宇宙的语言是什么?
为什么宇宙可以用数字来描述,数字从哪里来,为什么数学让人害怕,怎样解决任何问题,怎样看见一个方程,怎样在生活中用好数字,还有一个继续学习的计划。
为什么宇宙用数字说话?
宇宙的语言是什么?1846年,一位天文学家没有抬头看天,就发现了一颗新行星:他只用了纸和笔。今天你会看到他是怎么做到的,还有为什么同一种语言,也能帮你过好每一天。
对了,这是我在MindHaOS里的家,这是我的电脑室。
1623年,伽利略·伽利莱写道,自然这本大书是用数学语言写成的,没有它,我们就只能在黑暗的迷宫里打转。
这就是开头说的那颗行星。天王星没有沿着牛顿定律预测的轨道运行:有什么东西在拉它。于尔班·勒维耶算出了那个东西应该在哪里,把结果寄到了柏林。约翰·伽勒当晚就把望远镜对准那里,在离计算位置只差一度的地方,发现了海王星。
1960年,物理学家尤金·维格纳把这称为数学不合理的有效性:有人在纸上发明的想法,有时早了好几个世纪,最后却描述了世界是怎样运转的。
所以在我的电脑室里,有一本公式手册,里面有数学、物理和化学的文件夹:只要输入数据,每个公式都会自动算出来。
数字是从哪里来的?
数字比我们开始得更早。1992年,凯伦·温给五个月大的婴儿看一个玩偶,然后在屏风后面再放一个。拿开屏风时如果只剩一个,婴儿就会盯着看更久,好像有什么不对劲。我们天生就有数量感。
我们发明的,是把它写下来。在刚果发现的伊尚戈骨,大约有两万年历史,上面刻满了一组一组的刻痕:有人在记某样东西的数。
将近四千年前,巴比伦人是六十六十地数数的。所以今天一小时有六十分钟,一个圆有三百六十度:我们一直在用他们的数字,自己却不知道。
而零来得很晚。玛雅人在历法里用零,公元628年,在印度,婆罗摩笈多写下了用零做加减的规则。两个世纪后,在巴格达,花拉子米写了一本书,代数的英文algebra就来自这本书;而算法的英文algorithm,来自他的名字。
在我的计算器里,我可以切换进制:同一个数,可以用十进制,可以用电脑存储时的二进制,也可以用十六进制。
为什么数学让人害怕?
如果你会紧张,那不是你的想象。2012年,伊恩·莱昂斯和西恩·贝洛克用脑部扫描发现,对有数学焦虑的人来说,光是知道马上要做数学题,大脑里和身体疼痛有关的区域就会活跃起来。而且不是在做题时,是在做题之前。
你不是一个人。在2022年的PISA测试中,经合组织国家里,将近三分之一的十五岁学生,数学没有达到基础水平。
好消息是:数学好不好,不是有或没有的天赋。它是练习,就像学一门语言。做错一道题,不代表你不行;它是在告诉你还缺哪一步。
我卡住的时候,就把题目写进计算器,请人工智能一步一步给我讲解,按我的节奏来,没人催我。
怎样解决任何问题?
1945年,数学家乔治·波利亚写了《怎样解题》,提出了几乎对什么都管用的四个步骤:理解问题、拟定计划、执行计划,最后回顾检查。
我们最常跳过的是第一步。动手计算之前,先问问自己:题目要我求什么?我有哪些数据?能画个图吗?以前解过类似的题吗?
还要学会估算。恩里科·费米常问学生,芝加哥有多少个钢琴调音师。没人知道,但把问题拆成能猜出来的小块,答案就会落在附近。有了估算,结果不合理时你马上就能发现。
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你看:我的家现在变成了一艘宇宙飞船,准备飞向那个用数字说话的宇宙。等我有了计划,繁重的活就交给计算器:方程组、矩阵,或者三率法,一下子就解出来。
怎样看见一个方程?
1637年,勒内·笛卡尔有了一个改变一切的想法:在纸上画两条轴,把每个方程都变成一幅图。从那以后,公式不只是字母:它是一条直线、一条抛物线,或者一条你看得见的曲线。
把函数想象成一台机器:你给它一个数,它按自己的规则处理,再还给你另一个数。把它画出来,你一眼就能看到它在哪里上升,在哪里下降,在哪里穿过零。
物理也是这样。1687年,艾萨克·牛顿写道,力等于质量乘以加速度。三个字母,从掉落的球到起飞的火箭,都能解释。
在这里,我写下一个方程,马上就能看到它:在平面上,在极坐标里,或者变成一个可以转动的3D曲面。
怎样在生活中用好数字?
百分比连专家都会骗。格尔德·吉仁泽给一百六十位妇科医生出了一道题,关于乳腺X光检查呈阳性的结果:只有五分之一的人答对。学会用频率思考之后,将近十分之九的人答对了。
诀窍是:把百分比换成人数。别去想百分之一,而是想象一百个人,再问问自己,这一百个人里,每种情况各有几个。问题一下子就清楚了。
至于每天的计算,就靠电子表格。1979年,丹·布里克林和鲍勃·弗兰克斯顿做出了VisiCalc:改一个数字,其他一切都会重新计算。它太好用了,很多人买电脑就是为了用它。
在我家,电子表格就在计算器旁边:我自己做,或者借助人工智能来做,再把它们画成图表,导出成Excel或PDF。
怎样坚持下去?你的继续计划
第一周,找找你一天里的数字:花了多少钱,走了多少路,睡了多久。每天先估算一件事,再把它算出来,然后比一比。
第一个月,每天按照波利亚的四个步骤,解一道十分钟的小题。挑一个你喜欢的主题:钱、运动、做饭,或者星空。
卡住的时候,别把它当成失败:回到第一步,画个图。想衡量进步,别数你做了多少题:数一数你能给别人讲明白多少题。
总结一下:宇宙可以用数字来描述;对数学的恐惧,靠练习就能治好;先理解再计算,永远先估算;当百分比让你糊涂时,就想想人数。
在MindHaOS的电脑室里,你可以用数学、物理和化学的公式手册来计算,把你的方程画成图,还能做电子表格,可以自己来,也可以借助人工智能。今天就免费搭建你的心灵之家。链接在视频简介里。下一期指南:你为什么应该写作?
本指南仅供参考:引用的数字和研究都是来源中的近似值,每个人学习的节奏也不一样。如果对数学的焦虑让你寸步难行,或者对你影响很大,请找老师、辅导员或专业人士聊聊。
- Galilei G. Il Saggiatore (1623).
- Le Verrier U. J. J.、Galle J. G. 海王星的发现(1846)。
- Wigner E. P. The unreasonable effectiveness of mathematics in the natural sciences. Communications on Pure and Applied Mathematics (1960).
- Wynn K. Addition and subtraction by human infants. Nature (1992).
- 伊尚戈骨,比利时皇家自然科学研究所。
- Plimpton 322,巴比伦泥板(约公元前1800年)。
- Brahmagupta. Brāhmasphuṭasiddhānta (628).
- Lyons I. M., Beilock S. L. When math hurts: math anxiety predicts pain network activation in anticipation of doing math. PLoS ONE (2012).
- OECD. PISA 2022 Results (Volume I): The State of Learning and Equity in Education (2023).
- Pólya G. How to Solve It: A New Aspect of Mathematical Method. Princeton University Press (1945).
- Descartes R. La Géométrie,《Discours de la méthode》的附录(1637)。
- Newton I. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687).
- Gigerenzer G. et al. Helping doctors and patients make sense of health statistics. Psychological Science in the Public Interest (2007).
- Bricklin D., Frankston B. VisiCalc (1979).