第一個注意到「七條魚」與「七天」之間類比關係的人,在思想史上邁出了重要一步。他是第一個構思出純數學概念的人。
—— 懷德海(Alfred North Whitehead)
皮亞傑對邏輯數學思維的描繪#
皮亞傑(Jean Piaget)愛講一則關於某位後來成為數學家的孩子的軼事。一天,這孩子面對眼前一堆物件,數出共有十個;接著他以不同順序再逐一點數——結果仍是十個。他興奮地反覆操作,終於徹底領悟:數字 10 絕非這重複練習的任意結果,而是指向元素的總量,無論以何種順序點數,只要每個元素被計入一次且僅一次,結果不變。透過這種對物件群組的把玩,孩子(就像我們每個人一樣)抵達了關於「數」這個領域的根本洞見。
與語言、音樂能力不同,我稱為邏輯數學智能(logical-mathematical intelligence)的這種能力,其源頭不在聽覺—口語領域,而可追溯到與物件世界的交手。正是在面對物件、排序與重排、評估其數量的過程中,幼兒獲得關於邏輯數學領域最初、最根本的知識。
- 從這起點出發,邏輯數學智能迅速遠離物質世界。
- 個體逐漸能領會「施加於物件的動作」、「動作之間的關係」、「關於動作的陳述(命題)」,以及「陳述之間的關係」。
- 發展歷程從物件走向陳述,從動作走向動作間的關係,從感覺動作領域走向純粹抽象——最終抵達邏輯與科學的高峰。
這條鏈很長很複雜,卻不必神秘:邏輯、數學、科學思維最高處的根,就藏在幼兒對物理世界物件的簡單動作之中。以下我建立在瑞士發展心理學家皮亞傑開創性的研究之上。
從感覺動作到形式運思#
在皮亞傑看來,一切知識——尤其是他主要關注的邏輯數學理解——首先都源自個體「對世界的動作」。因此對思維的研究必須從嬰兒房開始。
- 物體恆存(object permanence):出生頭十八個月後,孩子才充分體會到物件在離開其時空框架後仍然存在。這是後續心智發展的關鍵基石。
- 分類(class/set):孩子開始能依共同屬性把物件歸類——把所有卡車、所有黃色車放在一起——這是他認識到某類物件具備共同屬性的「公開展現」。
- 尚未守恆的數:有好幾年,這種辨識缺乏量的面向。孩子知道有大堆小堆之分,卻缺乏「存在規則數系、每個數比前一個多一(+1)、任一物件集有單一明確數量」的關鍵理解。面對兩排 M&M 巧克力,他常因鋪得較開的一堆佔空間較大,就判斷它較多——量的估計仍被密度、空間延展等知覺誘因壓倒。
到四、五歲,孩子學會把數列映射到物件陣列上:指一個物件、說一個數,逐一對應,最後說出的數也就是陣列的總數(基數)。到六、七歲,他抵達皮亞傑筆下「數學家之芽」的水準——能點數兩排、比較總數、判定何者較多,不再混淆空間延展與數量。
一旦掌握這種等值判斷,更多運算成為可能:對兩個相等的集合各加相同數量,和仍相等;各減相同數量,仍等值;甚至從不相等出發,各加相同量而保持不等。孩子由此發展出加、減、乘、除的全套理解,並用於日常生活——買東西、跟朋友交換、照食譜煮飯、玩彈珠與紙牌。
這些動作最初是物理地施加於物質世界,但一段時間後便內化了。孩子不必再觸碰物件,只需「在腦中」比較、增添、刪減,便能得出正確答案。而且這些心智運算日益確定:他不再只是「懷疑」兩種點數順序都會得出十個,而是確信如此。
邏輯必然性由此附著於這些運算之上。兩堆之所以相等,不是因為點數顯示它們相同,而是因為「你沒有增減任何東西,所以它們必然維持相等」。孩子開始處理的是必然真理,而非僅僅是經驗發現。
不過在此階段(約七到十歲),這些動作——無論物理或心智——仍限於「至少潛在可被操作」的物理物件,皮亞傑稱之為具體運思(concrete operations)。
到青春期早期(至少在皮亞傑學派研究的西方社會中),正常孩子開始能進行形式運思(formal operations):他不僅能對物件、對物件的心智映像進行運算,還能對代表物件及動作的**詞語、符號、符號串(如方程式)**進行運算。他能陳述一組假設並推導各自的後果。從前他往兩堆各加球、確信總數相等;現在他往代數方程式兩邊各加符號,確信等值已被保存。這種操弄符號的能力正是高等數學的「本質」。
延伸:邏輯推理與日常語言的區別
言語領域的邏輯推理,須與先前談過的修辭性語言區分開來。給定「若是冬天,我就叫 Frederick」與事實「現在是冬天」,可推出「我叫 Frederick」;但反過來不成立——知道自己叫 Frederick,無法推出現在是冬天,除非另有前提「若我叫 Frederick,就是冬天」。這類令邏輯學家著迷、卻讓其他人惱火的句式提醒我們:邏輯運算可以(也經常)完全脫離日常語言的常識性應用而進行。唯有把陳述當作「元素/物件」來操作(而非當作有意義的話語來玩味),才能得出正確推論。
三歲孩子都能領會「拉桿 A,事件 B 隨之發生」;但純符號層面上的平行推論,卻要好幾年才能演化出來。這類「第二層」與「更高層」的運算只在青春期(及此後,若運氣與腦細胞尚存)才成為可能,有時複雜到連能力極強的人也無法追蹤整條推理鏈。
對皮亞傑的評價#
皮亞傑描繪的這條發展序列——從感覺動作到具體、再到形式運思——是整個發展心理學中最完整的成長軌跡,至今仍是衡量其他所有理論的基準。皮亞傑主張此序列適用於所有認知領域,包括他特別關注的康德範疇——時間、空間、因果。他把發展階段比作巨大的認知波浪,自發地把主要認知方式擴散到各重要領域。對皮亞傑而言,邏輯數學思維是黏合一切認知的膠水。
我與皮亞傑的主要分歧正在於此:他為一個領域(邏輯數學思維)畫出了輝煌的肖像,卻錯誤地假定它適用於從音樂到人際的其他領域。本書大半正是要指出,更遙遠的智能領域各有其分歧的發展考量。
此外,皮亞傑的圖像本身也有問題:邏輯數學領域的發展遠不如他所願的那樣規律、鎖步、階段分明;孩子有些運思智能出現得比他所想的更早,而完整的形式運思即使在智力巔峰也未必展現;且該圖像主要適用於西方中產階級主流發展,對傳統或非識字文化的個體、對原創研究與開創性科學工作解釋力有限。
但我要強調:皮亞傑問對了問題,也抓住了關鍵洞見——邏輯數學智能源於孩子對物理世界的動作;發現「數」的關鍵重要性;從物理操作到內化轉換的漸進過渡;動作之間關係的重要性;以及高層發展中個體開始處理假設性陳述、探索其間關係與蘊含的特殊性質。數、數學、邏輯、科學的疆界並不完全重疊,本章也會處理它們之間口吻與色彩的差異;但它們構成一個「相互關聯的能力家族」,這點在我看來為真——指出其中一些整合性連結,正是皮亞傑的持久貢獻之一。
延伸:其他學者論數、數學、邏輯、科學的連結
- 數學家 Brian Rotman 指出:「整個當代數學都以計數的概念為前提、以之為基礎……以『1, 2, 3』這則訊息所發生的詮釋為基礎。」
- 十八世紀大數學家歐拉(Leonhard Euler)強調,今日已知的數之性質多半先由觀察發現,遠早於嚴格證明確認其真理。
- 邏輯學家 Willard Quine 指出:邏輯關乎陳述,數學關乎抽象的非語言實體,但邏輯在其「高處」自然過渡為數學。
- 羅素(Bertrand Russell)觀察到,邏輯與數學歷史不同,現代卻日趨接近:「如今已完全無法在兩者間劃線:事實上兩者為一。它們如少年與成人之別:邏輯是數學的青年期,數學是邏輯的壯年期。」
- 懷德海則說:「只要你處理純數學,你就身處完全而絕對的抽象領域。」數學家最終在一個發明出來、可能與日常現實毫無對應的物件與概念世界中工作;邏輯學家關注陳述之間的關係;唯有科學家保有與實踐世界的直接聯繫——他的陳述、模型與理論除了要邏輯一致、可數學處理外,還須與已發現和將發現的世界事實維持可辯護的持續關係。
數學家的工作#
語言與音樂天才的作品廣為大眾接觸,數學卻處於另一極端:除少數入門者外,多數人只能遠遠讚嘆。當代數學家 Andrew Gleason 打了個貼切的比方:拓撲學(研究空間如何組織)就像某些宗教的宏偉神殿,未受啟蒙者只能從外部觀望。
為窺探數學家的思維,我(如許多人一樣)特別受益於世紀之交頂尖數學家**龐加萊(Henri Poincaré)**的內省。龐加萊問:既然數學只涉及邏輯規則、而正常心智皆接受這些規則,為何仍有人難以理解數學?他請我們想像一長串三段論,每個結論作為下一個的前提;由於時間流逝,我們可能已忘記或不知不覺改變了某個命題。
- 若「回憶並使用命題」的能力是數學智能的必要條件,那麼數學家就需要極可靠的記憶或驚人的專注力。
- 但許多擅長數學者記憶與專注都不突出,而許多記憶或專注力極佳者卻對數學毫無天分。
- 龐加萊的證言:數學家的記憶不失,是因為它受推理引導。
龐加萊區分兩種能力:一是對推理步驟的純記憶,足以背誦某些證明;二是(在他看來遠更重要的)對命題間連結本質的領會。一旦領會了連結,步驟的確切身分就變得次要——因為必要時它們可以被重建、甚至重新發明。
在少有領域中,兩端的差距如此之大、初始稟賦的重要性如此明顯。龐加萊指出,跟隨推理鏈並不難,但發明重要新數學卻極其罕見:「任何人都能對數學實體做出新組合……創造恰恰在於不做無用的組合、而做有用的組合——那只是極少數。發明就是辨識,就是選擇……最豐饒的組合往往由相距極遠的領域元素構成。」
數學天賦的特徵#
數學家 Alfred Adler 內省道:「幾乎沒有人能做出有意義的數學……每一代只有少數偉大數學家,數學甚至不會察覺其他人的缺席。」他認為:
- 數學家的能力鮮少越出本行邊界,很少在金融或法律上有才。
- 其特徵是熱愛處理抽象,在強大內爆力的壓迫下探索艱難問題。
- 數學家必須絕對嚴謹、永恆懷疑:非經由普遍接受的第一原理嚴格證明的事實,不得接受。
- 數學允許極大的思辨自由,但每個理論最終須與物理現實相關(直接地,或透過與主體數學的關聯)。
支撐數學家的信念是:他或許能創造出全新的、永遠改變他人思考數學秩序方式的成果——「一座偉大的新數學殿堂,是一場低語著不朽的勝利。」前輩數學家 G. H. Hardy 也說,數學天賦是最專門化的才能之一;數學家像畫家或詩人,是模式的製造者,但數學模式因由觀念製成而更可能恆久:「數學家沒有材料可用,因此他的模式更可能長存,因為觀念比詞語更難磨滅。」
數學家最核心、最不可替代的天賦,或許是駕馭長串推理鏈的能力。他把在極簡單情境中推導出的理論,應用到極複雜的情境,並期待結果不僅在輪廓上、且在細節上都有效。這種推理起初可能是直覺的:許多數學家早在逐步推演之前就已「感覺到」解答或方向。Ulam 說:「若要做原創的事,就不再是三段論鏈條……大腦中偶爾有某物在作為整個過程的總結者。」龐加萊則說某些數學家「被直覺引導,一擊之下做出迅速卻有時不牢靠的征服,如前鋒的大膽騎兵」。
但直覺終須以精確細節工整寫出,定義與推理鏈不容一絲差錯——這種「阿波羅式」的嚴謹是數學家演出的必要部分。無論是遺漏的錯誤(漏掉一步)或多餘的錯誤(作了不必要的假設),都能摧毀一項數學貢獻的價值。
隨世代累積,數學本身也如個體發展般日益抽象。Adler 追溯這條路徑:第一層抽象是數的概念本身(每個文化都邁出過這一步);接著是代數,把數視為系統、引入變數取代特定的數;變數又是更一般的函數維度的特例,函數甚至可以是函數的函數。每上一階抽象階梯,就有一些人覺得太難、太痛苦或不夠有回報而「退出」。
數學家的生活與樂趣#
選擇當數學家似乎是艱難之舉。數學家的世界自成一格,須有苦行者的性情才能從中獲得滋養:長時間專注於看似無解的問題是常態,與他人的隨意接觸不能太當回事,語言也幫不上忙——只剩鉛筆、紙與自己的心智。人必須極其用力地思考,因此常受嚴重精神壓力、甚至崩潰。但數學也能對抗焦慮。Ulam 說:「數學家在與外界事務無關的追求中,找到自己的修道院式壁龕與幸福。」
若隔離嚴酷、專注艱苦,回報似乎也格外高。數學家一再強調突破那一刻的興奮。令他們興奮的來源包括:解決長被視為無解的問題、發明新數學分支、發現數學基礎的元素、在看似無關的領域間找到連結。**「不只發現類比,還在各類類比之間發現類比」**被視為特別的數學樂趣;處理反直覺的元素(虛數、無理數、悖論、擁有奇異性質的可能與不可能世界)則帶來另一種享受——難怪《愛麗絲》作者 Lewis Carroll 也是一流的邏輯學家與數學家。
延伸:數學家之間的排名與馮紐曼
數學家彼此毫不費力地評比。抽象的速度與力量提供了最直接、也可能最重要的排名依據。一個弔詭是:數學至今沒有諾貝爾獎,卻可能是人類智力活動中,從業者對才能分布共識最高的領域。
當代數學家常評比上一代最偉大者——馮紐曼(John von Neumann)。相關準則包括:判斷一個領域是否藏有有趣問題、承接艱難問題的勇氣、極快的思考。Ulam 評道:馮紐曼快速、卓越、興趣廣博、技術能力超群,卻缺乏絕對自信,或許因為他感到自己沒有在最高層次直覺地占卜新真理的力量。工程師 Julian Bigelow 回憶他「第一次聽到問題就能寫下來,用極佳的記號表達」;數學史家 Steve Heims 指出,這種能力顯示馮紐曼首先關心的總是形式。
Ulam 自評則謙稱不通多少技術細節,但有「抓住要旨、甚至要旨之要旨」的本領,常能判斷一個定理是否已知。他還有一則關於數學與音樂關係的插話:他能記住並吹出旋律,但一試著創作新曲,發現自己做的只是聽過旋律的瑣碎組合——這與數學形成完全對比,在數學中他「輕輕一觸就總能提出新東西」。反過來,音樂界的魯賓斯坦(Arthur Rubinstein)卻抱怨數學對他「不可能」。可見數學天賦需要「發現有前景的想法、再推導其蘊含」的能力,而這能力領域專屬性極強。
數學威力的核心,是辨識重要問題並解決它們。至於為何能辨識有前景的問題,數學家自己也說不清——「發現的脈絡」仍是謎。不過已有大量關於解題方法的文獻。從 George Polya、Herbert Simon、Allen Newell 等研究者,人們學到一些啟發法(heuristics):
- 一般化:從問題中給定的物件集,推進到包含它的更大集合。
- 特殊化:反過來,退到給定集合所含的較小集合。
- 尋找類比:找出與當前問題有教益性相似(與差異)的情境。
- 化簡與遞建:在大問題中找一個較簡單的子問題,先解它再往上建。
- 逆向與間接證明:假設待證命題的反面,考察其後果。
許多數學家高度重視直覺,但當靈感失效時,這些明確方法才是他們的看家本領。這些啟發法並非數學家獨有,對其他生活領域的解題者同樣有用,也因此把「純數學家」這稀有物種與其他人——尤其是同樣必須提出並解決問題的科學家——連結起來。
科學的實踐#
科學與數學密切結盟。科學的進展乃至發明,都與各歷史時期數學的狀態相連;幾乎每項重要數學發明最終都在科學界派上用場。例如公元前 200 年希臘對圓錐曲線的研究,使 1609 年克卜勒(Johannes Kepler)的行星運動定律成為可能;希爾伯特(David Hilbert)的積分方程理論為量子力學所需;黎曼(Riemann)的微分幾何則是相對論的基礎。十七世紀以來西方科學的顯著進展,很大程度可追溯到微積分的發明——有了微積分,就能確定一個量的變化如何與相關的其他量相連。因此,微積分共同發明者牛頓有機會算出行星運動,可謂恰如其分。
科學家需要數學,因為未經整理的「粗事實」太笨重,而數學提供的抽象關係方案,是從混沌中理出秩序的主要工具。然而科學(如物理)與數學的核心可清楚區分:
古典時代,科學與哲學(提供問題)、數學(方法常在解決具體問題時被發明)緊密相連。隨時間推移,科學日益獨立。促成科學成為獨立事業的因素包括:與政治、神學脫鉤;日益依賴經驗觀察、測量與關鍵實驗;以及公開發表的科學報告興起——寫出主張、詳述程序,讓他人得以複製、批評、進一步研究。
現代科學的階段#
如皮亞傑很久前指出的,科學的演化與孩子邏輯數學思維的發展呈現有趣的平行:兩者最早、最基本的程序都是對物件的簡單實驗與觀察其互動模式;而仔細測量、提出關於宇宙運作的陳述、再系統性地加以驗證,都要相對晚才出現。
現代科學的降臨也可見一系列階段:
- 培根(Francis Bacon)(十七世紀初)強調系統性累積事實,但因不懂數學、未能提出有孕育力的問題,貢獻偏於綱領而非實質。
- **伽利略(Galileo)**倡導把數學引入科學工作,反對僅記錄顏色、味道、聲音、氣味(他指出這些若無感官便不存在)。
- **牛頓(Isaac Newton)**以明確的形式運思風格,全面勘察物理發現,兼用分析與綜合,把各片拼成一致的圖像,並假定一個絕對的時空框架,物理事件在其中依不變定律展開。
科學與數學才能雖可同存於一人(如牛頓),科學家的動機卻與數學家大不相同。驅動牛頓的是尋找自然之祕的欲望。牛頓自比為「一個在海邊玩耍的男孩,偶爾找到一顆更光滑的鵝卵石或更美的貝殼,而真理的汪洋則全然未被發現地展開在我面前」。
這種「想解釋自然」而非「創造一致抽象世界」的欲望,在純科學家與純數學家之間製造出富教益的張力:數學家可能嫌科學家太實用、對純粹觀念興趣不足;科學家則可能覺得數學家脫離現實、永無止境地追逐即使不通向任何地方的想法。愛因斯坦(Albert Einstein)兼考慮過兩種生涯,他說:「物理事務中的真理,當然永遠不能僅建立在數學與邏輯考量之上。」
科學家的直覺與 themata#
傑出科學家的直覺是什麼性質?他們始於對世界物件及其運作的濃厚興趣,最終轉入尋找能解釋物件行為的有限規則。當分散的元素被連結、少數簡單規則就能解釋觀察到的互動時,最大的進展便出現。Ulam 坦承,數學家很難理解「對物理現象行為有直覺」是什麼意思——事實上少有數學家具備此直覺。
延伸:波耳的物理直覺與大自然的簡潔之美
三十二歲即獲諾貝爾物理獎的海森堡(Werner Heisenberg)回憶其導師波耳(Niels Bohr)的物理直覺常超前於他所能證明的:「波耳想必知道他從矛盾的假設出發……但他有一種不會出錯的本能,用這些假設建構出相當令人信服的原子過程模型。波耳運用古典力學或量子理論,就像畫家運用畫筆與顏料……即使他還無法用適當的語言或數學技巧表達,那也不是災難,反而是巨大的挑戰。」
海森堡對愛因斯坦說:「我和你一樣相信,自然律的簡潔性有客觀性格,不只是思維經濟的結果。如果自然引領我們走向極其簡潔優美的數學形式——沒有人先前遭遇過的形式——我們不禁認為它們是『真的』,揭示了自然的真實特徵……自然突然在我們面前展開的那種近乎駭人的簡潔與整全,是我們誰都沒準備好的。」
留給最偉大科學家的任務,是提出從未有人提過的問題,並給出永遠改變人們理解宇宙方式的答案。愛因斯坦的天才在於他對時間、空間絕對性的持續質問。少年時他就想像:若我們乘著光束飛離一座時鐘,時鐘上的時間會凍結,因為新的一小時永遠追不上我們。他由此想到:當接近光速,人便越發孤立於自己的時空盒中——不再有普世的時間;光束旅人與留在原地者所經歷的時間變得不同,儘管各自內部的物理關係仍如牛頓所述般一致,只是時間、距離等的實際數值不再相同。
要貫徹這條思路、與過去(如質疑以太存在的邁克生—莫立實驗)及未來假想實驗調和、再寫出相對論所需的數學,耗費愛因斯坦數年。他的科學原創性在於:構思問題的大膽、貫徹到底的堅持(連同其令人不安的所有蘊含),以及體會其與宇宙本質最根本問題之關聯的細膩——並需要勇氣獨自執行這違逆常識的思路多年。
物理學家 Gerald Holton 論證道,這樣的工作需要的不只是技術、數學敏銳與觀察力,還受更底層的主題(themata)引導——關於宇宙必須如何運作的信念。愛因斯坦的職業信條就包含「將有少數簡單定律、它們統一多樣現象、且不含機率或不確定性」。愛因斯坦據說說過:「上帝不會放過把大自然造得這麼簡單的機會。」
儘管科學家的自我形象強調嚴謹、系統與客觀,但歸根結柢,科學本身近乎一種宗教——一套科學家以狂熱者般的信念擁抱的信仰。這或許正是何以偉大科學家多半關切最宇宙性的問題,且在晚年常對實在的本質、生命的意義發表哲學論斷。連牛頓也把漫長一生的大量時間投入神祕主義、形上學與宇宙論——底層都是同一種「想找到統一結構、從混沌中萃取少數基本原理」的渴望。
延伸:邏輯數學領域人物的童年
- 愛因斯坦:四、五歲時得到一個磁羅盤,被那孤立、看不見卻似受無形之力牽引向北的指針所震懾。「這經驗在我心中留下深刻而持久的印象。」
- Ulam:幼時著迷於東方地毯的繁複圖案,覺得那視覺畫面像「旋律」,各部分彼此共鳴。他推測某些孩子對圖案內在的數學規律特別敏感。Gardner 補充,他和同事在觀察幼兒時也發現一群特別迷戀重複圖案的孩子,暱稱為「圖案者(patterners)」,並與較偏語言的「戲劇者(dramatists)」對照。
- 巴斯卡(Pascal):父親禁止他碰數學,他卻在牆上用炭筆畫圓與三角形,自創術語、公理,最終獨力推導到歐幾里得第三十二命題。
- 羅素:十一歲由兄長教他讀歐幾里得,「如初戀般令人目眩……數學不屬於人類,與這偶然的宇宙毫無特別關聯——因為它像斯賓諾莎的上帝,不會回報我們的愛。」
- 邏輯學家 Saul Kripke:三歲時問母親上帝是否無所不在,得到肯定後又問:那他走進廚房佔了空間,是否把一部分上帝擠了出去?四年級就自行抵達代數核心(發現兩數之和乘以其差,等於較大數的平方減較小數的平方)。
- 笛卡兒(Descartes):「年輕時聽到巧妙的發明,我會試著不看作者、自己重新發明它。」
這些傳記註記印證:邏輯數學才能宣告得極早,個體起初幾乎能不假經驗地迅速自行前進。Gardner 猜測不同人有不同的「早期預兆」經驗:物理學家特別著迷於物件及其運作,數學家沉浸於圖案本身,哲學家則被悖論、關於終極實在的問題與命題間的關係所吸引。
無論早慧與否,關鍵是必須在領域中快速前進。這些領域最富生產力的歲月在四十歲、甚至三十歲之前。Hardy 說過六十歲後已無心智的清新與精力;諾貝爾物理獎得主拉比(I. I. Rabi)說物理需要年輕人的旺盛精力,「物理學家是人類的彼得潘」;Adler 則說多數數學家的主要工作在二十五到三十歲前就結束了。這與人文學科大不相同——後者的鉅著往往出現在人生的第五、六、七個十年。
孤立的數學才能#
如前所述,快速心算對數學家而言至多是偶然的優勢,遠非其才能核心。然而確有一些人具備驚人的計算能力,讓我們看到邏輯數學能力的一部分以相對自主的形式運作。
- 計算奇才(idiots savants):這些人多數領域能力貧弱甚至遲緩,卻能極快、極準地計算——心算大數、記憶長串數字、說出過去三世紀任一日期是星期幾。要強調的是,他們不尋求發現新問題或解決老問題,只是掌握了一套讓自己像「怪胎」般突出的招數。也有例外(高斯與天文學家 Truman Safford 都是傑出計算者),但此才能通常最鮮明於其他方面平庸的人身上。
- Gardner 的猜測:早期算術或曆法上的神童,多半奠基於某些腦區的相對倖免或增生,是一種自動、無法停止的歷程,而非在隨意選定的領域中過度用功的結果。
反過來,某些能力正常者也在數字領域顯示選擇性弱點,類似讀寫障礙(dyslexia)之於書面語言:
最引人注目的是發展性 Gerstmann 症候群:患童在學算術上有孤立的損傷,同時難以辨認手指、難以區分左右,但語言正常(這正是我們判斷他們並非普遍遲緩的依據)。神經學者推測他們在辨識「有序陣列與圖案」的腦區(優勢半球後部的聯合皮質)有缺陷。由於多數孩子最初用手指計算,此症候群格外耐人尋味。
數的演化與腦組織#
與語言、甚至音樂相比,我們對數字能力的演化前身所知甚少。動物界確有先驅:鳥能可靠辨識多達六、七個物件的陣列;蜜蜂能藉觀察同伴的舞蹈計算距離與方向;靈長類能掌握小數目並做簡單機率估計。曆法等記號系統至少可追溯三萬年,遠早於書面語言——我們的祖先必已掌握「數是無盡序列、可不斷加一構成更大單位」的核心洞見。
至於腦中組織:確有人喪失計算能力而語言完好,也有更多失語者仍能找零、玩需計算的遊戲、管理財務——語言與計算即使在最基本層次也相當分離。而且(又一次呼應音樂)數字能力的重要面向常呈現於右半球。多數觀察者同意可有分離的算術能力崩解:理解數字符號、領會運算符號的意義、理解底層的量與運算本身。讀寫數學符號較常是左半球功能,理解數字關係與概念則似涉及右半球。
一種脆弱的共識認為左頂葉(及鄰接的顳、枕聯合區)在邏輯與數學上特別重要——成人版 Gerstmann 症候群正源於此區角迴的損傷。但 Gardner 對此保留:
Gardner 提出不同的神經組織說法。某些神經中樞或許對特定的邏輯數學運算重要,但它們不像語言或音樂所依賴的顳葉、額葉那樣不可或缺。邏輯數學能力始於嬰兒期最一般的動作,逐步發展於頭一、二十年,涉及多個協同運作的神經中樞。因此儘管有局部損傷,這些運算通常仍能執行——因為它們寓於一種一般化、高度冗餘的神經組織,而非某個特定中樞。邏輯數學能力變得脆弱,主要不是因局部腦病,而是因失智症等普遍性退化疾病,讓大片神經系統一齊崩解。兩項近期電生理研究也顯示,解數學問題時兩個半球大量參與。
由此,動用奧坎剃刀,有人會說邏輯數學能力不如其他系統那麼「純粹」或「自主」,或許該算作某種「超級」或更一般的智能,而非單一智能。Gardner 對此論證有時感到同情,但他認為:既然能遇到特定、局部的邏輯數學能力崩解,以及各種極端早慧,把邏輯數學智能整個消去就太過極端;「自主智能」的多數標誌在邏輯數學思維上都呈正面。也可能邏輯數學能力只是若干必要卻略帶冗餘之系統的串接——若能被同時且離散地摧毀(這只能經由不被容許的實驗介入達成),才會出現與語言、音樂領域同等聚焦的症候群。
跨文化的邏輯與數學#
本章的關切絕非西方所獨有——世界各角落演化出的眾多數與計算系統充分證明了這點:從巴布亞新幾內亞人以身體部位計數,到非洲以貝殼進行市場交易。西方人類學史上一直有場爭論:一派看到西方與其他思維形式之間的本質連續性,另一派則強調非西方心靈的「原始」。近數十年來,「野蠻人」心靈與我們根本不同的主張,已不如從前那樣輕易被提出。
由於數學與科學是西方最自豪的成就,「優越性」的初步主張正來自這些領域。當西方社會科學家把自己的測驗方法搬到異地、尋找自己的思維模式時,往往找不到多少證據——例如把皮亞傑作業移植到異文化,發現少有人超過具體運思,有時連守恆都不展現。然而一旦就文化內部、就對居民真正重要的作業蒐集證據,所謂原始與馴化心靈的差異就縮小了,有時「原始人」甚至勝過研究者。
一種切入方式,是用前述學者角色來看非西方社會:
當你在傳統文化中尋找「如我們所知的數學家或科學家」時,證據寥寥——「為抽象系統本身建立精緻理論」或「設計實驗檢驗關於世界運作的命題」,確實是西方的關切(始於希臘、在文藝復興真正大舉展開)。但當焦點轉向科學所依據的基本心智運算時,卻幾乎沒有理由懷疑邏輯數學思維的普世性。
- 市場經濟中,個體完全能為己利討價還價、在賣不到好價時撤下商品、做出公平或有利的交易。
- 分類上,需要時人們能建出精緻且階層化的系統並適當運用。
- 曆法與計算(如算盤)方面,各社會的解決方案至少和我們的一樣好。
- 喀拉哈里的布希曼人打獵時,會區分親眼看到獵物、只看到足跡、聽人轉述、以及全然不確定等情況——研究者 Blurton-Jones 與 Konner 指出,追蹤所涉及的推論、假設檢驗與發現,「動用了人類心智最佳的推論與分析能力」。
延伸:前識字社會的算術系統與數學的神祕面向
- 估計:許多社會的估計能力驚人。Gay 與 Cole 發現賴比瑞亞的 Kpelle 成人估計十到一百顆石頭的數目,遠勝美國成人。以估計為基礎的系統有一優點:幾乎不會離譜地錯;西方演算法雖更常完全準確,卻也更可能因對錯欄位或按錯計算機而大錯特錯。
- kala(又稱 malang、Oh-War-ree)棋:一種撒種子入洞的坑洞棋,被稱為「全世界最具算術性、又有廣大群眾基礎的遊戲」。Cole 等人觀察到贏家運用清晰一致的策略——鞏固防守、盤點每一步的可能、保留時間、誘敵過早吃子、追求決定性勝利、靈活重新部署。一局可長達三百步以上,優秀棋手為家族帶來榮耀,甚至被寫進歌謠。
- 數學與宗教/神祕的交織:猶太人把數的性質洞見與經文詮釋、預言相連;西班牙宗教裁判所時期,擁有處理數學的阿拉伯手稿可能被判終身監禁或死刑,「數學家被斥為最大的異端」;中世紀伊斯蘭與基督教學者相信幻方(各行各列總和相同的方陣)能驅逐瘟疫、治療不孕;非洲許多地方禁忌計數人、家畜或貴重財物;中世紀印度人以富意象的詞代替數(月為一,眼或臂為二),並以詩體寫數學與天文著作。
前識字與傳統識字社會都把對數字性質的敏感視為重要,數學智能的數字核心似乎受到普世的尊崇。至於一個看似對「原始心靈理性」的強力挑戰——人們同時擁抱邏輯上互相矛盾、訴諸超自然的信念(如相信自己既是人又是貓)——某些人類學家的分析卻不同:
所有民族(包括我們自己)都持有許多非理性、甚至不理性的信念;作為思考的人,不可能不同時抱持一些彼此矛盾的信念——想想我們的宗教,甚至科學的信念也常自相矛盾(例如毫無邏輯理由地信奉科學 themata,或物理學家同時相信可預測性與不確定性)。關鍵在於:無論這些信念多麼強烈,它們並不干擾人在日常實務上如何做決定。它們被視為關於實在終極本質的宇宙論或形上學理論,與如何烤肉、如何從一地到另一地、如何跟人成交無關。人類的日常實踐,正是在這些日常推理現場、而非在神話或科學的宇宙論中進行的。
高層次的邏輯思維同樣可見於傳統文化。Edwin Hutchins 對特羅布里恩群島土地糾紛的精采研究顯示,訴訟者能進行長而複雜的推理鏈:每位主張某園歸己的人,必須提出一段以「自己有權擁有該園」為終點的、文化上有意義的園史,還須證明不存在任何合理的、以對手擁有主張為終點的園史。Hutchins 說:「在某些方面,訴訟者的解題任務類似數學或邏輯中的定理證明。文化規範提供公理或隱含前提,案件的歷史背景提供明確前提,待證定理則是代表訴訟者自身土地權利的命題。」——這雖非純亞里斯多德邏輯(因它含蓋然推論),「但我們自己的推理也是如此」。
學校教育與識字的影響#
若說這類研究縮小了「我們」與「他們」在理性上的差異,那麼也有一項新體認:學校教育、尤其是識字,能深刻改變人思考自己與溝通的方式。在校中人學會:脫離常見脈絡處理資訊;在假設基礎上抱持抽象立場並探索其間關係;不依說話者是誰或語氣如何來理解一組觀念;批評、偵測矛盾並試圖解決;尊重知識的累積、檢驗自己並不切身關心之陳述的方法,以及看似遙遠的知識體系間的關聯。
許多原始社會不鼓勵發問、挑戰既有智慧、質疑巫術或神祕解釋;相反,許多「受教育」環境的整體推力,正是挑戰無證據的陳述、重構謬誤論證、乃至自行鍛造新綜合。其結果是一個深切在意邏輯、科學與數學的社會——看來甚至是以犧牲某些較美學或個人性的智能為代價。
數學、科學與時間的推移#
科學家與數學家愛把自己想成關切永恆真理者,其追求實則迅速演變、且已歷經深刻變化。對這些領域的構想也隨世紀改變。如 Rotman 指出:
- 對巴比倫人,數學是天文推算之道;
- 對畢達哥拉斯派,是宇宙和諧的體現;
- 對文藝復興科學家,是揭開自然之祕的手段;
- 對康德,是命題構築於理性最深層的完美科學;
- 對弗雷格與羅素,則成了衡量日常語言含混的清晰典範。
這些觀點無疑會繼續改變;即使在頂尖數學家之間,對於自身事業的本質、何為首要目標、哪些發現方法可被允許,也存在深刻分歧。科學亦然。變化常被視為進步,但在孔恩(Thomas Kuhn)的挑釁性著作後,論者更遲於把科學看成沿單一路徑邁向終極真理。少有人會走到某些孔恩派那麼遠、宣稱科學不過是一套世界觀替換另一套,或如費耶阿本(Paul Feyerabend)般否認科學與非科學之別;但人們廣泛體認到:每套世界觀在澄清某些問題的同時,忽略或遮蔽了另一些;「單一、跨所有領域統一的科學」是最好驅除的幻想。
個體是這些時代變化的受益者,也是受害者。同一套技能在某時代可造就偉大數學家或科學家(因正合所需),在其他時代卻可能相對無用。例如「回憶大量數字串」或「想像複雜形式關係」的能力,在某些數學時代極其重要,在書籍或電腦已接管記憶功能、或空間概念不被接受為數學核心的時代,卻用處不大。
這種時機的偶然性,在印度數學家**拉馬努金(Srinivasa Ramanujan)**身上表現得最為悽切。他被視為近幾世紀最有天賦的天生數學家之一,卻來自不知現代數學的鄉間,獨力推導出許多當時當地尚未有的數學,等他移居英國時,已太遲,難以貢獻於當代的數學實踐。Hardy 覺得教「今日數學」給一個有最深本能卻幾乎沒聽過當代問題的人,十分迷人。臨終時拉馬努金告訴剛搭計程車趕來的 Hardy:車號 1729 並非 Hardy 所想的無趣數字,而是「最小的、能以兩種不同方式表為兩個立方數之和的數」——這是驚人迅速的數學洞見,卻不是二十世紀英國數學圈所看重(甚至欣賞)的貢獻。除了天賦,有志的數學家還必須在對的時間置身對的地方。
數學與科學會累積、會改變,但其中難道沒有恆常不變的基本律嗎?Quine 論證道:我們修改歷史、經濟觀念比修改物理容易,修改物理又比修改數學與邏輯律容易——「數學與邏輯……被賦予這種豁免,是出於我們對『最少擾動系統之修訂』的保守偏好;數學律被感到具有的必然性,或許正源於此。」然而 Quine 也指出,每個領域(含邏輯與數學)都有朝向簡單性的持續漂移:一旦修訂數學與邏輯能為整個科學概念體系帶來本質性簡化,它們也會被修訂。
若本世紀是指標,變化只會愈來愈快:過去數十年的科學量,等於此前全部人類歷史。新領域、混種領域的激增與新技術(尤以電腦為最)的爆炸,使人難以想像未來科學事業的規模。不久之後,電腦本身或許也將參與其中——不僅解決人力無法「手工」處理的問題,還幫助界定新問題本身。愈來愈地,對這些進展一無所知的人,將處於難以有效參與社會的不利位置。
與其他智能的關係#
我們社會(或許還有其他社會)的走向,尖銳地提出一個問題:邏輯數學智能是否在某種意義上比其他智能更根本——是概念上位居一切人類智力的中心,還是實踐上引導著人類歷史的走向與命運?人們常說:畢竟只有一種邏輯,而只有邏輯數學智能發達者才能運用它。
Gardner 不同意。邏輯數學智能在西方史上確有獨特重要性,且不見減弱之勢;但它在別處較不重要,當前的「統一趨勢」是否延續也遠未確定。更合理的看法是:把邏輯數學技能視為一組智能中的一員——一種強力裝備來處理某類問題、卻絕不優越於、也不會壓倒其他智能的技能(事實上連邏輯都不只一種,各有強弱)。
如前幾章所見,語言有語言的邏輯、音樂有音樂的邏輯,但這些邏輯依自己的規則運作,再強劑量的數學邏輯注入其中也改變不了它們內生「邏輯」的運作方式。當然,邏輯數學與空間智能在西洋棋、工程、建築等領域一直有富成效的互動,這些協同應用將在下一章談空間智能時觸及。
那麼與音樂的關聯呢?這麼多數學家與科學家被音樂吸引,難道只是巧合?Hofstadter 在《哥德爾、艾雪、巴赫》中呈現的音樂、視覺藝術與數學之間動人的共通性,又該如何理解?
線索在於:數學天才常被看似遙遠領域中的秩序或圖案吸引(如 Hardy 迷板球、Simon 對建築規劃的興趣),但這種興趣未必被對方回報——人可以是天賦的雕塑家、詩人或音樂家,卻對邏輯數學思維核心的那種秩序毫無興趣或知識。這些「跨領域巧合」不過是邏輯學家、科學家、數學家的智能被應用到其他經驗領域的實例。到處都有圖案(有些瑣碎、有些不然),而辨識它們——無論身在何處——正是邏輯數學者的特殊天賦(或詛咒)。
也許正如從柏拉圖到萊布尼茲所想、愛因斯坦所盼,這些迴響的圖案藏著宇宙之祕的某物。但察覺這些圖案並有所作為,只是邏輯數學智能在運作的一例,展示的是它自己的貨色,而非其他智能的核心運作——它並不告訴我們音樂、語言或身體智能究竟是什麼。要看到這些能力運作,得去看貝婁(Saul Bellow)寫的小說(也許正好寫一位數學家),或葛蘭姆(Martha Graham)編的芭蕾(也許正好關於一組方程式或一則證明)。每種智能都有自己的排序機制,其排序方式反映自身的原則與偏好的媒介。也許在峇里島,某種美學能力就占據了我們西方幾乎反射性地歸給數學家或邏輯學家的那種「超級排序」特權。