作為文化體系的數學

單維彰的私人書摘

謝明初、陳慕丹(2019)。作為文化體系的數學。(譯自 R. L. Wilder, Mathematics as a Cultural System. Amsterdam: Elsevier. 1981)上海市:華東師範大學出版社。

這本書太了不起了,短短的內容把我的視野從「作為文化成分的數學」一下子拉到「作為文化體系的數學」。 這本書應該是在 1979 年寫下的,當時作者 Raymond Louis Wilder (1896-1982) 已經足 82 歲,我們讀到一位耆老有點氣虛的聲音,試圖整體重述一遍他的思想。 全書內容只有 123 頁,附 105 筆參考文獻──其中 14 篇是 Wilder 自己 1932-79 年間的著作。 但文章精簡應該不是因為老人體力不濟,而是數學家的寫作風範(這也算是數學次文化的表現吧),彷彿小時候讀 Rudin 的高微和實複變分析教科書的那種感覺: 每一句話都有結結實實的概念,簡白的解釋全部省去,前後緊密連結但並不重複。

我在 d'Ambrosio 講 Ethnomathematics (1985) 的論文裡讀到提起 Wilder 的一句話, 就馬上想要找來讀, 可是全臺灣的共同書目查不到這本書的原文版,只在臺灣大學找到一冊簡體中文翻譯。 感謝徐式寬教授幫我借出。 我相信讀中文確實比較省力,而且兩位譯者的文字還算可讀; 雖然我猜想有些誤譯之處,但是影響不大。 例如「數學有著內在的統一性,這一性質受益於數學的每一領域」(p.123) 我猜想原意應該是「數學有著內在的統一性,數學的每一領域都受益於這一性質」。

我特別感動以及感謝的,是這位數學前輩花費了許多精力去了解文化、人類、社會、哲學等等領域, 在他的數學腦袋裡融會貫通之後,用富於數學思維的敘述, 並舉出多樣且深刻的數學實例,留下精實的文字給我們後人。 這樣的內容絕不是數學圈外人寫得出來的,可能也不是圈外人讀得下去的。 讀者至少要有完整的大學部數學訓練,才能欣賞他的簡約而深刻的論述; 而我說的大學部,是指 20 世紀臺灣的數學系標準,如今因為課程典範的轉移, 我猜測許多數學系畢業生已經不具備足夠的基礎。 這個現象正是 Wilder 闡述的文化發展的正常現象之一,不必責怪或惋惜。 對 21 世紀的讀者,將會出現另一位作者,替 Wilder 重說一遍,也許比 Wilder 再前進一步。

作者兩度以中國為例,說明宿主文化對數學次文化的影響,並且對中國寄予厚望。 在他寫作的那一年初,鄧小平訪問美國,在電視上造成「萬人空巷」的效果, 中國才剛剛即將開始改革開放;真沒想到 82 高齡的 Wilder 就大膽做出預測了。 看來,這真的是「人文」的力量;能讓 Wilder 敢於預測的力量, 應該不是數學,而是他對文化的理解。 不是有這樣一句話嗎:一個人能朝過去看得夠遠,才看得到未來。

The farther back you can look, the farther forward you are likely to see.

―― Winston Churchill           

中國隔了 38 年,超過一代人的時間,才翻譯他的這本書,是不是太久了? 還是──從文化發展的時間尺度來看──差不多?

以下並非原文,是我的摘要。

文化應該是人類創造的,每個個體(大腦)是一個節點,這些節點組成的網路承載著文化; 可是文化一旦形成,卻又看似有了生命,不再是個別節點所能控制的, 反而由文化支配著它的載體。 把這個概念裡的「文化」改成「次文化」,例如數學文化,也可以。 反過來說,一個領域要能滿足前述那一番話,才有資格稱為次文化,否則它只是文化中的成分。 好比數學在各地古文明都只是文化成分; 在古希臘或許可謂次文化,但史料不足以認真辯證。 大約 17 世紀之後,數學在歐洲成為次文化。 次文化會從它的原生文化滲透(原文似乎是 diffuse,我覺得說「擴散」較好)到其他地區,找到新的宿主文化(例如美國,例如中國), 而宿主文化必須為次文化的興衰負責;意思是說,產生次文化的原生文化不能理所當然地保持次文化的持續發展。 當宿主文化不利的時候,次文化或許會自尋更肥沃的宿主,但也可能會冬眠,進入所謂的「黑暗時期」。 次文化受宿主文化的影響,可分析出若干因素,其中以環境張力最強; 而在次文化內部,遺傳張力則是最關鍵的發展因素。 數學次文化的演化評估規準,就是抽象的程度。

以下兩段關於「應用數學」和「數學課程」的闡述非常精彩, 作者說的是大學數學系的課程,但也可以轉化到學校裡的數學課程。(p.118ff)

在環境張力與遺傳張力的對立中,不斷存在從核心數學到環境的滲透。 近代產生的博奕論、計算機理論、運籌學、線性規劃、系統分析、訊息理論、最佳化等等, 都正在驗證這一點。 這導致了「應用數學」術語的意義的轉變。 在二次世界大戰前,應用數學主要由經典分析及其在力學和物理學中的應用 (一般說自然科學和工程的應用)組成 〔丹注:新加坡預科階段的應用數學課程還保有這樣的精神〕, 而這類應用一般都被那些應用這些數學的專業吸收進去了, 而在一些情況下,「應用數學」卻又加入到原有的核心數學中去。 由上面列舉的某些學科組成的新的「應用數學」, 與原來相比具有完全不同的意義。 它除了經典分析之外,還包括現代代數。 今天,數學家在各種領域工作, 如航空工業、經紀公司、銀行等。 有人猜測,某些數學家從來沒有解過一個微分方程, 但是他們擅長應用有限數學,尤其是運用數學方法解決社會和商業的問題。

在這樣的情形下,受環境張力作用的數學系必然需要對課程進行調整或改編, 以便將這些新的應用反映到課程中來 〔在某種程度上,這一番話也適用於中小學的數學課程; 高中階段顯然最受影響,但是在十二年一貫的課程理念下,小學階段也不能置身事外〕。 而許多數學家,尤其是那些缺乏歷史眼光的數學家, 會認為自己面臨一個嶄新的局面,並且為怎樣去應付而感到疑惑 〔同樣適用於為中小學制訂課綱的工作團隊〕。 所有這些都不足為奇,都不是什麼新鮮事,在 20 世紀初出現的「應用數學」與核心數學的分離也只是在類似情形下做出的反應。 雖然可以通過課程以及人員調整來處理「危機」, 但為了回答「分」或「不分」的問題還是需要仔細研究 〔在課程設計中,就是強弱、增刪、脈絡調整等問題,需要仔細研究〕。 數學最強大的力量是通過不斷地抽象來實現的, 若試圖中斷這一過程,將導致應用科學賴以生存的核心數學停滯(或毀滅) 〔數學課程不能無上限地放棄抽象〕。 隨著新概念的不斷累積,必然需要向數學「用戶」做出解釋, 並作相應的課程調整。 個別院系如何行事將極大依賴於其對數學演變的認知程度 (包括數學是如何演變的、已經演變到什麼程度,以及演變過程中什麼力量正在日益增加等),尤其是熟知 20 世紀初期類似的發展將有助於做出決定 〔這就是為何需要參考數學史、課程史的研究結果;我認為 HPM 較高的價值在於課程設計層次的著力,而不在於插入數學小故事給學生,更不宜為了數學史而增加數學課程的認知負荷〕

這句話真夠挖苦:「不要太擔心自己是第一個得到結果的人。」原因是

這不僅會在精神上對你造成傷害, 而且必須意識到的是,數學史上大多數的「第一次」其實都不是第一次。 (p.122)
其實引述這句話似乎是要稱讚自己,因為我也獨立產出這樣的見解。Wilder 用了頗多篇幅從文化發展的角度解釋「一題多解」的神秘情形, 我也在《文化脈絡中的數學》寫了相同的解釋。 誠如 Wilder 接著說的,也是我用來安慰自己的話:
即使知道自己並不是「第一人」,但發現前面有重要人物做過同樣的事, 表明自己有能力進行重要的工作,這樣已經夠好了。
我在通識課常常講:「絕大多數的創新都是因為無知。」 意思是它根本就不是創新,只是你不知道而已; 別再動不動就用「史上XX」之類的修辭了。

在這本書裡,我還發現兩項「後見之明」的喜悅,如下。

第一,在 P30 L5

(Russell, 1937: 405-407) Elements 第一個命題的證明就不充分。 隨著數學的進展,這類隱藏的假設被揭示出來。
我在《文化脈絡中的數學》(p.177) 也指出這一點,現在總算看到一份明確的文獻, 而且居然是羅素寫的!

第二,在 P43 L11-15。 Derek J. de Solla Price (1922-83) Science since Babylon (1961)

認為托勒密把巴比倫數值天文學 〔數值三角比〕 和希臘幾何天文學結合起來,構成現代科學的開端, 與其他文化──例如中國文化──相比,這是西方科學能夠取得如此巨大成就的原因。
我也在去年暑假達到這個觀點,首度發表於 2022 年 10 月 15 日臺中一中。

讀這本書就像我小時候讀 Rudin 教科書的心得:不能畫重點; 假如你要畫重點,就差不多會把整本書畫起來。 因此我掃描了整本書,把一些特別悸動的頁碼記在下面。 但還是很想要分享,挑幾句特別特別感動的話吧。

P21 L10

(Childe, 1946: 102) 巴比倫的算術和幾何簡直就是應社會發展的需要而產生的產品。
P39 L12
幾何在巴比倫並沒有形成一門獨立的學科,更多的是附屬於算術。
我認為《九章》也是這樣。

P33 L7-10

(Wigner, 1960) 數學在自然科學中不合理的有效性 (The unreasonable effectiveness of mathematics in the physical sciences): 數學在自然科學的巨大用途,有時似乎有點神秘……,對此找不到合理的解釋。 例如複數在量子力學中的例子,就好像「我們不可避免地遇到奇蹟」。
常看到類似引言,但這次看到確切文獻。 Eugene Paul (E.P.) Wigner 尤金.維格納 (1902-95) 1963 年物理諾貝爾獎。

P35 L11

文化滲透過程中留下的印記。
不妨譯作「痕跡」吧,這樣的痕跡就是「人文」。

P37 L-9

希臘數字系統在希臘數學發展中並不起本質作用
此頁也提及「量」的觀念,我認為「量」引出實數。

P38 L5 原來 Babbage 是把 Leibniz 符號系統引進英國的人。 此舉總算終結了英國人沿用的牛頓符號。

P38 L-7 英國人 William Jones 比 Euler 更早使用 pi 表示圓周率, 但是就文化脈絡而言,卻是從 Euler 開始。Wilder 說,更詳細考察,Jones 用 pi 表示的是梅欽 (John Machin) 算得的一百位小數圓周率估計值。

P53 L2

應該提醒那些反對把計算機引入數學中的人:即使是「純」歐氏幾何,也允許使用直尺和圓規啊。
哈哈,對呀!而且,這句話出版於 1981 年!

P53 L-9 以下,幾何尤其是歐氏幾何在數學教育中的意義。

P54 L1-5:「一門學科的意義可能源於其他領域。」其實 Wilder 在此可能忽略了他自己的主題:文化。 所謂「意義」一向是以文化為背景才能討論的,所以一門學科(例如數學)的意義當然也不是數學自己可以決定的。

二戰前,美國的教育專家基於「能力遷移」理論而削弱了數學教育的內容 〔傳到中國、臺灣是為「隨機教算」〕, 反而是戰爭「救了」數學課程,重新鞏固了數學在中學課程中的地位, 一直延續至今(1979)。
這裡也凸顯研究課程史的重要性; 閱讀課程史之後,才知道三十年以來我所見所聞的各種教學「創新」全是重複 20 世紀上半葉美國某人曾經提出的主張,在美國某地曾經流行過;真的就是這麼誇張。

P55 萊布尼茲符號。

P57 L-11

幾種不同的數學文化同時存在的時代已經過去。
另一個概念闡述得更好:「天下各有文化,但文明只有一個。」

P88 射影幾何史。

P91 L1:「積極參與社會的人,仍然可能在他的個人智力生活中是一個『不合群的人』。」

P101 L-1 到次頁,預期中國將孕育數學次文化。

P103

戰爭開闢出數學的新領域。
事實上,自從搞定了行星運行軌道之後,從十八世紀的法國、德國開始,數學的進展似乎就有一大部分來自戰爭或備戰的需求。

P109 L5

...這是對數學思維的巨大貢獻,但是為所有數學尋找基礎注定是要失敗的。 這不是因為 Godel 的不完備定理, 而是因為並不存在一種結構能夠容得下直覺中所有可能的概念。

P109 L11:「隨著數學的發展,隱藏的假設不斷被發現並得到明確的表述。」 作者接著舉了幾個比較高深的例子,卻忘了一個最古老的淺例:Elements 第一命題。

P109 L-3:「宿主文化(包括數學文化本身)要對數學創新負責。」

P114 Oswald Veblen 在 Princeton 保留群論課程的故事, 而物理學中群論觀點的兩位先驅 Hermann Weyl 和 Eugene Wigner 正是 Princeton 的教授。(前面引過 Wigner 對數學「奇蹟」的讚嘆,他的經驗可能來自群論。)

P116 L-3:「數學在其他科學領域的應用一般可以分為兩類: (1) 作為一種工具;(2) 作為概念結構的來源。」

P117 L11:「出於數學目的而創造的數學最容易推動數學進一步的發展, 任何人都不該忘記:它導致了一個新的概念結構的出現, 這個新的概念結構成了科學思維上一個新的里程碑。」後面舉幾個例子。

[ 回上層 ]


Created: Feb 18, 2023
Last Revised:
© Copyright 2023 Wei-Chang Shann 單維彰     [Home Page]
shann@math.ncu.edu.tw