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数学与哲学
刘建亚
()山东大学数学科学学院 250100
编者按 刘建亚是我国著名的数论专家,山东大学数学学院院长.普林斯顿大学沙纳克教授评
论:“在中国的研究者中,他是唯一能将经典解析数论和当代自守形式成功结合的人”.刘建亚教授经常对学生讲:“一生中一个人只要认认真真地干好一件事就足够了,可以用10年、20年的时间去想”这件事.这件能让刘建亚“就是数学.10年、20年去想的事”
刘建亚教授对中国传统文化,特别是书法有着精深的造诣,他的字堪称一流.本刊全文刊登刘建,以飨读者.亚教授的公众报告“数学与哲学” 我为什么选择这个题目呢,并不是因为我真懂哲学,恰恰因为不懂哲学,待会儿我会给出理由.哲学,谈起来比较随意一些,数学不可以.演讲里面的观点,很多是我个人的体会.要谈数学和哲学,只能在哲学层面上谈,不能在数学层面上谈.今天我所谈的话题如果诸位谁有不同意,我会非常高兴.因为哲学就是这么一回事,大家都同意说明我什么都没说,很多人不同意才表明演讲成功了.
演讲分为四个部分:科学与哲学;数学作为科学;数学文化人;哲学指导.1 科学与哲学1.1 什么是哲学
哲学这个词是从希腊过来的,在希腊语里,本意是热爱智慧.所以有人问什么是哲学,我这个演讲回答不了这个问题.因为哲学家本身对这个问题看法不一样,所以我也别再引起进一步的混乱了.
哲学的研究对象是什么呢?研究一般的基本问题,这些问题是关于物质与存在,关于知识,关于价值,关于推理,关于头脑,关于语言.但也不是所有的哲学家都这么看:比如说有的哲学家认为哲学就只剩下语言学可研究了,因为语言学之外的问题都是语言学派生出来的问题.哲学研究的方法跟其他学问的研究方法有点不一样,哲学采取批判性的一般系统性的方法,基于逻辑
推理或基于可靠的合情推理.1.2 什么是科学
与哲学不太一样,科学可以找到一个字典式的定义.科学家关于自己的这门学问大体上是研究成功的,有一个相对一致的看法:科学就是这么一项事业,他是基于对知识的一种重组,一种可以检测的一种解释(intheformoftestableex -),科学强调的是可证伪性(),testablelanationsp
而且还可以对自然界发生的事情进行预测.()redictionsaboutthenaturalworld p
1.3 科学与哲学的区别
哲学没有字典式的定义.所以要想知道哲学是什么,唯一的办法就是自己研究哲学,除此以外没有其他.关于哲学的研究领域和研究方法都有非常不同的理解,甚至都引起很多论战.哲学说好听叫思辨,实际上和做了个梦差不多.
科学并不悬,研究的是我们知道的事,可以猜想.
从图来看,科学是在某个范围之内讨论已经知道的事情.哲学则是站在这个黄色的边上往外看,试图看见科学不知道的事.
所以我理解科学和哲学是有分工的,没有分工会导致很大的混乱.
科学有范围,在范围里面做是有边界的.哲学则取决于个人,不同的人可以做出不同的哲学.很难说有两个数学,有两个物理.
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数学通报 2012年 第51卷 第5期
哲学好像挺玄,但是实际上任何人都不可能
学地位非常像艺术.各位请看,人文艺术,人文社科艺术就在这一行里边,经济学非常接近社会,在接近社会科学这一层,历史有人认为是社会科学,有人认为是形而上学.但是没有人认为艺术是社会科学,所以艺术跟哲学也不算社会科学,所以数学就很像艺术这一类,数学实际上有很多艺术行为.
数学有什么特点呢?数学是在公理体系上逻辑生长出来的.公理体系就好像是个地基,满足相容性、完备性和性.一旦这个公理体系选定之后,这个大厦就逻辑地往上增长.有一个问题,这公理体系是怎么来的?这大概是数学跟现实世界从开始唯一的联系.公理体系来自于个人与自然的观察,或者是来自于个人的体会.公理体系产生了之后,人跟自然就不大接触了.
逃避哲学,哲学与你同在.即使你想逃避哲学,哲学也会跟着你.为什么呢?我认为哲学的起源:人最终都会死.试想,人是(大家可以不同意)人不死,我们就不需要追求真理,也不需要追求规律.因为犯了错也不用改,从任何一个时刻往将来看都是无穷大的.
人为什么要寻求规律呢?最根本的原因是人的生命是有限的.原来人们认为宇宙是无限的,但现在看来不是很对,但无论如何宇宙感知起来还是非常吃力.所以用一个有限的生命去了解这样一个世界,就需要规律.在相似的前提之下应该有相似的结果.否则完全不可预测,就永远无法了解这个未知的世界.
所以需要规律,需要探求真理,需要知道怎么样做才可以探求真理,人生才有意义.人的生命是有限的,到死的那一刻前面做的一切,就是人生的意义.所有这一切的根源就是人要死.所以假如真有上帝的话,上帝永远不死,很难说他会对哲学感兴趣.
但是哲学不能解决一切,哲学不解决来世的问题,解决不了,哲学也不解决灵魂的问题,也不解决幸福的问题,并不是说哲学家都很幸福,相反哲学家都是很不幸福.
在探求真理的方法中,数学方法是比较可靠的.
2 数学作为科学
什么是数学?数学是一门科学,数学的地位是什么样的呢?
我把这个形式画到这里了,越往上越抽象,数学的地位基本上是这样,越往下看,化学生物依赖于实验,跟世界比较紧密,物理比化学生物稍微抽象一点,天文比物理抽象一点.
数学跟哲学比较抽象,可以算作是形而上对此,不同的哲学家有不同的观点)形而上学.(
学就是关于形而上的这么一种学问,是抽象的学问.
数本身是自然界没有的,自然界有三个人三张桌子,但是没有三.而人们都知道三是什么,这就是抽象.所以数学从一开始就不是具体的,就是形而上学.
天文物理化学生物,是研究自然世界的.数
因为欧式几何的第五公设人们想证明也证明不了,后来发现第五公设的否定会产生不同的几何学.请大家看这个,这是在迪拜盖的三个离奇的塔,但是能够说明咱们三种几何学.三种几何学最基本的公理体系有一点不一样,也就是说地基不一样,地基一旦定好之后,大厦就会逻辑的生长.有三个不同的公理体系就有三个不同的大厦,大厦的内部没有矛盾,都是协调的,但是大厦之间的结构是不一样的.
三种几何各有各的用处:欧氏几何适用日常生活,罗氏几何适合宇宙空间或原子核世界,黎曼几何适合地球表面航海.
数学跟哲学有什么区别呢?从研究方法看有很大的不一样,哲学的研究方法就是臆测、思辨,可以有各种各样的来源.在文化大期间,我上小学、初中.到结束的时候,我的
2012年 第51卷 第5期 数学通报初中就差不多结束了.那个时候,我看了很多批判文章.实际上,那些文章在哲学上辩论是不可能的.大批量文章可以写的很长,可以写20页,但是方法就一个:你的观点是这样的,我的观点是那样的,我是对的,你跟我不一样,所以你不对.
数学的研究方法是逻辑研究.和自然科学不一样,数学也做试验,也做归纳,完了要补一个逻辑演绎证明的这样一个步骤.而自然科学,比如物理化学做完试验就归纳,归纳完了就完了,没有什么逻辑证明,一般是没有.
举个例子,比如说哥德猜想.哥德自己做了很多试验,偶数拿过来算算,一直算到算不动,他相信这个偶数大了就能写成素数之和,试验完了就猜想,这就是哥德猜想.但在数学当中,只要是猜想就不算结束,还得证明.从猜想到证明这一步是最大的,证明完了之后才叫定理.所以哥德猜想不能叫定理,只是一个猜想,到现在也没有证完.
自然科学也做试验,做完试验就提一个猜想,这个猜想不用证明,基本上这个猜想就可以叫做定律.验证这个定律是不是对的,部分是作者的事,部分是全世界人民的事情.所以所有的定律永远处在被检验的状态,因为没有逻辑证明.所有的定律也有可能是错的,所以这个定律就是猜想.
去体检的时候,照完透视,会拿到一个检验报告单,某某X光报告单上面会盖个戳.假如没什么毛病,上面会写上心肺未见异常.大夫没说你心肺正常,这就是说他没有看出来你有什么毛病,就是说到现在为止没看出来有什么毛病.定律,就跟你那个心肺未见异常一样,永远处在被检验的过程当中,这就是定律和定理最大的区别.定律就是猜想.
然而试验是非常危险的.有人认为如果老做试验总得到同一个结果,自己就相信了.但在逻辑上仍然处于被检验的地位.下边这个例子就说明,试验是有危险的.这个例子很简单,我说物理学家相信所有的奇数都是素数,为什么?你先看三,第一个奇数是三,再看五,五也是,再看七,七也是,下一个看九,一看九不是,九不是怎么办,那就先不看九,看后面的,一看十一,
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十一也是,十三也是,回过头来再看九没准儿我们做试验做错了,因此做了六回试验有一回是出错的,有五回得到我们预料的结果,因此所有的奇数都是素数.听起来很荒诞,但是所谓的自然科学就是这么研究的.有的试验很容易,扔钢镚,一天可以扔一万回,只要你有力气就可以.但是有的试验做一回要很长时间,不一定能够做五回.所以试验是很有讲究的.
这个例子说到了自然科学家的痛处.有一次我跟几个物理学家和化学家出差,在飞机上就聊起这事,说起学科差别,我没憋住把这俩笑话给他们讲了.讲完了之后,一个永远是温文尔雅的物理学家听了顿时勃然大怒,在飞机上就跟我吵了起来.后来我一想,这个例子是伤了物理学家的心,看来是点到了物理学家的痛处,点到了实验科学的痛处.所以试验是有危险的,试验总结出来的定律永远处在被检验的地位,所以刚才我说的哥德猜想就是哥德定律,什么都不算.在奇数的情形,所有不小于7的奇数都是3个素数之和,这件事已经被证明了,基本上说来,这就是这三位数学家做的伟大的工作,这是,,和VHardLittlewoodinoradov.yg
哥德猜想有一个关于偶数的猜想,一个关于奇数的猜想,奇数的猜想已经变成定理了,偶数猜想还是定律,还不是定理.所以这是数学和自然科学的一个差别.
数学跟人文社科之间有什么差别呢?从学术体系上说,数学的公理是明确的,就是假设什么不假设什么,都说的很明白,方法是公认的.因此在数学领域人人平等,别管是岁数大岁数小,大家的地位是平等的,数学这门学问最容易大家平等.但人文或者社科有很多特点,首先是公理不明确的,假设什么不假设什么通常都没有明说.可能是学科的原因吧,那本来就说不明.方法很灵活,为了证明别人不对,可以引用他二舅说的一句话都可以.你要是想把这个学说应用于
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数学通报 2012年 第51卷 第5期
来看,时间和空间都是有限的.
先说宇,宇有限.空间里面所存在的基本粒子总数,都是可以算出来的,整个宇宙空间所存在的基本粒子总数,其中包括质子、中子,以及中微子和没有静止质量的光子不超过10的80次方.
再说宙,宙有限:宇宙的年龄<150亿年.
也就是说从大爆炸算起到现在也就150亿年.
为了说明这门关于无穷大的学问有强大的思想力,我给大家举一个有趣的例子.大家知道伽利略是个非常了不得的物理学家,我们看这个最伟大的物理学家做了些什么?他不是在体育操场扔铅球吗?这事他确实干过,而且还不是扔了一回,扔了很多回.伽利略已经注意到,如果平投铅球,力度越大,铅球的落地点就离塔根越远.伽利略做的另一个著名的实验是自由落体实验.
物理试验的缺点是,少了点数学强大的思想力.牛顿从这个试验出发考虑,如果平投的力量足够大的话,这个球围着地球转圈就回不来了,因为地球是圆的.这是牛顿率先发现的,不是伽利略.
社会的话,就很容易出现谁官大谁有理.从学术体系上说,数学在一个体系内是自洽的,所以矛盾的结论至少有一个错误,当然有可能两个都是错的.因此数学家之间一般来说是互相欣赏的,你可以不喜欢某个数学家,但是你不能肆意诋毁他的数学,他的数学只有对与不对,你不能说你不喜欢他的数学.你不喜欢他的数学,他的数学也是对的.所以数学家之间很少相互攻击.
在人文社科领域,本身就是不自洽的,矛盾的结论可以共生,甚至于自己跟自己都可以有矛盾,这是允许的.在人文社科领域,经常有商榷,经常争鸣.数学中很少见谁和谁商榷,两个矛盾的结论至少有一个不对.有一句比较难听的话,是一位著名的哲学家说的:我是靠着对手身上的污垢过日子的.在当代,在黑格尔以后,如果你想成为一个大的哲学家,你不批判黑格尔是成功不了的.整天歌颂黑格尔是没有任何希望的,所以一定要争鸣一定要商榷,争鸣商榷成就了一批大哲学家.
在数学界,如果整天要骂高斯可能就比较麻烦.这有两段对话,可以某种程度上反映这件事.大家知道,拉格朗日和拉普拉斯是两大数学家,也是两个天体力学家,两人都写过关于天体天体力力学方面的著作.拉格朗日的著作叫做《,拉普拉斯的著作叫做《,都是宇宙体系论》学》
名著.拿破仑是两人的好朋友.这个皇帝曾经问过两个人同一句话:在你关于宇宙体系的书中,怎么竟然没有提到上帝?这问题很有意思.拉格朗日说,引入这个假设,我们会得出许多更有趣的结论.拉普拉斯就说的更直接:我不需要这个假设.
3 数学文化人
数学文化人是什么样的,很难说.数学对人有什么影响呢?第一,数学有强大的思想力;第二,数学使人周密;第三,数学使人;第四,数学使人不器.3.1 数学有强大的思想力
要说数学给人以强大的思想力,简单的原因是只有数学能够处理无穷.为什么处理无穷显示强大的思想力呢?因为宇宙是有限的.
《说文解字》说,上下四方曰宇,古往今来谓宙.即宇=空间,宙=时间.用天体力学的观点
牛顿是把伽利略的观察推到了极致,推到了极限,因此牛顿是个伟大的数学家.这个例子我认为可以体现数学强大的思想力.3.2 数学使人周密
培根在《论说文集》中写道:
读史使人明智,读诗使人灵秀,数学使人周密,科学使人深刻,伦理学使人庄重,逻辑修辞使人善辩,凡有所学,皆成性格.3.3 数学使人
数学确实是使人的一门学问,如果你认为真有一个上帝的话,无论他是自然的精神还是
2012年 第51卷 第5期 数学通报一个人格化的上帝,数学本质上是数学家跟上帝之间的对话.
做数学研究的人是非常孤独的.很热闹,跟唱戏似的人做不了数学研究.数学就是康德所说的那种仰望星空.所以数学是使人的.作为副产品,数学家总是处在社会的边缘.数学学问决定了我们不属于社会的中心,不能改变社会,也不能带来财富.所以诸位同学要认识到,学习数学虽然有很多好处,也有很多不好的地方,做数学你是当不成政治家和商人的.但是不做数学,凭着数学素养你可以打天下,没问题.3.4 数学使人不器
为什么这么说呢?因为数学是思想,是一股强大的思想力.它不是工具,或者说不只是工具.
孔子在《论语》里说到,君子不器.意思是说,君子不是一个简单的瓶子,不单单用来装水;也不会就像一个螺丝钉一样,拧到哪里就在哪里闪闪发光.君子应该在很多方面,都有领悟,有作为,而且是有思想的.意思是说,真正有能力的人不会去做具体的事情,知识分子的最高使命是价值的承担者.
君子不器,也有缺点,就是专业不太明朗.比如问,孔子的专业是什么?射箭的?弹琴的?老师?好像都不太贴切.
数学就是门不器之学.
4 哲学的指导
哲学的指导的地点是在科学未及的地方进行臆测.
站在这黄线上往外看,可以随意想象,这很安全,后来改变主意,自己跟自己矛盾这都无所谓.
对于内部,对于科学已经有的定论本身别臆测,别指导.当然对这个定论之间的关系仍然可以臆测,没有关系.
科学家和哲学家打架,哲学家就没有赢过.举个例子,大家都知道Zeno悖论:Achilles跑得再快,也追不上乌龟.实际上这件事要是用初中高中数学的语言很容易说清楚,为什么呢?Achilles的速度假如是乌龟的10倍,当Achilles
/跑到乌龟的位置的时候,乌龟就又往前跑了1/10了,Achilles跑了110的时候,乌龟又跑了
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///1100了,就这样,因为1+110+1100+…都
加起来,Zeno不知道这个等于多少,所以你看这个过程永远也就终止不了.但是现在我们知道,这个无穷级数加起来不等于无穷,Zeno不知道这个等于多少,很多哲学家也不知道等于多少,觉得这个题很难.我们知道,等于九分之十.也就是说,时间很快就过去,过去之后,Achilles就超过乌龟了.所以科学有定论的地方,哲学就别指导了,否则添乱.
黑格尔是伟大的哲学家,他也不是永远都英明.我讲一个他丢人的故事,当时已经知道太阳系有七颗行星的时候,很多人都在找第八第九颗,包括高斯.黑格尔写了一篇文章说,你们这帮家伙都特愚蠢,不要试图找第八颗行星了,因为只要稍稍留意一下哲学就立刻会明白,太阳系只能有7颗行星,不能多也不能少.
好几百年人也没明白他的说法.因为哲学是个人的学问,人跟人的哲学不一样.就是你的哲学只能指导你,你别拿你的哲学指导你儿子,你儿子可能勃然大怒,你别拿你的哲学指导你邻居.我们为什么不喜欢美国人,就是因为美国人老拿自己的哲学指导我们,指导的我们十亿人都不高兴.所以哲学的指导一定要记住,被指导的对象是你自己,你别拿你的哲学去指导别人,当然别人拿别人的哲学指导你,你有权勃然大怒,指导的范围是科学之外,科学有定论的事哲学就别指导了,越指导越乱.
我给大家报告一下另眼看数学,就是别的学问家是怎么评价数学的.
罗素说,为了建立一个健康的哲学,应该抛弃形而上学,当一个好的数学家.(Toreate c ahealthhilosohouypy p yshouldenounceeta r m-hsicsuteood b b a gpy
)他所说的形而上学的意义跟我mathematician.刚才说的不太一样,指的是哲学基本上可靠的内容,就是来自于数学,这是他的原话.天文学说数学是唯一好的形而上学,抽象的学问当中只有数学是好的,其他的全是臆测、胡说.
(下转第11页)
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,N,UThecaseofmathematics.HillsdaleJSA:Lawrence Erlbaum.1986
,M.A.P’kimonrosectiveelementarteachersnowlede8 S pyg
,P.C,&T.N.Mdivision.InG.Bookerobbendicutiof (),PEds.roceedinsofthe14thPMEInternationalConfer -g,ence1990.313~320
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(上接第5页)
我们看爱因斯坦,我取了爱因斯坦的两段话,第一段话是这么说的,数学归根结底只是人类思想于自然的创作,……但是这种创作为什么这么令人尊重的
切合于实际呢?这是他作为物理学家一直在问的问题,他还有一句很有名的话,我非常欣赏:只要是数学的定律不涉及自然,就是确切的,只要他是确切性的时候,他就不说自然.意思是,把数学跟现实事件贴合的时候,贴合不了那么好,
所以最后出现了不确定情况.这是他作为物理学家一个很深刻的体会.
达尔文说,任何发现在形式上都是数学,因为离开了数学我们没有其他的向导,我们没有其他的导引,只有数学才是这种新发现的导引.
这是几位著名的科学家在他们科学研究当
中对数学的理解和评论.我就汇报到这,谢谢大家!
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