书城童书昆虫记:圆网蛛的电线报(第9卷)
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第13章 数学忆事:牛顿二项式

真的很有趣!关于圆网蜘蛛网的问题,你是不是也觉得有趣呢?我真的想把那些值得写的事情都写下来,只不过怕大家对此感到厌倦罢了。或许,大家觉得我的简略描述已经有些超量。因此,我认为有必要补偿一下我的读者。关于我如何获得丰富的代数知识,并因此而看清对数网,以致成为蜘蛛网的丈量者,你想知道吗?我能否为你讲述呢?这样,你就可以暂且放下昆虫的知识,稍事休息一会儿。

在隐约之中,我似乎得到了认同。以前,我的乡村学校很是宽容,经常会接待一些访客,像雏鸡和小猪之类的。可我那孤独而艰苦的学校为什么就没有这种趣味呢?就谈谈我的学校吧,或许它能让一些人鼓起勇气来,一些求知欲强烈却又跟我一样贫困的人。其实,没人知道会怎样。

我也想在老师的指导下学习,但我不具备这样的条件。或许,自学也有它的好处,我不应该对此有所抱怨。毕竟,人还可以充分地发挥自己的创造力,不会被框在一个固定的模子中。与温室中结出的果子相比,在懂得品尝者的唇上,成熟的野果会有一种不同的味道—一种苦中带甜的味道。而且,在苦味的映衬下,甜味会显得更加浓烈。

虽然对书本顾问总是不太理解,但是假如有机会的话,我真的愿意重新去面对它。就算还要独自与顽强的黑暗对抗,还要一直熬夜到早晨的第一抹曙光出现,我也愿意。要是能再次踏上从前走过的艰辛历程,我将欣然从之。我唯一的愿望就是:努力学习知识,然后将获得的点点滴滴传授给别人。我就是在它的激励下前进的,而且从来不曾放弃过。

刚从师范毕业的时候,我的数学知识是最为贫乏的。我的科学顶点也不高,仅仅是开一个平方根、证明一下球体面积而已。要是不小心打开对数表的话,我总会有头晕目眩的感觉,那一大堆数字绝不是一般的可怕。就是这种掺杂着敬畏的恐惧,它将我震慑在算术的洞穴边缘。

对于代数,我更是一点儿概念也没有。它代表了一个深奥莫测的疑团,而我仅限于知道这个名词。是啊,我的脑子里还真是知识贫乏。

这个词太难懂了,就像一道难以消化的菜肴,而且是在品尝之前就被下了论断的菜肴,我根本无心于此。与琢磨代数相比,我情愿去读维吉尔那些美丽的诗,虽然我刚刚开始读到那首诗。令我想不到的是,我有一天竟会长期沉醉于此。是的,我已经沉醉于令我畏惧的代数研究。

在一个偶然的机会,我上了人生的第一次代数课,而且是授课。

有一位年龄跟我差不多的年轻人来找我,请我指导他代数方面的知识。他准备学习桥梁工程,并且需要参加一场考试。他居然把我这个老实人当成学识渊博者,来向我求助。我跟他估计的相差太远了,这个求救者真是天真啊!

他对我提出这样的要求,让我震惊不已。在经过思考之后,我很快就镇静了下来。我想:“真是够荒谬的!教代数?我对此可是一无所知。”我有点儿拿不定主意,所以考虑了好一会儿。我在心里不停地问自己:“我是否该答应他呢?”

答应了吧!勇敢地跳进海里是教人游泳的最好的办法。在代数的深渊面前,我就带头跳下去吧!或许,在面对即将被淹死的危险的时候,我就会拥有一种摆脱危险的力量。即使我对他所求的代数一窍不通,那也没有什么。只要我敢于勇往直前,只要不害怕前面的黑暗,我可以一边学一边教嘛。这就是 20 岁的自信,拥有着无与伦比的力量。

就是因为这一个大胆的想法,我将自己投入全新的领域,一个自己不曾想过要闯入的领域。

我这样回答他:“说定了,从后天开始,你五点钟过来。”

我给自己留了 24 小时,就当做是我的缓冲时间吧!利用这段时间,我应该能制订一个可行的计划。星期四来到了,那是一个又阴又冷的坏天气,我待在烤火炉边烤火。我想,要是有时间将烤火炉的炉膛上搁满焦炭,应该是一件乐事。

得了吧,小伙子!你明天要怎么办呢?你正面临着一个不小的风险呢!要是有一本书的话,你还能勉强地背上一课,就算是需要研究一宿也是可以的。那样,最起码还有应付的时间,可以一天一天地看着办,不用像现在只能闲得在这里发愁。

是啊,你连书也没有。代数论著又不是日用品,就算去书店也没有什么用,最少得等半个月才能把货进来。可我已经答应了人家,明天就要给人家上课。而且,我也挣不了多少钱,就剩下滚进抽屉角落里的那一点儿了。我数了一下,只有 12 个苏了,根本不够去买一本书。

要反悔吗?不,当然不!我想出了一个不太正派的办法,好像跟偷窃差不多。我现在就坦白,庄严而神圣的代数,请你原谅我的这个小过错吧!

在我工作的中学里,我们过着类似于修道院的生活。因为没有什么收入,所以很多教职员都会住校,而且会和校长大人同桌进餐。而负责自然科学课的老师,作为一位领导层的大人物,他平常都会住在城里。跟我们的宿舍一样,他的宿舍也是两个小间加一个露天平台。每当他做化学实验的时候,那些令人窒息的气体总会从平台上散布出来。大约有半年多的时间,他都会选择在他的宿舍里上课。在冬天,他就和学生们在壁炉的炉膛前上课,那里有黑板,有储气罐,壁炉上放着圆底的玻璃烧瓶,墙上挂着一些弯管,还有一些柜子摆在那里,柜子里似乎还有一排书。就是那一排书,在上课的时候,老师经常会在那里查阅权威论断。

就在那一排书中,我觉得应该会有一本代数书。要是直接跟书的主人借的话,成功的可能性应该很小。那位同事不仅会居高临下地接待我,还会将我雄心勃勃的计划当成一个笑话。我甚至能肯定一点,我的请求会被拒绝。我的猜疑是有道理的,后来的事实给了我证明,思想狭隘、小心眼、妒忌心重的人比比皆是。

既然去借会遭到拒绝,那就自己去拿好了。我的房门钥匙跟他的几乎一样,而且今天是假日,他应该不会在那里的。

我走到他的房门前,先是小心地侧耳静听,然后警惕地扫了一下四周。我轻轻地将钥匙插了进去,随后产生了一丝犹豫,但我还是用力地将钥匙按了下去。行了,门一下就开了。我对柜子做了仔细的搜查,并发现了一本厚达三指宽的代数书。

我的双腿一直在不停地颤抖。真是一个可怜的撬锁者!要是就这样被人赃并获的话,那该如何得了?可是,事情还算顺利。在重新将门锁上之后,我带着那本窃来的书匆匆忙忙地回到家里。

现在,这本神秘的书已经属于我们两个了。书名是阿拉伯文,看上去有点秘籍的味道,跟天文观测集和炼丹术有些类似。你能告诉我什么呢?我随便翻了一下,并始终将目光放在某一景点之前,想先看一下全景。书是一页一页地翻过去了,可是我没有产生一点儿兴趣。在翻到一章标题为“牛顿二项式”的地方,我停住了。

是的,我被这个标题吸引住了。二项式,而且是在全世界都有影响力的伟大的英国科学家牛顿先生的二项式,能是什么呢?天体力学跟它能有关系吗?我想弄明白,所以我接着读了下去。胳膊肘撑在桌子上,大拇指托着耳根,我就这样全神贯注地开始了我的阅读。

令我更为吃惊的是,我居然读懂了。在那一章中,一些字母和普通符号以各种方式组合在一起,就如同文章中的排列、组合、置换一样,它们轮流变换着自己的位置。我拿起了笔,也跟着它们一起排列、组合、置换。毋庸置疑,这种练习不仅能通过笔算来证明逻辑预测,还能帮助我完善思维。我完全有理由相信,这种小游戏绝对是一种很好的消遣。

我在心里想:“要是代数不比写作更难的话,那真是上帝对我的恩赐。”关于牛顿二项式,假如它真的如同奶油蛋糕一样可口,那接下来要上桌的就会是不好消化的烘饼,我一定得摒弃所有的幻想。我无从想象未来的困难会是什么滋味,也不知道自己会陷入何种险境。我所能做的就是,继续往前走,坚持不懈地与之搏斗。

在炉火前的那个下午,沉浸在排列组合中的时光,真是太美妙了!

随着夜幕的降临,我心里也有一点底了。在 7 点钟,当校长餐桌的开饭铃响起后,我愉快地下了楼。我心中充满了喜悦,就如同一个刚被接纳的教徒一般。我感觉自己的四周都是由 A、B、C 交织而成的科学诗篇。

在第二天,我的学生准时来了。黑板和粉笔已经准备好了,可我这个老师却准备得不够充分。作为一名勇敢的教育家,我为我的学生开始讲解二项式。我觉得自己真是一个骇人听闻的变革家,我居然将课程的终点作为起点来讲,而我的本末倒置还没有被察觉出来。或许,应该是我的听众对字母组合太感兴趣了。为了让讲解更富有情趣,我列举了一些小问题。当需要思考的时候,我就会停下来。等力量积蓄之后,我又发起了新的冲击。

我们共同研究代数问题。我谨慎地把自己的思路告诉了我的学生,希望他能因此而有所发现。题目被解了出来,这不仅是他的胜利,也是我的胜利。但是,我无法明确地讲出来。有一个来自内心深处的声音,它对我说:“你让别人理解了这个问题,说明你已经懂了。”我们过得非常愉快,以至于觉得时间都变短了。我的学生满意地离去了,我也对自己很满意。在隐约之中,我似乎得到了一种特别的学习方法。我是否要真的从头开始攻读代数书呢?我想,二项式这种巧妙而简单的排列已经足以让我做决定了。接下来的两三天,我继续临阵磨枪。那些加减法根本不用说,看一下就知道很简单,可那些乘法就难多了。有一个悖论,那是一个负负得正的公式。就是为了证明它,我尝尽了苦头!

可能是书上并没有解释清楚,或者再确切一些地说,是书上解释得太抽象了。我一遍又一遍地读,我用力苦思冥想,可是不明白的还是没弄明白。书本就是这样,它只能向我们传达印在纸上的东西,其他的什么也不会说,这或许就是它的缺陷吧。就算是你不懂,也不会从它那里得到一点儿建议,它不会指引你走上另一条通往光明的路。有的时候,多说一句就可能将你领上一条正确的道路,可是它还是死命地坚持自己的写作方式,什么也不愿意透露。

与书本相比,听别人讲课可就好多了!讲课的时候,能进能退,还能重复,能够用各种方式来解释难点,直到把不明白的地方弄明白了为止。而我的学习,恰恰是缺少一位权威人士的教导,缺少一座无与伦比的灯塔的指引。而且,我没有什么希望能得到救助。是的,我就要淹没在凶险的符号规则的沼泽中了。

我想,我的学生也感觉到了这一点。借助那点隐约想到的线索,我试着作出解释。我问他:“你听懂了吗?”除了节省时间之外,它就是一个没有必要的问题。连我这个老师都不懂,他又怎么会懂呢?“ 不懂。”他就是这么回答我的。这个老实人,或许他正在谴责自己,不明白自己的脑筋为什么消化不了这些卓越的真理。

“再尝试别的方法吧。”我开始用各种方法来进行证明。从学生的眼睛中,我可以看到自己一次次冲锋陷阵的进展情况。它简直就是我的晴雨表。终于,我成功了,我从晴雨表中看到了一丝满意。真是没想到,我的进攻点刚好击中要害。我们就这样得到了负负得正的秘密。

同样的方式,我们继续学习下去。他只是一个被动的接受者,不用费任何力气就可以得到思想。而我,却充当艰苦的开路先锋,只是为了听到真理的声音,我就要努力地击打着书本这块岩石,就要辛苦地熬夜。我还有一个角色,一个同样不轻松的角色。我需要整理那些深奥难懂的东西,对它们进行一下粗加工。只有将它们那粗糙的外衣剥下来,才能让它们看上去不那么可怕,才能让它们更容易被理解。只要有空闲,我就会花上一些时间。是的,我乐于提炼岩石堆,而且受益匪浅。

后来,我的学生被录取了,他顺利地通过了考试。我们的学习取得了成果。而那本我偷偷借来的书,已经回到了它原来的地方。我现在所拥有的是另外一本。

在老师的指导下,我曾在一所师范学校学过一点儿几何的基础知识。在一开始的时候,我就对这种教学方法很感兴趣,并由此得出了一种透过烦琐的思绪指导推理的方法。我好像找到了一个寻求真理的方法,而且是一个能避免失足的方法。因为,在我们前进的每一步中,都有已经迈出的坚实步伐给我们做后盾。据我猜测,正是因为几何学就是一种智力训练,它才会成为一门极致完美的学问。

我觉得,应用已经被证明的定理并不重要。我的兴趣在于证明的过程。人们从非常明朗的一点开始出发,随后便慢慢进入阴晦,接着又从阴晦进入新的明朗之中,由于得到了新的线索,从而走向了一个新的高度。这就是由已知到未知的演进中的一段。在前面的灯光照耀下,我希望自己能够探索到下一盏灯,一盏可以照亮后继道路的灯。

几何学,它应该教给我思维逻辑的步骤。只有将难题分解成若干部分,才能逐个加以解决,才能将各部分的力量结合起来,才能最终将那块无法直接攻克的巨石推动。几何学,它还应该向我讲述条理形成的要素,因为条理是理清头绪的基础。

假如我写的文章没有让读者感到费解,那一定要归功于几何学。它是一位教人思维艺术的杰出导师。当然,它无法为我们提供思想。思想就像一朵美丽的花,谁也不知道它会如何开放,谁也不清楚它需要在何种土壤中栽培。但是,它可以理头绪、删繁杂、平纷乱、滤杂质,它可以让我们获得一种比修辞、比喻更高级的东西,即明晰。

我这个笔耕者更是因此而受益匪浅。回忆起见习期的美好时光,真是让人难忘。在那时,只要到了课间的休息时间,我就独自躲进校园的角落,在膝上铺上一张小纸片,在指尖夹上一支铅笔,将直线聚集在一起的特性推导出来。当别人都在四周玩耍的时候,我却沉醉于棱柱的研究之中。练习三级跳可以锻炼体力,翻跟头可以锻炼腰部的柔韧性,或许我也该去锻炼一下身体。我认识一些这样的人,虽然他们擅长于翻跟头,但是他们比很多思想家还要成功。

在刚开始当老师的时候,我已经掌握了一些基础的几何学知识。在必要的情况下,我还能用一下直角尺和标尺。但是,也就是这些而已。

对我来说,能够计算出一根树干的体积,测量出一个木桶的体积,得出一点无法直接到达的另一点的距离,已经是几何学知识的最高境界了。直到一个偶然的机会,我才发现自己想也没有想过的东西。我这时才明白,我只是在广阔的领域中开垦出了一个微不足道的角落。

就在那个时候,我在那所中学已经工作了两年,我们的班级刚刚一分为二,学校还增加了大量的员工。跟我一样,那些新来的老师都住学校,都去校长的餐桌上就餐。看上去,我们就像一个蜂群。在空闲的时候,我们都待在各自的蜂房中,忙于酿造代数、几何、历史、物理、希腊语等各种各样的蜜。其中,尤其以酿造拉丁语蜜的人最多。有的时候,我们是为了下一个班备课,但更多的时候,我们是为了获得更高的学位。我们学校的老师都是文学学士学位,没有谁拿到更高的学位。

因此,我们的大学文凭缺乏多样性。为了能够脱颖而出,大家都想进一步武装自己,每个人都在努力工作。虽然我的年纪最轻,但我也同样希望自己的知识能得到增长。因此,我也是这个劳动群体中的一员。

经常性地,大家会串个门,讨论讨论难题,聊聊天什么的。我的一个邻居,他以前在部队当过司务长,因为想逃避令他厌倦的军营生活,所以来学校做了老师。由于担任过文职工作,跟数字打过那么一点交道,他竟然雄心勃勃地想得到数学学士学位。或许,军营的生活使他的头脑僵化了。我那些亲爱的同事,他们可都是一些爱传播他人不幸消息的聪明人。据他们讲,这位先生已经参加了两次考试,两次都落榜了。但是,他没有因失败而灰心,反而又一次顽强地拿起了书本。难道他被数学的伟大吸引了吗?不,根本不是。他之所以渴望得到这个文凭,只是因为这能帮助他实现自己的计划。从经济上说,他想取得对蔬菜和黄油的支配权。对一个为了满足求知欲而着迷的学习者来讲,要他去理解这位追逐文凭就像追逐猎物的猎人一样的同仁,应该是一件不太可能的事情。可是,在一个偶然的机会,他们彼此相交了。

在无数个夜晚,我都碰见过他。在烛光下面,将胳膊撑在桌子上,用双手托着额头,他就这样长时间地对着一个笔记本思考,那上面密密麻麻地记着一些让人费解的符号。当他想到什么的时候,他便会提起笔飞快地写下一行字。那些大小写的字母就这样被组合在一起,有X、Y,在 X、Y 中间还有数字,在式子的后面还有等号和零。然后,他又闭上眼睛继续思考下去。后来,他又写下了另外一行字母,等号后面还是零。他就这样一页一页地写了下去,奇怪的是,每一行的等号后面都相同,都是零。

有一天,我终于提出了我的疑问:“你为什么写这些等于零的式子呢?”他嘲讽地看了我一眼,连眼角纹都显得那么狡黠,应该是在笑话我的无知吧。但是,这位不停地写零的同行,他并没有更为过分地显示自己的优越性。这位来自军营的数学家,他告诉我:“我正在做解析几何。”

解析几何,它对我产生了奇怪的影响。我并没有说话,心里想:都是 X、Y 的字母组合,还有这种更高级的几何学。我的这位邻居,通过长时间的沉思、双手托腮,他极力地寻找隐藏在天书之中的意义。难道那些运算式所代表的图形会在空中舞蹈,而他正在那里观看?那他有什么发现吗?那些只有思想之眼才能看到的各种图形,又怎么能被以各种方式排列在一起的字母符号来代表呢?我觉得,自己被搞糊涂了。

我对他说:“等我哪天学习解析几何的时候,能得到你的帮助吗?”

“当然愿意。”带着一丝对我的愿望不太相信的微笑,他回答了我。

这没有关系。就在那天晚上,我们定下了协约。我们将一起在代数这块园地上努力开垦,当然还有解析几何,它可是获得数学学士学位的基础科目呢。他的深思熟虑,我的属于年轻人的热情,这二者将会结合起来。当时,我的任务是获得文学学士学位,在这之后我便立刻开始进行了。在很久以前,人们制定了这么一个规定,在学习理科知识之前,一定要先学一些重要的文学作品。也就是说,要想接触化学药品和机械操纵杆的话,一定得先跟贺拉斯、维吉尔、忒奥克里托及柏拉图进行对话,先接触这些古代的先哲。我觉得,这些准备工作只会让我的思维变得更为敏捷而已。可是,进步带来的需求膨胀了人们的欲望,而越来越贪婪的欲望又将这一切改变了。还是生意最为重要,让符合规范的语言滚到一边去吧!

我是一个急性子,速成才是我想要的。我得承认,我确实曾经低声抱怨过:“为什么在接触正弦余弦之前一定得学拉丁语和希腊语呢?”

现在,随着年龄和经验的增长,我变得成熟了很多,对这件事也有了更清醒的认识,我的看法也随之有了转变。由于我的文学底子太薄,致使我无法得到更好的引导以及更深入的学习。对此,我深感遗憾!

我真诚地想弥补一些这方面的缺陷,于是,我虔诚地回过了头,阅读了一些只有旧书店才有的古书。在年轻的时候,我经常利用晚上学习,而且还用铅笔作批注。我终于找到了这些令人敬仰的书页,并做了它们的朋友。

笔耕者一定要承担属于自己的责任,一定要言之有物、引人入胜,这些道理都是你们告诉我的。假如一篇文章的标题是自然科学方面的话,那文章的趣味性还是有保障的。比较难的是,如何将文章中令人生畏的字眼删去,如何使文章显得可爱一些?

有人这样说,真理是从井底赤裸而来的。要真是这样的话,我觉得穿着体面一些对它更有好处。就算不需要借助于修辞学的华丽辞藻,那它至少也得要一片葡萄叶来遮盖私处才好。而它那件简单的饰物,只有几何学家才有权利剥除。这是因为,对几何定理来说,清晰已经足够了。

而在真理的腰间系上一条优美的薄纱长裙,则是其他的学科的责任,特别是博物学。

要是我这样说:“请将我的拖鞋给我,浸礼会的教徒。”就是这种语言,一种比较直白、不太富于变化的语言。假如用它的话,不仅我自己清楚自己在说什么,别人也能理解我说的话。某些人,而且是为数众多的人,他们都觉得这种简单的方式是最好的。就跟与浸礼会的教徒谈论拖鞋一样,他们用这种方式向读者讲述科学。他们不会反感卡菲尔人的句法,但是对选词的重要性、词序的得体性、韵律结构的悦耳与否等这些细枝末节,他们一点儿都不感兴趣。他们认为这些是幼稚可笑的东西,只有那些缺乏远见的人才会对此关注。

或许,他们是有道理的。浸礼会教徒的语言就是如此,省事又省力。我个人对这种便利没有什么兴趣。我觉得,只有明晰而又朴实形象的语言才能恰当地表现思想。一般情况下,要想将思想简洁明了地阐述出来的话,必须煞费苦心地选择一些恰当贴切的词句。文章用词各有不同,有的用词隐晦、粗俗平淡,有的就跟在灰色的画布上涂抹的色块一样色彩鲜明。构成画面的词、引人注目的线条,我如何才能得到呢?我如何才能将它们组合在一起,将它们变成文法讲究而又悦耳的语言呢?

我没有能够从谁那里学到这种艺术。那么,在学校里能学到吗?我对此深表怀疑。而且,仅仅去翻阅词汇表也是没有用的。假如我们的血管里没有激情和灵感的话,我们所需要的词是不会自己来到笔端的。

那我们能求助于谁呢?谁能启发潜藏在我们内心的萌芽,并使其得到发展壮大呢?我想,这位老师应该是“阅读”。

在年轻的时候,我一直是一位虔诚的读者。可是,我很少关注语言的细腻,或许是不理解吧。后来,在我大约 15 岁的时候,我对词的神韵才略有感觉。与一些词相比较,另外一些词的音韵节奏更令我满意。在我的头脑里,它们组成了一幅清晰的画面,并按照它们自己的方式为我描绘世界。由于得到了形容词的渲染、动词所赋予的生气与活力,名词才变得栩栩如生起来。而我,自然也能清楚地明白它所表达的东西。正是在这种无人指导的阅读中,我有幸遇到了一些易懂的上乘之作。由此,我渐渐体会到了文字的魅力。