數(shù)學

前言

現(xiàn)代科學與發(fā)明的關(guān)鍵性進展建立在一些看似簡單卻具真知灼見的想法之上，那就是——科學技術(shù)與人們的生活息息相關(guān)。事實上，它們也正是我們探尋這個世界的秘密、重新塑造這個世界的一部分，也在某種程度上改變了人類的生活。在一百多萬年前，現(xiàn)代人類的祖先開始將石塊制成工具，這樣他們便可與周圍的食肉動物競爭。大約從3.5萬年之前開始，人類開始在巖洞的石壁上繪制精美的壁畫與其他手工藝品，這些都表明技術(shù)已與人們頭腦中的想象、與人們所操的語言交融在一起，一種嶄新的躁動難安的藝術(shù)世界的帷幕漸次拉開。人類不僅僅在塑造著他們所處的世界，還用藝術(shù)的方式去表現(xiàn)它，用自己的頭腦去思考，思考世界的本真及其含義。技術(shù)是文化的基本組成部分。許多地方的神話傳說中都有一個叛逆者的形象，他輕而易舉地摧毀了既定的順序，而代之以令人耳目一新的、飽含顛覆性的可能。在許多神話里，都可提煉出這樣一個例子：一個叛逆者，例如一只來自美國的山狗或是烏鴉，從上帝那兒偷來了火種，并將它交到人類手上。所有的技術(shù)工具，無論是火、電還是鎖在原子與基因中的能量，都如同一把雙刃劍，仿佛從那個叛逆者手中接過來似的，它們發(fā)出的能量既可以治愈人類的創(chuàng)傷，又可以給人類致命的一擊。一個技術(shù)的發(fā)明者常常會從科學發(fā)現(xiàn)中尋找靈感。就像我們所知道的一樣，當今的科學遠比技術(shù)要年輕，回溯歷史，便可發(fā)現(xiàn)它起源于大約500年前的文藝復興時期。在那個時期，藝術(shù)家與思想家們開始系統(tǒng)地探尋自然的秘密；而第一個現(xiàn)代科學家，例如列奧納多·達·芬奇（Leonardo da vinci，1452—1519）與伽利略·伽利萊（Galileo Galilei，1564～1642），在一些器具的幫助下，通過做實驗，拓展了人們對于物體在空間中的位置的認識。緊接著，一場革命性的解放運動轟轟烈烈地展開了，最具代表性的則是以下幾位天才：在機械制作與數(shù)學方面有著卓越貢獻的艾薩克·牛頓（Isaac Newton，1643—1727）；發(fā)現(xiàn)生物進化規(guī)律的查爾斯·達爾文（Charles Darwin，1809—1882），在相對論與量子物理方面有著開創(chuàng)性貢獻的阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）以及現(xiàn)代基因?qū)W的鼻祖詹姆斯·D.沃森（James D.Watson，1928—）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916—2004）。當今科技領(lǐng)域新出現(xiàn)的基因工程、微縮工藝以及人工智能等各領(lǐng)域都有著能夠獨當一面的主導者。像牛頓、達爾文以及愛因斯坦這些鼎鼎大名的名字都能夠緊密地與那些科技革命聯(lián)系在一起，這些革命代表了現(xiàn)代科技中作為個體的人的重要性。這一系列的每本書都遴選了10余位在科學技術(shù)方面作出杰出貢獻的先鋒者，并將目光集中在他們的人生與成就上。每一本書都開辟了一個新的領(lǐng)域：海洋科學、現(xiàn)代遺傳學、現(xiàn)代天文學、法醫(yī)學與數(shù)學模型。盡管最早的開拓者起到了重大的作用，但這套書所論述的重點則是20世紀以來甚至是當今的研究者們。每一卷的傳記都按照一定的順序排列，這種順序反映了作為個體的研究者們的重大成就的變化過程，但是他們的人生經(jīng)歷常常是枝蔓纏繞，不那么容易一下子看清的。每個人的具體成就都離不開他們當時所處的環(huán)境，也離不開他們工作中的協(xié)作者以及給他們的研究提供幫助的外界力量。牛頓有一句名言：“倘若說我能（比其他人）看得更遠，那是因為我站在巨人的肩膀上?！泵恳晃豢茖W家或發(fā)明家的成就都不是無源之水，而他們甚至要經(jīng)過一個跟前人暗暗較勁的過程才能超越他們。作為個體的科學家與發(fā)明家也與他們的實驗室的其他同事乃至別的地方的人發(fā)生著種種聯(lián)系，有時還得益于廣泛的集體的努力，例如20世紀末啟動的政府贊助與私人贊助，它們?yōu)槿祟惢蚪M的研究提供了一些細微的幫助?？茖W家與發(fā)明家們不但影響著經(jīng)濟、政治與社會力量，反過來也受著它們的影響。在本書所屬的這個系列中，科學和技術(shù)活動與社會制度的發(fā)展之間的關(guān)系也是一個重要的議題。在傳記之外，本書還備有擴展閱讀，提供了另外一些特定的研究對象。每一章后面都附了一份年譜以及擴展閱讀的建議。除此之外，在每本書的末尾還附有學科發(fā)展年表。在書中還插入了以下一些工具條，以便給我們提供一種更好的視角，從而更快地進入到那個由科學家與發(fā)明家共同構(gòu)建的世界中去：相關(guān)鏈接：描寫一些具有個性特征的工作與科技發(fā)展的聯(lián)系親歷者說：為發(fā)現(xiàn)與發(fā)明提供第一手資料爭論焦點：對由發(fā)現(xiàn)與發(fā)明所引起的科學或倫理問題的探討其他科學家：描述的是一些在這項工作中起到重要作用的人相關(guān)發(fā)明：展示了一些與之類似的或相關(guān)的發(fā)明社會效應：提供了有關(guān)發(fā)明創(chuàng)造對我們所在的社會或個人生活的影響的相關(guān)訊息科學成果：解釋了一名科學家或發(fā)明者如何應付一項具體的技術(shù)上的難題或者說挑戰(zhàn)未來趨勢：描述了隨著時間的變化，這些技術(shù)所發(fā)生的進展，相關(guān)的一些數(shù)據(jù)也在此處被公布在這套書中，我們講述的是人類不斷尋求真理、勇于探索、不懈創(chuàng)新的故事，我們也希望親愛的讀者能夠被這些故事所吸引、鼓舞，得到一種潛在的力量。我們希望能夠給讀者鑄造一座橋梁，一起走進科學與發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的世界，并且能夠盡情游弋于這個廣闊的世界中，在其中找到內(nèi)心更深刻的共鳴。

內(nèi)容概要

　　數(shù)學是描述自然與社會強有力的模式。哈里·亨德森用生動的筆調(diào)展現(xiàn)了現(xiàn)代數(shù)學發(fā)展中的重要里程碑。他在書中精要地勾勒了十位科學先鋒里程碑式的科學發(fā)現(xiàn)，還帶領(lǐng)讀者走進科學探索的幕后，呈現(xiàn)了他們與眾不同的生活方式和真理背后鮮為人知的精彩故事。

作者簡介

作者：(美)哈里.亨德森 譯者：王正科 趙華哈里·亨德森是一位撰寫科技、計算機技術(shù)、數(shù)學、傳記和歷史圖書的作家、編輯。他曾在Facts On File出版公司出版過《在計算機與電子太空中的就業(yè)機會》、  《信息時代的私密空間》、《現(xiàn)代數(shù)學》(被紐約公共圖書館評為1997年最佳“青少年圖書”)?！队嬎銠C科學技術(shù)百科全書》被《選擇》雜志重點推薦。

書籍目錄

前言鳴謝簡介1.自然如何計數(shù)——來自比薩的萊昂納多發(fā)現(xiàn)斐波那契數(shù)列十分有用的阿拉伯數(shù)字實用數(shù)學數(shù)學在歐洲的復興數(shù)論其他科學家：阿拉伯數(shù)學家們關(guān)于兔子的問題自然界中的斐波那契數(shù)列黃金比率這是一種內(nèi)在的和諧嗎？相關(guān)鏈接：數(shù)學與古希臘的哲學萊昂納多的遺產(chǎn)生平年表擴展閱讀2.自然模式發(fā)現(xiàn)者的工具——卡爾·皮爾遜與統(tǒng)計學一個自由思考的頭腦科學的規(guī)范其他科學家：弗朗西斯·高爾頓統(tǒng)計的工具優(yōu)生學與高爾頓實驗室爭論焦點：實驗的評估爭論焦點：科學的政治用途皮爾遜的晚年生活生平年表擴展閱讀3.猜測與模擬——約翰·馮·諾伊曼讓電腦轉(zhuǎn)起來來自名城的少年天才最初的職業(yè)選擇對物理學和數(shù)學的貢獻經(jīng)濟學與博弈論爭論焦點：馮·諾伊曼與原子彈對計算速度的追求數(shù)字計算機的誕生研究自我復制的自動機艱難的命運其他科學家：斯坦尼斯洛·烏拉姆生平年表擴展閱讀4.微妙的均衡——約翰·納什與博弈論一個與眾不同的孩子走向數(shù)學的道路普林斯頓的生活博弈論與納什均衡人生的低谷親歷者說：令人發(fā)怒但又聰明絕頂瀕于崩潰的邊緣在那些陰暗的日子里相關(guān)鏈接：數(shù)學與瘋狂頑強的站起來手捧諾貝爾獎杯生平年表擴展閱讀5.永無止境——本羅特·曼德爾布洛特開啟了分形世界的入口在戰(zhàn)爭的陰影下學習不同尋常的數(shù)學道路不可思議的聚合混沌與分形曼德爾布洛特集應用價值的發(fā)現(xiàn)相關(guān)鏈接：制造分形與應用分形其他科學家：克里斯朵夫·斯庫茲分形學的大眾化親歷者說：自我與需求？曼德爾布洛特的成就生平年表擴展閱讀6.站在蝴蝶的翅膀上——愛德華·洛侖茲與混沌理論云朵與計算天氣預報與氣象學預測天氣的新方法難道是計算機瘋了？天氣預報的局限未來趨勢：當今天氣預報的發(fā)展趨勢混沌的實驗演示奇異吸引子其他科學家：米歇爾·費根鮑姆混沌：一種新的范式獲得認可爭論焦點：理論與時尚生平年表擴展閱讀7.“涌現(xiàn)”的游戲——約翰·康威，“生命”與其他游戲“我想要成為一名數(shù)學家”劍橋與超實數(shù)在24維空間之中難題與娛樂生命游戲沒有終點的生命？十分怪異的生活其他數(shù)學家：馬丁·加德納其他數(shù)學家：威廉·格斯伯生平年表8.從宇宙到大腦——羅杰·彭羅斯揭示隱含的內(nèi)在聯(lián)系一個人才輩出的家族轉(zhuǎn)向數(shù)學研究數(shù)學物理學黑洞與霍金扭曲的空間與精巧的鋪砌其他科學家：斯蒂芬·霍金意識的物理本質(zhì)相關(guān)鏈接：相對論和量子力學的統(tǒng)一大腦是一架量子計算機嗎？爭論焦點：彭羅斯和他的批評者們主要成就生平年表擴展閱讀9.人工進化——克里斯朵夫·蘭頓創(chuàng)造虛擬生命當一個業(yè)余愛好者獲得了一臺電腦之后發(fā)現(xiàn)“生命”遺傳編程緊跟馮·諾伊曼的腳步蘭頓環(huán)尚未命名的領(lǐng)域虛擬蟻群相關(guān)發(fā)明：人工生命與計算機動畫信息就是生命洛斯·阿拉莫斯會議相關(guān)鏈接：人工智能與人工生命人工生命與意識生平年表擴展閱讀10.一種新的科學——斯蒂芬·沃爾夫勒姆與通用自動機少年物理學家在加州理工學院研究計算機研究細胞自動機開發(fā)Mattlen]atica數(shù)學分析軟件通往復雜性的捷徑相關(guān)鏈接：沃爾夫勒姆思想的應用通用自動機一種新的科學爭論焦點：沃爾夫勒姆的工作是偽科學嗎？評價沃爾夫勒姆的科學生平年表擴展閱讀學科發(fā)展年表譯者感言

章節(jié)摘錄

自然模式發(fā)現(xiàn)者的工具——卡爾·皮爾遜與統(tǒng)計學根據(jù)傳記作家海倫·沃克（Helen M.walker）的描述，卡爾·皮爾遜（Karl Pearson）能夠憶起的童年時代的第一件事情是：某個成年人告訴他最好不要吮吸自己的大拇指，否則大拇指可能會萎縮。小卡爾坐在高高的椅子上，把自己的兩只大拇指放在一起，經(jīng)過仔細地觀察，發(fā)現(xiàn)被吮吸過的大拇指并不比另一個沒有被吮吸過的大拇指短。他認為這個證據(jù)并不支持這個成年人的主張。皮爾遜漸漸地長大，并成為現(xiàn)代統(tǒng)計學的奠基人?，F(xiàn)在，科學家們可以使用統(tǒng)計方法去判斷觀察實驗結(jié)果的顯著性。一個自由思考的頭腦皮爾遜于1857年3月27日出生于英國倫敦。他的父親威廉是一位律師，家境相對富裕。皮爾遜的父親篤信教育的力量，認為教育是確保人生道路上獲得成功的最穩(wěn)妥的道路。因此，他迫切希望并督促卡爾和他的哥哥亞瑟努力學習。然而，威廉和他的妻子芬妮之間關(guān)系不和，而男孩們的成長更容易受到母親的影響。少年時的皮爾遜是一個聰慧的學生，但是身體卻比較孱弱，曾因健康問題退學回家。后來他被送到一個補習學校，花了一段時間，獨自一人準備大學的考試。1875年，皮爾遜得以師從當時的數(shù)學名師勞斯（E.J.Routh）學習數(shù)學。盡管皮爾遜當時并沒有準備好去接受那些高年級學院的學生才能接受的數(shù)學訓練，但是他從勞斯那里獲得了對于彈性數(shù)學的興趣。直到皮爾遜后來轉(zhuǎn)向統(tǒng)計學，彈性——這個源自物理學中的數(shù)學問題一直是他主要的研究興趣。盡管皮爾遜沒有如愿以償?shù)剡M入劍橋大學三一學院，卻進入了他的第二志愿——劍橋大學國王學院。在那里，皮爾遜的專業(yè)是數(shù)學，他通過一系列艱難的考試，以第三名的優(yōu)秀成績獲得了學士學位。然而事實上，國王學院對文學和人文教育的重視，遠勝于數(shù)學和科學教育。當時，皮爾遜對于哲學，尤其是德國哲學的興趣與日俱增。皮爾遜的優(yōu)秀學習表現(xiàn)為他贏得了一筆獎學金，得以在德國繼續(xù)深造。在那里，他并不把自己的興趣局限于數(shù)學。1881年他獲得了從事法律工作的資格后，他還廣泛學習了物理、生物、歷史、德國古典文學、藝術(shù)、社會與政治科學以及哲學。他還讀到了卡爾·馬克思（Karl Marx）的著作，這位偉大學者的經(jīng)濟理論給皮爾遜留下了深深的印象，以至于他把自己名字的首字母改為和卡爾·馬克思一樣（即從原來的Carl改為Karl）。總而言之，皮爾遜擁有廣泛的智力興趣和能力，這些表明他幾乎是一位文藝復興時期百科全書式的人物，對于真理的好奇心促使他去探索一個又一個的學科領(lǐng)域。獲得博士學位后，皮爾遜回到倫敦。滿懷激情的皮爾遜組織了一個俱樂部，可供青年男女自由討論各種問題。與當時流行的法國巴黎的知識分子沙龍不一樣，這個俱樂部允許青年男女們自由地討論各種政治和哲學問題，絕對沒有維多利亞時代經(jīng)常出現(xiàn)的“討論中被陪護打斷或阻撓”的現(xiàn)象發(fā)生。皮爾遜在俱樂部的討論中討論的問題范圍很廣，從馬丁·路德（Martin Luther）到斯賓諾莎（Spinoza）的哲學，再到卡爾·馬克思的社會主義，無所不包。皮爾遜在俱樂部中獲得了大量社交機會。1890年他在俱樂部中遇到了瑪麗亞·夏普（Maria Sharpe）小姐，瑪麗亞后來成為了他的妻子。和他在科學上的精深造詣一樣，皮爾遜寬厚的人文素養(yǎng)，也能從他的各種著作中得以窺見。他寫過一部小說、一部戲劇和大量的散文，比如《自由思想的倫理》（1888年）和《死亡的際遇及進化論的其他研究》（1897年）?？茖W的規(guī)范1884年，皮爾遜任倫敦大學應用數(shù)學與力學系教授，開始了他的學術(shù)生涯?！傲W”研究物理系統(tǒng)的運動。皮爾遜接手了一項工作：寫一本關(guān)于彈性理論研究史的著作。他同時還完成了一本名叫《關(guān)于精確科學的基本常識》的著作，主要是向本科學生介紹數(shù)學在科學研究中的重要作用。這本書得到了各界好評，以至于1946年再版時，皮爾遜的忠實崇拜者、偉大的哲學家和數(shù)學家伯特蘭·羅素（Berltrand Russell）親自為該書撰寫了序言。與此同時，皮爾遜的學術(shù)生涯也穩(wěn)步提升。1907年，他榮升為倫敦大學應用數(shù)學系主任。皮爾遜終其一生都對自然科學和科學方法抱有極大的興趣，《關(guān)于精確科學的基本常識》只是其中的一個例證。這種興趣在皮爾遜自己的著作《科學的規(guī)范》中達到了頂點。這本書出版于1892年。皮爾遜在書中將科學方法定義為“通過認識各種事實之間的關(guān)系和它們發(fā)生的序列，來對事實進行有條理的分類”。20世紀上半葉，皮爾遜所著的《科學的規(guī)范》一書，在科研方法方面激發(fā)了許許多多的年輕科學家和青年學生的靈感。然而，當時許多科學家都對過去的學術(shù)權(quán)威極為尊敬，對權(quán)威的著作大加引用，皮爾遜的書卻不隨大流，其特立獨行的風格與內(nèi)容一度震驚了讀者。1915年，一名俄國大學生杰茲·聶曼（Jerzy Neyman）（后來成為著名的統(tǒng)計學家）和他的同學們閱讀了皮爾遜著作的譯本。理查德·威廉姆斯（Richard WiIliams）在一篇文章中記述了聶曼的回憶。

后記

翻譯是一個充滿艱辛而又趣味無窮的學習過程。除了里程碑式的發(fā)現(xiàn)外，10位科學先鋒特立獨行的思想和個性令筆者深受啟發(fā)，探索真理背后鮮為人知的故事也讓筆者對科學發(fā)現(xiàn)本身的理解更加生動和飽滿。美好的東西通過與人分享而愈發(fā)呈現(xiàn)光彩。希望能與讀者朋友們分享書中充盈的智慧和故事。若能有所啟悟，則倍感快慰。在翻譯過程中參考了眾多先賢的智慧，得到了許多同仁的大力支持，在此深表感謝。其中尤其要感謝上?？茖W技術(shù)文獻出版社的編輯于虹老師，同仁劉雪婷和侯然女士；感謝父母及友人在翻譯過程中給予的無限支持。筆者學識粗淺，加之時間倉促，紕漏恐在所難免，請讀者諸君不吝斧正。王正科  趙華2007年10月于北大暢春新園

編輯推薦

《數(shù)學:描繪自然與社會的有力模式》中包含數(shù)學及相關(guān)學科40張黑白照片和插圖及學科發(fā)展年表?！稊?shù)學:描繪自然與社會的有力模式》是學生、教師及廣大讀者必讀的科普書籍。

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