉格朗日、牛頓、貝葉斯、拉普拉斯、柯里、傅里葉、伽羅瓦等，無一不是數(shù)學(xué)天才。

1854—1935年，高斯、黎曼等人在數(shù)學(xué)界領(lǐng)袖群倫，彼時，德國取代英法成為世界的數(shù)學(xué)中心。

1935年之后，希特勒給美國送上了“科學(xué)大禮包”：哥德爾、愛因斯坦、德拜、馮·諾依曼、費米、馮·卡門……很多科學(xué)家逃至北美，數(shù)學(xué)大本營從德國轉(zhuǎn)向美國，美國隨即成為世界的數(shù)學(xué)中心。

我們發(fā)現(xiàn)，每一次數(shù)學(xué)中心的交替，都是文明中心的變換，可見，文明造就了數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)也推動了文明，兩者總是相輔相成的。

但是，這還不足以吸引我對數(shù)學(xué)產(chǎn)生濃烈的興趣。最能打動我的，是這本書描述出了數(shù)學(xué)的美感，如優(yōu)美的文字和迷人的詩歌一樣，是藝術(shù)一般的存在。

數(shù)學(xué)之美，究竟美在何處？

“一片落葉飄落，就是一段美妙的函數(shù)方程，沒有什么能比公式更動人地描繪宇宙之美?！?/p>

這句話讓我領(lǐng)略到，原來公式如詩一般存在，只是我們普通人無法察覺。這是這本書給我最大的啟示。可以說，《公式之美》賦予我另外一種感知——那前所未有的，可以去發(fā)現(xiàn)那些“看不見”的美的內(nèi)涵。

這本書雖名為《公式之美》，但其內(nèi)容是繽紛多彩的。

書中講述了數(shù)學(xué)的起源，以及整個數(shù)學(xué)發(fā)展中的精彩絕倫的故事，我們可以在讀這些生動的傳說般的故事中，了解數(shù)學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)，領(lǐng)略人類的至高智慧。

更重要的是，這本書回答了兩個關(guān)于數(shù)學(xué)的基本問題，即“數(shù)學(xué)是什么”，以及“數(shù)學(xué)有什么用”。相信這兩個問題，可以解答很多人心中的困惑。

數(shù)學(xué)是什么？這個問題，幾乎沒有人能給出一個非常具體的回答。按照百度百科的定義，數(shù)學(xué)是研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化、空間及信息等概念的一門學(xué)科，可以應(yīng)用于現(xiàn)實世界中的任何問題。在這個大體系中，1+1=2是整個數(shù)學(xué)的基石，沒有1+1=2這個公式，就不會有數(shù)學(xué)，也自然不會有數(shù)學(xué)的衍生學(xué)科，比如化學(xué)、物理等等。

關(guān)于1+1=2的誕生，大概可以追溯到遠古時期，在分配食物的過程中，人類的祖先有了“數(shù)量”概念，并在漫長的時間內(nèi)逐漸意識到了1+1=2。那個時候，說1+1=2似乎不太嚴謹，因為2也是一個被創(chuàng)造出來的數(shù)字，只是一個人為設(shè)定的定義，但這種變化仍然是非常偉大的。

我們無法考證加法究竟產(chǎn)生于何時，但從文字記載中發(fā)現(xiàn)，加法運算和減法運算是人類最早掌握的兩種數(shù)學(xué)運算。

1+1=2的公式雖然誕生了，但如何證明是另一個終極難題。后來，意大利數(shù)學(xué)家皮亞諾用五條公理建立了一階算術(shù)系統(tǒng)，可以推導(dǎo)出1+1=2這一最簡單的等式。

公理一般被認為是不需要證明的基本事實，所以皮亞諾的這個算數(shù)系統(tǒng)也是建立在一個沒有經(jīng)過證明的經(jīng)驗世界中的，在這個經(jīng)驗世界里，1+1=2是成立的。

如何推導(dǎo)出1+1=2，數(shù)學(xué)家們在自己的世界里找到了一個相對滿意的答案，雖然有點“自欺欺人”，但總算是放下了心里的一塊石頭。然而，比這個更麻煩的，是解決世間另一個“1+1”，這才是歷代數(shù)學(xué)家的心頭之痛。

這個心頭之痛就是哥德巴赫猜想。

18世紀前后，富家子弟哥德巴赫發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律：任何大于5的奇數(shù)都是三個素數(shù)之和。所謂“素數(shù)”，又稱“質(zhì)數(shù)”，指在大于1的自然數(shù)中，除了1和它本身以外，不再有其他因數(shù)的自然數(shù)。不過，他雖然發(fā)現(xiàn)了這個規(guī)律，卻怎么也無法證明自己的發(fā)現(xiàn)，只能求助于當(dāng)時數(shù)學(xué)界的權(quán)威人士歐拉。沒想到，數(shù)學(xué)家歐拉居然也被這個問題給難住了，為了挽回自己的面子，歐拉又提出了另一個等價命題：任何一個大于2的偶數(shù)，都是兩個素數(shù)之和。

兩個命題加起來被記作a+b，這就是哥德巴赫猜想（也稱哥德巴赫-歐拉猜想），這被稱為另一個“1+1”的問題，至今還沒有人能夠證明。

在數(shù)學(xué)世界，還有一個非常重要的公式，構(gòu)成了高級數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容，那就是微積分。關(guān)于微積分的發(fā)現(xiàn)，涉及到兩個科學(xué)家特別有意思的交往經(jīng)歷，就是牛頓和萊布尼茨。

1666年是一個很神奇的年份，歐洲黑死病肆虐，23歲的牛頓為了躲避疫情回到鄉(xiāng)下，在蘋果落地的啟發(fā)下意識到地球存在引力;在計算月球軌道涉及的向心力時，他又發(fā)明了“流術(shù)法”，這個流術(shù)法就是微積分的前身，但是牛頓一直把這種計算方法當(dāng)做是一種普通的簡便算法，沒有作為一種新發(fā)現(xiàn)公之于世。

十年后，萊布尼茨了解到牛頓在進行無窮級數(shù)相關(guān)的研究，便在他人引薦下與牛頓進行了短暫的通信。牛頓只比萊布尼茨大三歲，兩人一開始的確惺惺相惜，畢竟在17世紀找到和自己同等智商并能對話的人，對他們兩個人來說都不容易。兩個人隔著英吉利海峽鴻雁傳書，既有對數(shù)學(xué)問題的探討，也有對彼此的“彩虹屁”。

但是，1684年時，萊布尼茨發(fā)表論文稱自己發(fā)明了微積分。這是一個非常重要的成績，眼看這個很可能震驚世界的成就就要被萊布尼茨搶走，牛頓大為光火，開始施展各種手段打壓萊布尼茨。在那場關(guān)于微積分的“世紀大戰(zhàn)”中，萊布尼茨曾一度被認為是一個抄襲者。當(dāng)然，萊布尼茨也不是軟柿子，他奮勇反擊，與牛頓兩個人你來我往，以至于后來，幾乎整個歐洲有名有姓的人都摻和進去了，相當(dāng)熱鬧——和這兩個人的大戰(zhàn)比起來，如今深受詬病的飯圈撕扯簡直就是“過家家”，太小兒科了！

后來的事情很多人也有所耳聞，萊布尼茨的聲望到底比不上擅長鉆研權(quán)勢的牛頓，逐漸敗下陣來。牛頓的下半生，除了鉆研神學(xué)、沉迷“點石成金”的煉金術(shù)外，唯一的愛好就是欺負萊布尼茨。

一時的毀譽，姑且當(dāng)作妄言。如今，數(shù)學(xué)界已將牛頓和萊布尼茨同樣視為微積分的發(fā)現(xiàn)者，這一對冤家，不管生前多么不和，如今都被“牛頓-萊布尼茨公式”牢牢地綁在了一起，這對“地表最強CP”，再也無法分開了。

我相信，在每個人的中學(xué)時期都會遇到一種困惑——我們學(xué)習(xí)的方程、函數(shù)，到底有什么用？

很多人振振有詞：去菜市場買菜的時候，只要能算得清加減乘除也就夠了，什么微積分，什么橢圓方程，我們哪怕學(xué)得再透徹也不會有用武之地。畢竟，就算在菜市場解出高考壓軸題，賣菜的攤主也不會給你便宜幾分錢。

這種說法聽起來似乎很有道理，但是仔細想想，就能發(fā)現(xiàn)這分明是強詞奪理。畢竟我們存活于世，就是為了買菜而生嗎？

顯然不是。誰年少的時候沒有夢想過星辰大海呢？誰會心甘情愿地將自己圈在菜市場里為了幾毛錢斤斤計較呢？我們學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)，在中學(xué)時期乍看之下沒有什么用，但你在數(shù)學(xué)上搬的每一塊磚，都會成為之后學(xué)術(shù)與工作中的堅實地基。數(shù)學(xué)是有用的，只是你還沒有達到能夠應(yīng)用它的層次。

舉第一個例子，關(guān)于5G，現(xiàn)在應(yīng)該所有人都不陌生了。我們的手機與寬帶早在兩年前就已經(jīng)開始逐步更新?lián)Q代，5G不僅帶給了我們更快的下載速度與信息加載體驗，更是人工智能與自動駕駛等高科技的基石。如今，我們時不時就會接到運營商打來的5G套餐推銷電話，他們會用盡各種辦法讓你升級套餐，以在5G市場中占優(yōu)勢。不僅是運營商，所有互聯(lián)網(wǎng)公司都在爭奪通信行業(yè)的龍頭寶座，但誰能成為新的領(lǐng)頭羊，至今還未有定論。

可別管他們怎么爭，通訊行業(yè)發(fā)展至今，最重要的根基不是運營商，不是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，而是香農(nóng)公式?？梢哉f，如果沒有香農(nóng)公式，我們現(xiàn)在或許還活在“車馬很慢，書信很遠”的“從前慢”時代。當(dāng)然，這個很慢也沒有那么慢，畢竟我們現(xiàn)在有了高鐵，而高鐵技術(shù)的發(fā)展，得益于另外一個公式。

此時，我們還是說回香農(nóng)公式。這個公式，就是用他的提出者克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)的名字命名的。香農(nóng)發(fā)展了信息論，在信息論的指引下，人類才得以進入數(shù)字通信時代。我們能用計算機傳遞信息，能通過網(wǎng)絡(luò)在線觀看或者下載電影，能毫無障礙地刷各種各樣的短視頻……這一切都建立在香農(nóng)公式之上，香農(nóng)公式徹底改變了我們的生活。

再舉一個例子，比特幣，相信大家也不陌生。自從2019年正式誕生以來，這種依據(jù)特定算法和大量計算產(chǎn)生的虛擬貨幣市值一路水漲船高，2021年11月10日，一枚比特幣的價格甚至逼近6.9萬美元。

不過我們在贊嘆比特幣“值錢”之余，可能不太清楚，支撐比特幣產(chǎn)生這么大影響力的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之一，竟然是高中時期人人都學(xué)過的橢圓曲線方程——比特幣能誕生和流通，不可或缺的一點就是它有極佳的保密算法，而這種保密算法，就是基于橢圓方程形成的。

計算機程序通過橢圓曲線選取密鑰對，由私鑰計算出公鑰。公鑰加密，私鑰解密，利用橢圓曲線對數(shù)據(jù)進行簽名驗證，這個過程使交易、簽名和認證變?yōu)榱丝赡?，保證了比特幣的安全。

這聽起來是否會有些晦澀難懂？其實我們可以簡單地將其理解為，橢圓曲線是籠罩在比特幣世界的一層高壓電網(wǎng)，這層“高壓電網(wǎng)”，起碼可以隔絕百分之九十九的黑客攻擊。

看了這兩個例子，大家應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，之所以有人宣揚數(shù)學(xué)無用論，只不過是因為他們只看到了數(shù)學(xué)最淺顯的表層，還沒有達到能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)的高度。

借用前陣子火過的一個梗來解釋：“有些人只看到了第二層，就把數(shù)學(xué)只想成了第一層，實際上，數(shù)學(xué)是第五層”，這“第五層”，是有些人終其一生，墊著腳都夠不到的高度。

無論我們是否喜歡數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)都在不斷改變著我們的生活和我們的世界。這或許就是我們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)最根本的理由。

不過，我相信，任何一個不喜歡數(shù)學(xué)的人，都會因為這本書而愛上數(shù)學(xué)。因為它寫出了數(shù)學(xué)的美感，描繪出了數(shù)學(xué)的故事，它至少讓你知道，每一個數(shù)學(xué)公式，都是一句我們理解世界、理解宇宙的語言。