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大自然的數學遊戲 : 科學大師系列(6)

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虛擬幻境機
 我有一個夢想....我的周圍是一片虛無──並不是空洞的空間,因為空間尚未存在;也並非漆黑一片,因為色彩的概念還沒有形成。那只是單純的虛無,等待著實有的來臨。

 我默唸第一個指令︰「我說要有空間」。但我要什麼樣的空間呢?我有許多選擇︰三維空間,多維空間,甚至彎曲空間。我做了選擇。另一個指令下達之後,空間便充滿了某種無所不在的液體,其中生出無數波浪與渦流,某處是平靜的高潮,某處有一團泡沫,此外還有湍急的巨大漩渦。

 我再把空間漆成藍色,並在液體中畫出許多白色的流線,好讓液體流動的規律呈現在我眼前。我又將一個小紅球放在液體中,它立刻憑空騰起,絲毫不受周遭混沌的影響,直到我給它一個指令,它才沿著一條流線滑開。

 我將自己的身體縮小一百倍,動念讓自己跳到球面上,以便對開展的事物做一次鳥瞰。每隔幾秒鐘,我就在液流中放置一個綠色標籤,用來記錄小球的行徑。假如我碰觸到某個標籤,它便會緩緩如花朵般綻開,好像沙漠中的仙人掌受到雨水滋潤後綻開的慢拍快放畫面;而在每一個綻開的「花瓣」上,都有著許多圖形、數字與符號。

 而且,小紅球本身也會如花般綻放,當它綻開時,那些圖形、數字與符號也就跟著變化。但我對那些符號的行進並不滿意,於是我將小球輕推到另一條流線上,不斷微調它的位置,直到看見一個絕對無誤的跡象,顯示出我正在尋找的一種奇異性,才停止這項動作。

 我打響一下手指,小球便將自己外推到未來,並向我回報它的發現。這下子很有希望了...突然之間,出現了一大團類似的小紅球,全都沿著液流游動,好像是一大群游魚。它們迅速開展、迴旋、伸出捲鬒、攤成一片一片。接下來,又有更多的小球加入這場遊戲──金色的、紫色的、褐色的、銀色的、粉紅的...,我險些要將所有的色彩用光。

 七彩的平面互相交錯,形成複雜的幾何結構。我將它固定,為它打磨,並且漆上許多條紋,然後隨手一揮,將所有的小球趕走。我再將那些標籤召來,檢視它們盛開的花瓣,並摘下一些貼在半透明的網格上。那幅網格也是剛凝聚成形的,彷彿消散的霧氣中顯現的一幅風景。

 對了!就是這樣。我下了一道新的指令︰「存檔。檔名︰三體問題中一個新的混沌現象;日期︰今天。」空間立即崩潰,四周重歸一片虛無。這樣,今天上午的研究便完成了,於是我退出這台「虛擬幻境機」(virtualunrealitymachine),準備找個地方享受午餐。

這個奇特的夢想其實極為接近現實;因為我們已經有了「虛擬實境」系統(virtualrealitysystem),可以模擬「普通」空間中的事物。而我將這個夢想稱為「虛擬幻境」,因為它所模擬的場景,全都是數學家豐富的想像力所創造的世界。事實上,這台虛擬幻境機大部分組件都已存在。例如,能讓您「飛過」任何幾何形體的電腦繪圖軟體;能夠依循任何一道方程式、展現變化模式的動力系統軟體;能夠替人進行最可怕的複雜運算,並且得出正確答案的符號代數軟體。

 數學家想要進入他們所創造的世界,只是時間早晚的問題。不過,這些科技雖然令人讚嘆,我的夢想卻不必靠它來實現。這個夢想早已成真,早已存在於每位數學家的腦海中。那正是數學家在創造過程中的感受,我只不過用了一點文學的誇張手法來描摹罷了。在數學家的世界中,區別不同物件的標示通常並非色彩,而是符號標記或名稱。對於生存在數學世界的人而言,那些標記與色彩一樣生動鮮明。

 其實,除去五顏六色的影像之後,我的夢想正是每位數學家所居住的幻想世界──在那個世界中,彎曲空間或高於三「維」(dimension)的空間不只是稀鬆平常,根本就是無可避免的結構。

您或許會感到這些影像特異而陌生,與「數學」這兩個字連想起的代數符號天差地遠。這是因為數學家在描述他們的世界時,不得不借用符號與簡單的圖形;甚至數學家彼此之間的溝通亦然。但是,符號對數學的作用,就像音符對音樂的作用一樣。

過去許多世紀以來,眾多數學家的心靈合力創造了他們自己的宇宙。我不知道這個宇宙位於何處(我也不認為真有這麼一個「何處」),但我可以向您保證,一旦置身其中,您便會感到這個數學宇宙極其真實。弔詭的是,正是由於數學的精神宇宙如此特異,才為人類提供了許多對真實世界最深的洞察力。

 我現在就要帶您觀光這個數學宇宙,並且試圖送您一對數學家的眼睛。而在這個過程中,我會盡力改變您對真實世界既有的看法。

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