一本令人“震撼”的數學教材
——評《數學四大普適常數》
近幾年,數學科普書出版得多了些。然而,這些圖書的質量卻常讓我們感覺到憂慮。胡作玄先生幾年前在《數學中未解決的難題》一書后記中曾評論說:“本來就相當荒蕪的數學科普領域,充斥著許多東拼西湊的假冒偽劣產品,有的人在抄的方面都不負責任,其結果是錯誤百出,誤導讀者。”最近出版的《數學四大普適常數》一書,表明胡作玄先生幾年前的評論迄今仍未過時。在這本僅10多萬字、標明為教材的書中,錯誤或不當之處可謂俯拾皆是。以下筆者僅就自己翻閱中所看到的,隨手拈出幾例以就教于作者和出版者,也請讀者明鑒。
1、常識性錯誤
祖沖之取得的值,保持了一千多年的世界紀錄。直到1596年,荷蘭的數學家盧道夫……(《數學四大普適常數》(下同),第13頁)
正確說法是:1424年阿拉伯數學家卡西給出圓周率π的17位準確數字,從而打破了祖沖之保持了九百多年的世界紀錄。
他(筆者按:指祖沖之)注解了秦九韶的名著《九章算術》一書。(第44頁)
我們只需指出,祖沖之出生于公元429年,卒于500年,而秦九韶出生于約公元1202年,就足見書作者錯誤的可笑了。實際情況是:秦九韶的重要著作為《數書九章》,而祖沖之所注解的《九章算術》一書,一般認為是承接先秦數學成果,由漢代許多學者刪補整理而成的。
2、不確切的說法
他們(指祖沖之與他的兒子)在地板上畫了一個圓徑一丈的大圓,就這樣一天一天廢寢忘食地計算圓周率。……在那直徑為一丈的圓形圖上,已經只有用針尖才能畫出這樣小的一條邊來。再要在這個圓內畫出內接24576邊形的一邊來,是不可能了。祖日恒就對父親說:“父親,已經沒辦法再畫了。”祖沖之卻說:“在理論上說,這樣把圓周分割下去是沒有窮盡的,但事實上我們已經不能再割下去了。……”(第45頁)
粗通數學的人就可以明白:祖沖之為了計算圓周率根本就用不著在地板上畫圓徑一丈的大圓;而且祖沖之的計算截止到24576邊形,沒有再繼續算下去,也決不是因為圖“沒辦法再畫”的緣故。以上的說法完全是想當然的臆測之論。
“約率”22/7=3.142857,
“密率”255/113=3.1415929(第1頁)。
密率π=3.1415929……
在歐洲,最有名的圓周率的近似值是355/133。(第12頁)
在涉及圓周率的計算時,有兩方面的工作。一是求它的近似值,如祖沖之得到了π的8位可靠數字。二是用分數來逼近圓周率,這樣的分數稱作圓周率的漸近分數。比如可以取22/7,此分數簡單但逼近效果不太佳,稱為約率,如果取密率355/113,那么既簡單又精確,所以此分數極為出名。也就是說,求圓周率的近似值與得到其漸近分數是不同的兩件事,不能混為一談。而書作者偏偏要把這兩個分數轉化為小數形式,殊為不當。讓人懷疑書作者根本不明白約率與密率之意。
直到電子計算機問世后,對π的人工計算才宣告結束,也就是通過正n邊形的邊長計算π值的“馬拉松”競賽至此結束了。(第15頁)
此句不通。人工計算與通過正n邊形的邊長計算π值根本就不是一回事,人工計算開始是通過正n邊形的邊長計算,后來是通過無窮級數計算完成的。因此兩者之間根本不能用“也就是”聯在一起。
3、前后矛盾之處
計算π值,……一直算到今天,雖然獲得了數億位……(第8頁)
最近十年,π的位數延伸得很快,已超過100億位。
1989年7月,日本金田康正將π計算到5億多位,年末又計算到10億多位。(第34頁)
在不同的書頁,有關π的計算位數書作者就給出了不同的說法。順便指出,截止到目前,金田教授與他的助手已經將圓周率計算到小數點后12411億位。這一紀錄是2002年12月創造的。
又如,提到統計學時,作者在第40頁和第100頁,對同一個人就給出了兩種不同的譯法:“哥爾登”和“加爾通”,不知是何原因。
4、雜亂的內容安排
一方面,許多節的安排讓人摸不著頭腦。比如說:第三章介紹自然常數e,但不知怎么一回事,第六節的標題是哥德巴赫猜想,第七節的標題是費爾馬大定理。在這兩節中分別對哥德巴赫猜想與費馬大定理的情況做了介紹。我實在沒能看出這兩節內容與自然常數e有什么聯系。還有許多節,其所介紹內容與所在章只有一丁點聯系。
另一方面,在本書中有關命題的證明占了相當大的份量。但在這方面內容的安排上也存在著許多不合理之處。比如有的命題與章節內容關系并不太密切,可是書作者卻會給出多種證明方法。比如第三章第二節e的存在性的證明,書作者利用不等式給出數e存在性的多種證明,實無多大必要。再比如,有的命題證明非常復雜,而書作者并不考慮是否合適,就把別人的證明照單全收。有關e是超越數的證明即如此。此外,在命題證明中,需要用到很多的數學知識。而書作者對這些準備知識根本不提及,而只是把別人書上現成的證明過程搬過來就算完事。對教材類書籍而言,這種安排是很不恰當的。
面對書中存在的種種問題,我所能得出的唯一“猜想”是:書作者缺乏基本的數學史知識,因此對所用材料缺乏基本鑒別能力,由此制造出了這種東一榔頭西一棒槌、經不起過多推敲的拼盤之作。
5、“妙論”迭出的后記
不知是意猶未盡還是想展現自己的博學多聞,書作者在后記中進一步闡述了“數學四大常數的奧秘”。這部分篇幅不長,只有四頁。然而,在這短短的幾頁中,“精妙”之論卻不勝枚舉。
書作者首先指出“圓周率π究竟何時在我們的地球上出現了π(筆者按:原文如此。讀起來如此別扭的話全書不知有多少處),至今還無人知曉,是因為在我們的人類發展史上曾經出現過人類文明的斷裂帶”,然后開始向我們講述蘇美爾人擁有的令人眩目的天文學,以及文化和技術,講述那大西洲文明的核心亞特蘭提斯島,并言之鑿鑿地向我們指出那時人們具有的神奇能力,包括“超能力”等等。對此,我對書作者的建議是:看看薩根《魔鬼出沒的世界》一書吧。
隨后作者指出“混沌常數的奧秘更是叫人不可思議”。
那么在作者看來這種不可思議的奧秘是什么呢?
有一個頗有爭議的宇宙公式:宇宙(4.6692……)=有序部分(4)+混沌部分(0.6692……),此公式主宰了宇宙間的一切有序結構。(158頁)
實在不知哪位“學者”造出的宇宙公式,書作者竟然能當真,并煞有介事地宣揚呢。
在這一宇宙公式之后,作者的“發散性思維”進一步展開:從北緯30度圈存在的混沌多邊形——4.6692邊形,即近似的五邊形,聯系到這個多邊形對應的混沌區域。然后筆觸一轉,談到:“生命大廈的基石是4價的石碳;人類的血型居然也只有4種;生命的遺傳物質DNA是由4種堿基組成的。……大自然確實選擇了混沌突變率為極小值0.6692……,也選擇了4這個最佳的數碼。這就是進化的產物……”(158頁)而后又由生物轉入物理中的作用力,“人類一直不敢確定神秘的第五種力,其實只不過是混沌現象在作怪而已,即4(四種力、四維時空)+0.6692(混沌力)=4.6692(混沌宇宙)”。(159頁)最后轉入“另一個更大的猜想:可以用宇宙公式來對物理學進行剖析,以求出自1900年一個世紀以來懸而未解的希爾伯特第六個問題,也像幾何學一樣用幾條定律,推演出整整一部物理學。因為幾何學就是由四個公設,再加上一個屢遭非難的第五公設,構造出來的(4+1)”。
真是談天論地,妙筆生花。
此后,作者又闡述了“十萬八千年一混沌”之說的來由。對此,我也不再浪費筆墨進行引述了。不過,書中最后一段“美文”不引述一下實在是可惜。因此雖然篇幅長了點,還是做做文抄公,引如下,讓大家鑒賞。
更使人不可思議的是,有位學者曾花費多年的心血,將圓周率π,黃金分割Ω,自然常數e,混沌常數δ≈4.6692的尾巴0.6692或0.6690,湊出幾個簡單的數學算式。
黃金分割Ω0.618=(3.1416-0.6692)÷4
圓周率π3.14=2.718×0.6692+(1-0.6692)×4
混沌常數δ4.699=4×(1-0.618)+3.144
自然常數e 2.718=【1416-4×(1-0.6692)〗÷0.669
如果這樣理解,圓周率π代表宇宙中最優美的幾何圖形——圓或球,即代表宇宙中的地球;而黃金分割Ω代表了宇宙中最杰出的造化物——人,因為人的肚臍正是人體的黃金分割點;自然常數e則代表自然界;混沌常數δ被人們認為是代表整個宇宙。可以說四大常數代表了天、地、人、和。姑且不說四大常數代表著什么,在龐大的宇宙中決不可能七拼八湊數學公式。假如今后有誰能找到上述四個式子的來龍去脈,以及它們所蘊涵的實際意義,那無疑會震撼世界,他將為人類作出更大的貢獻。(160頁)
至于書作者所認為的不可思議的四個數學式子,不過是小小的數字游戲而已,通過拼湊完全可以得到更多的這類式子。
最后,我要說的是:對書作者的奧秘之說、不可思議之言、震撼之論,我都沒有什么興趣。
我所感興趣的真正奧秘倒在于:這樣一本粗制濫造加宣揚偽科學的作品是如何得以出版的?那位讓作者表示衷心感謝的徐玉民教授又是如何對此書仔細審閱的?為什么這樣的書竟然還能堂而皇之地成為“21世紀高等學校公共基礎課規劃教材”?在我看來,這些才是真正不可思議、令人震撼之事。
(《數學四大普適常數》,夏茂輝、姚文起編著,徐玉民主審,機械工業出版社出版,21世紀高等學校公共基礎課規劃教材)