科學月刊【數‧生活與學習】專欄 95 年 3 月

一加一為什麼等於二?

大多數人可能根本沒有想過這個問題。 但是,或許您只是忘了自己曾經在4歲的時候問過。 大多數人問這個問題的時候,或許並不嚴肅,而把它當作一個俏皮的問題, 或者把它當作一個顯示自己頗有深奧思想能力的問題。 當一個數學老師被問及這個問題,有時候他認為孩子可愛而樂於陪他玩玩, 有時候他以為受到惡意挑戰深具戒心; 但是我猜想,大多數的數學老師寧可一輩子沒遇上這個問題。

雖然很想至少禮貌性地稱讚這個問題, 但是其實我真心想說的是:「別鬧了。」 這並不是一個深刻的數學問題,甚至於不是一個有意義的哲學問題, 它充其量只是一個語言學問題。一加一之所以等於二, 只是因為一加一的意思是「一後面的那個整數」, 恰好那個序數在我們的語言中稱為「ㄦˋ」,而它恰好被寫成「二」。 在另一種語言中,它可能被寫成「2」或者「Ⅱ」, 或者被寫成 two 或者 zwei 或者 duo, 或者其他各種超出我們想像力的書寫符號與喉舌發音。 甚至在另外一套自我完備的記數系統中,1+1 等於 10, 那麼 10+1 就是 11,而 11+1 等於 100。

什麼是整數?就是語言中,被用來點數同類物件而指稱其總量的名詞。 這種語言能力是 40 萬年演化的結果,人類如何產生並掌握了語言能力, 似乎也離開了語言學的範疇,更超出了作者的知識範圍。 自從 16 世紀歐洲的航海大發現時代以來,所有被認為是「人」的族類, 並不全部具有文字文化,但是都有語言。 就連屬於最原始生存形式的新幾內亞叢林人種, 也都有能夠數到六的語言。

對於那些硬要追根究柢地問什麼是整數的人, 數學其實也有套正規的答案。 令空集合代表 0,以空集合及其冪集合產生代表 1 的集合; 單純地用子集合、冪集合和集合運算(交集聯集與差集), 數學可以從空集合出發,定義出代表0和所有正整數的集合, 以及它們之間的加減計算。這是個極具哲學意涵的結構: 所謂無極生太極,從空集合可以定義 1。 這整個結構不需外求於任何物質,只需要純粹的想像力, 任何人都能想像空集合,而且空集合永遠存在。美則美矣, 並非所有數學家都讚賞這套集合論的整數模型。

可能更多的數學家認為:什麼「是」整數應該透過整數有些什麼功能來回答。 所謂功能,包括有哪些動作(例如四則運算)可以作用在它們之上? 而它們又因為這些動作產生了什麼彼此的關係(例如互質)? 就好像什麼「是」象棋,不該由棋子和棋盤的外觀來定義, 而是由棋子在棋盤上的遊戲規則來定義 (《棋王》那部小說或電影裡面,有許多不用棋子下棋的象棋高手。) 對大多數人而言,所謂功能就等於這個抽象結構被具象化的應用模式 (例如點數一類物件的總量)。 仔細反省,當我們宣稱「了解」整數的時候, 其實是否只是意味著我們熟悉了整數的操作規則和應用模式呢? 讀者或許太熟悉整數而難以體會它的抽象性,那麼不妨想想向量。 高中時期,經常用一根帶著箭頭的線段作為向量的表徵, 那只是一個方便之門,那並不「是」向量。 不能跨越這個障礙,而以其功能來了解向量的人, 將被擋在「多項式是一個向量」的牆外,而恐怕不能踏入更深一級的數學。


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Created: Mar 13, 2006
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