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我怎样写《变形虫的奇遇》?

── 李学数 ──


人的生命如流水奔流,不遇到岛适屿和暗礁,难以激起美丽的浪花。
——尼古拉·奥斯特洛夫斯基

人的一生可能燃烧也可能腐朽,我不能腐朽,我愿意燃烧起来!
——尼古拉·奥斯特洛夫斯基

钢是在烈火和急剧冷却里锻炼出来的,所以才能坚硬和什么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中锻炼出来的,学习了不在生活面前屈服。
——尼古拉·奥斯特洛夫斯基

想像力比知识更重要,因为知识是有限的,而想像力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识的源泉。
(I believe in intuition and inspiration. Imagination is more important than knowledge. For knowledge is limited, whereas imagination embraces the entire world, stimulating progress, giving birth to evolution. It is, strictly speaking, a real factor in scientific research.)

——爱因斯坦

  今天在网上发现我三十年前写的《变形虫的奇遇》这篇文章,是大陆和台湾许多儿童及少年阅读的作品。更荒谬的还发现有姓刘的家伙,在2009年湖南省把这文章全文照抄一字不改登载在给少年看的刊物,无视这文章登在新华书店出版的《数学和数学家的故事》(第一集至四集)。

  该文是《成人的童话──认识一点拓扑空间》的前半部。我试图回想为什么会写那篇文章?一定有个“因”导致我会写成人的童话这个“果”。

  那是快要三十年前的一个炎热的夏天,我腹部不适腹泻及发烧,躺在床上。心里怀着似千山重的忧郁:我为我薄弱的记忆而伤心,我为一个好友快要死亡而难过。头痛非常难受,活着比死更难过,我觉得生不如死。

  这时我想思想要冲破痛苦的牢笼,再这样下去我可能要自杀了。

  我这时想法国的两位数学家蓬斯莱(Jean-Victor Poncelet 1788.7.1-1876.12.22) 和让勒雷(Jean Leray 1906.11.7-1998.11.10)。

  蓬斯莱参与拿破仑的侵略俄罗斯战争军队,作为一名中尉的工程师,他被抓获,1812年至1814年关押在俄罗斯萨拉托夫,在监禁期间撰写了他在射影几何的发现。

  让勒雷是20世纪的数学家。他的贡献是在偏微分方程理论,尤其是他1934年的 Navier-Stokes 方程的研究。二战期间,他是德国的战争囚犯在奥地利厄德巴赫(Edelbach) 关禁为期5年,为了解除无聊的监禁,他在营地为5000同胞囚犯建一所大学“囚犯大学”,有讲课有考试。为了避免帮助德国的战争,促使他放弃流体力学转向纯数学研究。他在代数拓扑学,开发两个全新的想法:层理论(sheaf) 和谱序列(Spectral sequence) ——这是当代纯数学不可少的工具。1950年后他又回到偏微分方程的工作,他的革命思想的深刻影响和改变几门纯数学和应用数学的分枝。

  突然想到尼古拉·奥斯特洛夫斯基(1904-1936),他是《钢铁是怎样炼成的》的作者,15岁上战场,16岁身受重伤。1929年25岁,他全身瘫痪,双目失明。二十六岁写《钢铁是怎样炼成的》,可惜32岁便去世。他说过:“人的生命如流水奔流,不遇到岛屿和暗礁,难以激起美丽的浪花。”

  他也说过:“医治一切病痛最好的最宝贵的药品,就是劳动。”我想拿研究动脑筋忘记病痛和忧郁,于是考虑代数系统嵌入单代数系统的问题来研究,这个问题对群胚(groupoid) 以及一般的格(Lattice) 我曾考虑过,现在我想对非结合环(non-associative ring) 来考虑,想要用研究忘记病痛。

  在从电脑室取回的大废纸上我发现无穷多单非结合布氏环的构造法。

  我在废纸上画两个不太圆的圆圈,表示环的加集及环的乘集。

  我看那因没吃东西颤抖的手画的圆圈,自言自语:“和阿Q的圆一样。”

  这时思维活泼浮想联篇,我慢慢忘记了病痛,看那两个圆圈真的像变形虫。

  想到变形虫,记忆把我带到少年时代,我回到长年皆夏的新加坡。那是高中一的时候,教我生物课的林老师是海南人,大家说他是一个重女轻男不给男学生高分的人。

  我就读的中正中学是一个文理并重的好学校,有一个藏书丰富的图书馆,还有设备不错的实验室,还有学生自已组织的“戏剧会”,“美术会”和“自然科学会”等学生团体。

  中正中学校园中间有一个湖,湖旁有一个被学生称着“蒙古包”的老教室,那里有科学实验室。生物课要实验,看显微镜及解剖青蛙。

  我借到高士奇写的《大战小魔王》一书,对病菌很感兴趣。有机会看显微镜观察湖水的鞭毛虫,变形虫和草屦虫非常高兴。同学跑光了,我还留在实验室不舍得离开,实验报告的图画用颜色笔画得很精确和漂亮。学年末林老师打破他的偏见给我高分。

  后来在外国才知道我喜爱的高士奇(1905-1988) 是福建闽侯(今福州)人,原名仕錤,1925年毕业于清华大学,1927年获美国芝加哥大学化学学士学位。1930年又毕业于美国芝加哥大学医学研究院。在他23岁在实验过程中将装有脑炎过滤性病毒的玻璃瓶子打碎。病毒侵入其小脑,他忍着剧痛,全身瘫痪,头向左歪,口齿不清,两眼发直,连吃饭都有问题,以惊人的毅力顽强拼搏。抗日战争时到延安,任陕北公学教员。1934年开始发表作品,在50年的时间里,他致力于科学文化的普及工作,顽强毅力用僵硬、发抖的手,写下了500多万字的科普作品。

  高士奇因意外不幸全身瘫痪,还顽强从事科学文化的普及工作。我比他好千万倍,不应消极,我该像奥斯特洛夫斯基使生命燃烧起来!马上就想像出两只变形虫对话的故事,我就忘记我的数学研究,心想应该给青少年写点趣味的故事,写文章本身就是一种创造性的劳动,于是在废纸上天马行空挥笔写《变形虫的奇遇》。

  好了,现在闲话少说,让你读这篇文章看你会不会喜欢?

  有一种很微小微小的单细胞生物名叫阿米巴(amoeba),由于它的身体会不断变化,生物学家给它取名为‘变形虫’,这小虫在脏水生长,有时会钻进人的肚子里去,使到人们腹泻,严重时还能令人死亡。

  有一次,有一个生物学家把一滴脏水放到显微镜底下观察,他看到这滴水的世界真是神奇万千:有含叶绿素的藻,有长着鞭毛迅速游泳的一些鞭毛虫,他还看到两只变形虫。

  这生物学家童心大起,拿了一个很小很小的线圈放到玻璃片上把这变形虫围起来。于是从显微镜下,他看到其中一只变形虫左冲右撞,想要从圈子过去,另外一只变形虫却是像在练瑜珈术的老僧在坐定一动也不动。

  这生物学家的显微镜是有安装最新式的‘细菌语言播音机’,因此他能听到这两只变形虫的对话。

  “我的老天爷,这是甚么墙把我关起来,我要出去,我不愿意在一个狭小的天地里。”那只急躁不安的小变形虫在叫喊。

  “碰!碰!碰!”小变形虫把身体往墙上撞(事实这墙在大人的眼中只不过是一个小线圈),它的身体撞痛了,因而扭曲得很厉害。

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  小变形虫用身体去撞那个如老僧坐定的变形虫,对它喊叫:“喂!我们被关起来了,为甚么你还不想出去?你究竟是甚么变形虫?难道不知道‘不自由毋宁死’的道理吗?”

  那只不动的变形虫伸伸懒腰,开口说话:“为甚么吵吵闹闹,把我从我的数学思考中吵醒?我是阿米巴数学家,我在研究微妙的数学真理,你不该来吵我——当我在研究世界上最艰深最美妙的学问时。”

  小变形虫说:“我们已经失去自由了,你还在研究那甚么都看不见的数学,你快想个妥善的方法,使我们能脱离困境。”

  阿米巴数学家说:“你别躁急!我对你讲一个故事。”它一面慢慢地把它的身体一部分拉长变成手指,然后在沉积一些薄薄的污泥的玻璃面上划了一条线。

  “你看:这一条线是可以互相向左右两端无限延长,这上面生活了两个小点,它们只能在这线上自由跑动,向左移动或者向右移动,我现在把它们活动的空间切断。你看!这是用划两条线把这线截下来,让我们听听这两个小点的对话吧!”

  只见一个小圆点正在焦急不安地不断撞那墙。(事实上,在变形虫的眼中,那只不过是一截小线段。)它把头撞得肿痛,于是倒转回来,撞那个好像‘天塌下来,甚么事也和我无关’的小圆点。

  “你怎么撞我呢?”懒得动一动的小圆点责怪那位不安心的小圆点。“我正在研究数学,你把我从那美妙的世界带回现实世界,破坏了我的玄想,实在岂有此理!”

  “唉呀呀!我们被关闭起来了!现在我把你唤醒,希望我们可以想一个方法跑出牢笼,你怎么能随便怪我呢?”

  小圆点数学家被那个紧张兮兮的小圆点推到墙面前,要他研究出去的方法,小圆点数学家沉思片刻回答:“有甚么难呢?我们是生活在一维空间里(1 dimension),实际上还有一个叫二维空间的世界,只要你跑进二维空间的世界,你的自由度(degree of freedom)就增加,你可以绕过障碍回到我们原来的世界。”

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  小变形虫呱呱喊叫说:“这有甚么了不起的大道理!非常明显。小圆点真笨,还要小圆点数学家解释才明白。”

  变形虫数学家严肃地说:“不要讥笑比你差的人!嘲笑人家的人,总有被人嘲笑的时候。我们是二维空间的生物,还有一个三维世界。我们的世界,只有东南西北的方向,在那个世界有一种叫‘上、下’的区分,就像小圆点的世界只有‘左、右’的方向,而没有我们的‘东南西北’,因此你只要住入三维世界,把身体向上伸,你就可以越过障碍,回到你的世界去。”

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  以上的故事是我编出来回答一位学生物的朋友的问题。他问我为什么有一些数学家在遭受打击或关在牢笼时(这是他看过我的书有关被迫害的数学家的事提出的问题)还能做研究?

  我的故事是对数学家的开玩笑,也包括对我自己的自嘲。但是里面却有一些哲理,读者只要把它当作禅宗里的老和尚的偈语看待,去渗透渗透,总会悟到一些道理。“天机不可泄漏”,我不想多说。

2010年8月3日



自强不息 力求上进

2010年08月04日首版 Created on August 4, 2010
2019年11月14日改版 Last updated on November 14, 2019