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關(guān)于數學(xué)美的哲學(xué)斷想
關(guān)于數學(xué)美的哲學(xué)斷想
數學(xué)中處處蘊涵著(zhù)美——形式的美與內容的美，內隱的美與外顯的美，婉約的美與奇異的美，獨立的美與統一的美，這些美自然而不矯作，高貴而不俗庸，沉穩而不浮躁，冷峻中不失靈動(dòng)，奇異中又不乏和諧，這些美反映了一種自然的秩序與規律，同時(shí)也更加彰顯了人的最深層次的本質(zhì)力量對象化的外部結果。如果將彪炳史冊的數學(xué)大家們比作美的締造者與傳播者，我想，這一點(diǎn)也不為過(guò)。這是因為，在他們深沉的筆觸之下所流淌出來(lái)的和諧而雋永的數學(xué)樂(lè )章，歷久彌新，時(shí)刻能讓后學(xué)者感受到……
一組精要的數學(xué)符號，一個(gè)簡(jiǎn)單的數學(xué)公式，一條言簡(jiǎn)深邃的數學(xué)定理，一種精彩絕倫的數學(xué)構想……，無(wú)不閃現著(zhù)這些數學(xué)巨人們思想深處那汩汩不息的美感之源所散發(fā)出的激情與脈動(dòng)，其升騰出的美的氤氳，籠罩著(zhù)一種思維上的靈逸和深遠，帶給人們一絲迷醉其中的淡淡情愫。拉丁格言說(shuō)得好：“美是真理的光輝�！比绻麑⑦@句話(huà)投射在數學(xué)領(lǐng)域中，我想，大量的事例都可印證其簡(jiǎn)約的表述之下所蘊涵的深遠意境。但從更廣泛的意義看，美又何嘗不是一種力量，一種蓄以待發(fā)的、存乎自然與人最深處的追求本真的力量，一種屬性固有與理性追求的完美統一。不難體會(huì )到，數學(xué)的美——一種獨特的、兼具震撼力的美，本質(zhì)上包含了兩個(gè)側面的含義：主觀(guān)意義上的數學(xué)美與客觀(guān)意義上的數學(xué)美，即數學(xué)美既是一種人的能動(dòng)的主觀(guān)感受與思維表達，又是內蘊于客觀(guān)世界的現實(shí)存在。從這兩個(gè)側面出發(fā)，以一種全面、深刻、辯證的數學(xué)美學(xué)認識為基礎，站在哲學(xué)平臺上，對數學(xué)美的本質(zhì)做進(jìn)一步的剖析與探討工作，既有理論的完善意義，又具有數學(xué)美育實(shí)踐的指導與促進(jìn)意義。鑒于此，筆者拙筆寫(xiě)下了這篇斷想。
1數學(xué)美的存在性——客觀(guān)世界的反映
在客觀(guān)世界紛繁蕪雜的各種變化與現象中，時(shí)刻貫穿、孕育著(zhù)各種各樣的美。美是雜亂中的秩序，是變化中的規律。美是客觀(guān)世界的本質(zhì)屬性，是引領(lǐng)整個(gè)客觀(guān)世界向前發(fā)展的內在動(dòng)力。數學(xué)美作為科學(xué)美的重要方面，就是對自然界中客觀(guān)存在的秩序與規律從數與形的角度給予反映和揭示。具體來(lái)說(shuō)，對于美的存在性，我們可以從兩個(gè)方面來(lái)認識與考察。
首先，客觀(guān)世界中處處滲透與體現著(zhù)數學(xué)美，數學(xué)美是對客觀(guān)世界內在規律的反映。對于數學(xué)美與客觀(guān)世界之間的相互聯(lián)系，其實(shí)早在古希臘時(shí)期，畢達哥拉斯學(xué)派就開(kāi)始著(zhù)手研究。畢氏學(xué)派在研究音樂(lè )樂(lè )理的諧音與天體運行的軌道時(shí)，發(fā)現二者在數量關(guān)系上都滿(mǎn)足整數比，從而就此得出結論“宇宙間萬(wàn)物的總規律，其本質(zhì)就是數的嚴整性和和諧性”，“美是和諧與比例”。在這樣的認識基礎上，畢氏學(xué)派試圖從數和數的比例中求得美和美的形式，并終于從五角星形中發(fā)現了“黃金分割”，進(jìn)而得到黃金比。這是數學(xué)美學(xué)認識史上的一大突破。從古希臘到現在，黃金比在各種造型藝術(shù)中都有著(zhù)重要的美學(xué)價(jià)值�，F代科學(xué)研究甚至表明，黃金比在現代最優(yōu)化理論中也有著(zhù)應用價(jià)值，如優(yōu)選法中的0.618法。即使在現代醫學(xué)保健領(lǐng)域中，都可以處處感受到它的存在與神奇。最令人驚奇的是，很多生物的形體比例也是等于黃金比。難道它們都懂得優(yōu)選法，自覺(jué)采用黃金比？不！這只能證明美學(xué)家的斷言：“美是一切事物生存和發(fā)展的本質(zhì)特征�！�
其次，溯源于客觀(guān)世界的數學(xué)理論內部也充滿(mǎn)著(zhù)數學(xué)美。這種美本質(zhì)上間接地表征了客觀(guān)世界的固有規律。徐利治教授曾說(shuō)過(guò)：“作為科學(xué)語(yǔ)言的數學(xué)、具有一般語(yǔ)言文學(xué)與藝術(shù)所共有的美的特點(diǎn)，即數學(xué)在其內容結構和方法上也都具有自身的某種美……如數學(xué)概念的簡(jiǎn)單性、統一性，結構系統的協(xié)調性、對稱(chēng)性，數學(xué)命題與數學(xué)模型的概括性、典型性和普遍性，還有數學(xué)中的奇異美等�！惫糯軐W(xué)家、數學(xué)家普洛克拉斯甚至斷言：“哪里有數，哪里就有美�！钡拇_，數學(xué)中美的例子可謂俯拾即是。例如，皮亞諾算術(shù)公理系統，就是邏輯結構簡(jiǎn)單美的典范；希爾伯特以非構造方法成功解決了代數不變量理論中的戈丹問(wèn)題，體現數學(xué)方法的簡(jiǎn)單美；代數中的共扼根式、共扼復數、對稱(chēng)多項式、對稱(chēng)矩陣等。幾何中的軸對稱(chēng)、中心對稱(chēng)、鏡面對稱(chēng)等，都表現了數學(xué)中的對稱(chēng)美；運算、變換、函數，這三個(gè)分別隸屬代數、幾何、分析等不同數學(xué)分支的重要概念。在集合論建立之后，便可以統一于映射的概念，這體現了數學(xué)中的統一美……。近代科學(xué)家開(kāi)普勒更是一針見(jiàn)血地指出：“數學(xué)是這個(gè)世界之美的原型�！毖院�(jiǎn)意賅、意蘊深遠的一句話(huà)，給人以深刻的思想啟迪。
2數學(xué)美的獨特性——內隱而深邃的理智美與理性精神
英國著(zhù)名哲學(xué)家、數學(xué)家羅素曾經(jīng)這樣描述過(guò)數學(xué)的美：“數學(xué)，如果正確地看它，不但擁有真理，而且也具有至高的美，正象雕刻的美，是一種冷而嚴肅的美、這種美不是投合我們天性的微弱的方面，這種美沒(méi)有繪畫(huà)或音樂(lè )那些華麗的裝飾，它可以純凈到崇高的地步，能夠達到嚴格的只有最偉大的藝術(shù)才能顯示的那種完滿(mǎn)的境地�！绷_素的這番精彩論述以“冷而嚴肅”“純凈”“崇高”“嚴格”“完滿(mǎn)的境地”等字眼來(lái)形容數學(xué)的美，辭藻華麗且思想深刻，將數學(xué)美的與眾不同淋漓盡致地展現在人們面前，再進(jìn)一步看，正如前面所論述的數學(xué)美的本質(zhì)包含了兩個(gè)側面（主觀(guān)意義和客觀(guān)意義）。因此，從主觀(guān)與客觀(guān)及其相互聯(lián)系統一的角度來(lái)研究數學(xué)美的獨特性，必然會(huì )有助于我們更好地去理解與認識數學(xué)美的內在本質(zhì)。
第一，數學(xué)的美是內在的美、隱蔽的美、深邃的美，美在數學(xué)思想內部，數學(xué)美是客觀(guān)規律的反映，但這種反映不是像照鏡子那樣直接反映，而是人的能動(dòng)反映，是自然社會(huì )化的結果，是人的本質(zhì)力量對象化的結果。它所反映的不單純是客觀(guān)事物，而是融合了人的思維創(chuàng )造。因此，要領(lǐng)悟數學(xué)美必須透過(guò)，“抽象、枯燥”的符號、公式及定理等洞察其內部的數學(xué)思想：比如愛(ài)因斯坦創(chuàng )立的相對論可謂內容豐富之極，但如果用式子表示的話(huà)，卻極其簡(jiǎn)單：
E=mc[2],P=mv(E為能量，P為動(dòng)量，m為質(zhì)量，c為真空中的光速）并非所有人都能意識到其中的美。其實(shí)，這兩個(gè)公式代表了愛(ài)因斯坦對人類(lèi)貢獻的精華，它們深刻地揭示了微觀(guān)、宏面、宇觀(guān)的無(wú)數質(zhì)能變化現象的規律，但式子卻非常簡(jiǎn)單。其用字之少，內容之豐富，充分體現了數學(xué)的簡(jiǎn)單美。再比如，數學(xué)家們把等式e[πi]+1=0
視為最優(yōu)美的公式，美在哪里？其實(shí)，這個(gè)式子將算術(shù)中的"1""0"，代數中的"i"，幾何中的“π”，分析中的"e"神奇地統一在了一起，即它們相會(huì )于天橋：e[iθ]=cosθ+isinθ（在該式中令θ=π就可得到上式），它溝通了三角函數與指數函數之間的內在聯(lián)系，充分體現了數學(xué)的統一美。
第二，從價(jià)值追求的角度看，數學(xué)美實(shí)質(zhì)上體現了人的審美精神，這種精神說(shuō)到底是一種理性的精神，恰恰是這種精神，“使得人類(lèi)的思想得以運用到非常完善至美的程度”，即“完滿(mǎn)的境地”；正是這種精神，“從一定程度上影響人類(lèi)的物質(zhì)、道德和社會(huì )生活，以試圖回答有關(guān)人類(lèi)自身提出的一些問(wèn)題”；正是這種精神，“使得人們能盡可能地去理解、了解、控制自然，掌握客觀(guān)世界的規律”；正是這種精神，“使人們有可能去探求和確立已經(jīng)獲得的知識的最深刻的、最完美的學(xué)科內涵”，并使之“純凈到崇高的地步”。這是筆者從羅素的論述中感悟到的數學(xué)美的精神層面的獨特內涵。
3數學(xué)美的驅動(dòng)性——個(gè)人創(chuàng )新與數學(xué)發(fā)展的內部動(dòng)力
對于數學(xué)美的追求歷來(lái)是科學(xué)家進(jìn)行發(fā)現與創(chuàng )新的重要內部驅動(dòng)力。阿達瑪與彭加勒都曾從心理學(xué)角度闡釋美與發(fā)明創(chuàng )造之間的關(guān)系。他們認為，創(chuàng )造的本質(zhì)就是做出選擇，就是要拋棄不合適的方案，保留合適的方案，而支配這種選擇的正是科學(xué)美感。正如阿達瑪所說(shuō)的：“科學(xué)美感，這種特殊的美感，是我們必須信任的向導，”因為，“唯有美感能預示將來(lái)的研究結果是否會(huì )富有成果�！睌祵W(xué)史的研究表明，希臘幾何學(xué)家之所以研究橢圓，可以說(shuō)除了美感之外，再沒(méi)有什么其他動(dòng)力了。著(zhù)名物理學(xué)家麥克斯韋在沒(méi)有任何實(shí)驗依據的情況之下，僅從數學(xué)美的考慮出發(fā)，將實(shí)驗得出的電磁理論方程重新改寫(xiě)，以求得方程形式上的對稱(chēng)優(yōu)美。令人驚異的是，改寫(xiě)的方程競被后來(lái)的實(shí)驗證實(shí)了，而且利用方程還可推導出一系列令人陶醉的結果，電磁理論決定性的一步就這樣跨出了。這不能不讓人相信美的確具有如此巨大的推動(dòng)力與支配力。誠如愛(ài)因斯坦所言：“照亮我的道路，并且不斷地給我新的勇氣去愉快地正視生活的理想，是善、美和真�！笔聦�(shí)上，愛(ài)因斯坦所提出的科學(xué)思想，有很多是出于美學(xué)而不是邏輯的考慮。他對實(shí)驗和理論不相符的憂(yōu)慮，甚至遠遠不及對基本原理的不簡(jiǎn)潔、不和諧所引起的憂(yōu)慮，而這正是刺激他的思想的源泉。
從廣泛的意義上看，對數學(xué)美的追求也在不斷推動(dòng)整個(gè)數學(xué)向前發(fā)展，數學(xué)發(fā)展的歷史不啻是一部追求數學(xué)美的前進(jìn)史。比如，在數學(xué)發(fā)展的歷史長(cháng)河中，數學(xué)家們堅持不懈地追求數學(xué)的統一性，從而相繼誕生出三部數學(xué)巨著(zhù)：歐幾里德的《幾何原本》，羅素與懷德海合著(zhù)的《數學(xué)原理》，布爾巴基學(xué)派的《數學(xué)原本》。再如，出于邏輯簡(jiǎn)單性的考慮，數學(xué)家們很早就對歐氏平行公理的自明性和獨立性產(chǎn)生懷疑，經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀的研究，最終導致非歐幾何的建立。此外，對于奇異性的追求也同樣推動(dòng)了數學(xué)發(fā)展，對此，哥德?tīng)柌煌陚涠ɡ淼奶岢隹梢哉f(shuō)是一個(gè)極好的例子，紐曼和耐格爾曾把這一定理稱(chēng)為“數學(xué)與邏輯學(xué)發(fā)展史中的里程碑”。著(zhù)名物理學(xué)家惠勒則更認為：“即使到了公元5000年，如果宇宙仍然存在，知識也仍然放射出光芒的話(huà)，人們就將仍把哥德?tīng)柕墓ぷ鳌闯梢磺兄R的中心�！�
綜上所述，無(wú)論是對個(gè)人的創(chuàng )新，還是對數學(xué)科學(xué)的`整體發(fā)展，數學(xué)美的推動(dòng)作用都是毋庸質(zhì)疑的。從本質(zhì)上說(shuō)，對于統一性、簡(jiǎn)單性、奇異性的追求過(guò)程就是個(gè)人與群體認識不斷深化和發(fā)展的過(guò)程。正如鄭額信教授所說(shuō)：“無(wú)論是對于統一性、簡(jiǎn)單性、奇異性或抽象性的追求，事實(shí)上都體現了數學(xué)家的這樣一種特性：他們永不滿(mǎn)足于已取得的成果，而總是希望能獲得更深刻、更全面、更正確的認識。因此，他們總是希望能將復雜的東西予以簡(jiǎn)單化，將分散、零亂的東西予以統一，也總是希望能開(kāi)拓新的研究領(lǐng)域……正是在這樣的過(guò)程中，數學(xué)家們感受到了數學(xué)的美，而這事實(shí)上也就是認識不斷得到發(fā)展和深化的過(guò)程�！�
4數學(xué)美的甄別性——評價(jià)數學(xué)理論的重要標準之一
古往今來(lái)的很多數學(xué)家、科學(xué)家都將數學(xué)美視作衡量自己或他人研究成果的重要評價(jià)尺度之一。數學(xué)美猶如一個(gè)篩子，數學(xué)家們利用這個(gè)篩子對理論中的各種因素做總體上的甄別與評判，剔除丑陋保留美好，力圖最終獲得“美”與“真”的完美統一。著(zhù)名數學(xué)家馮·諾伊曼就曾說(shuō)過(guò)：“我認為數學(xué)家無(wú)論是選擇題材還是判斷成功的標準，主要都是美學(xué)的�！饼嬁ㄈR則更明確地說(shuō)：“數學(xué)家們非常重視他們的方法和理論是否優(yōu)美，這并非華而不實(shí)的作風(fēng)……一個(gè)解答、一個(gè)證明的和諧、對稱(chēng)以及恰到好處的平衡……能使我們對整體以及細節都能有清楚的認識和理解，這正是產(chǎn)生偉大成果的地方�！�
數學(xué)家與科學(xué)家們之所以如此看重數學(xué)美，就是因為數學(xué)美的甄別性在一定程度上為該理論的發(fā)展前景作出了預測，同時(shí)也在一定程度上為科學(xué)家們的工作指明了方向。如眾所知，概率論的產(chǎn)生始于17世紀，在當時(shí)，由于人們對概率概念所存有的不同理解，所以建立的理論體系也不完全一樣。在這些理論體系中，最迷人的是前蘇聯(lián)數學(xué)家柯?tīng)柲缏宸蚪⒃诠砑险撋系臏y度論的概率論。以數學(xué)美的標準來(lái)評價(jià)，柯氏的理論體系，無(wú)疑極大地顯示了數學(xué)的簡(jiǎn)單美與統一美，不僅對論述無(wú)限隨機實(shí)驗序列或一般的隨機過(guò)程給出了足夠的邏輯基礎，而且應用于統計學(xué)也很方便。歷史的發(fā)展充分地證明了，在這些理論中，惟有柯氏的概率論不斷得到進(jìn)一步發(fā)展，而且后來(lái)還產(chǎn)生了不少新的分支。正如Nobel物理學(xué)獎獲得者狄拉克所言：“一種理論如果是正確的，它就應該是美的，一種美的理論有普適性，它有能力預言、解釋、提供范例，可用它來(lái)進(jìn)行工作，因而數學(xué)美能激起人們的熱情，對它的追求就好像是一種信仰行為……數學(xué)美是對理論具有決定取舍作用的一個(gè)準則�！�
5數學(xué)美的層次性——主觀(guān)客觀(guān)彼此交融的重要特征之一
根據前面的分析，數學(xué)美的本質(zhì)體現在兩個(gè)側面，即它既是一種客觀(guān)世界的本質(zhì)屬性，又是人對于這種本質(zhì)屬性的主觀(guān)認識與感受，且二者之間是辯證的融合。站在這樣的一種辨證的數學(xué)美的本質(zhì)觀(guān)（數學(xué)的主觀(guān)美、客觀(guān)美及其你中有我、我中有你）平臺上，筆者認為，從客體作用于主體的角度考察，客觀(guān)世界存在的各種數學(xué)美的外部呈現與反映體現出典型的層次性特征。從本質(zhì)上說(shuō)，這種美的層次性特征既表達了客體美對人的感官、思維的沖擊上的層次差異性，又體現了個(gè)體對數學(xué)美的主觀(guān)認識上的階段性與發(fā)展性。張猷宙和木振武兩位教授可謂對這一課題做了獨特而深入的研究，他們結合數學(xué)美育，從主觀(guān)認識與客觀(guān)反映之間辨證聯(lián)系的角度出發(fā)，提出了數學(xué)美的四個(gè)層次：美觀(guān)、美好、美妙、完美，并以此為基點(diǎn)，探究?jì)?yōu)化課堂教學(xué)的策略與構想。在此，筆者相信，對該課題的研究將會(huì )是繼續深入、不斷完善的。
6結束語(yǔ)
在教育部剛剛制定并頒布的《數學(xué)課程標準》中，有關(guān)數學(xué)美的要求已開(kāi)始有所涉及，這反應了一種趨勢，即數學(xué)美育在數學(xué)教學(xué)中的比重將逐漸加大。
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