约翰·康威最喜欢的单词是“Floccinaucinihilipilification”。
这个词来自拉丁语,意思是:认为某件事毫无意义。
约翰·康威 | Lifewiki
平平无奇的数学小天才
1937年,康威出生于英国利物浦。
他的妈妈曾提到,她发现康威4岁就能背2的幂方,一直背到1024。
不过,康威自己说:“我不记得这事,这可能只是鼓励孩子的故事。”
中学时代,你的班级里大概也有这么一位同学:内向,不怎么爱说话,擅长数理化,每次考试都名列前茅,并且……被别人起了个非善意的绰号。
康威就是这位同学。他的绰号叫“玛丽”。
11岁时,康威被问起长大后的理想,他说:我要去剑桥,研究数学。
这件事传了出去,他有了一个新的绰号“教授”——对于青春期的小孩来说,这个绰号同样不怎么友好。
与一些空泛幻想不同的是:康威确实考上了剑桥,专业也正是数学。并且,后来他真的做了教授。
总有那么一两个时刻,我们会想,或许人生可以有些不一样。
对于康威来讲,这个时刻发生在他去剑桥报道的时候。19岁,他提着行李走下火车,发现周围没有一个熟人,他猛然意识到:这是个绝佳的机会,他可以成为另一个自己。
剑桥大学 | Pixabay
大学期间,康威逐渐打开自己,常在聚会中讲故事,偶尔还会自嘲。
27岁那年,康威博士毕业,28岁在剑桥谋得了一个讲师职位。
彼时的康威结了婚,有4个小女儿。为了养家糊口,他必须上很多课,留给自己的研究时间只有周三和周六两个下午。
好在,学生们很喜欢这位幽默的老师:在讲对称性时,他会带一个大萝卜,把它切成二十面体,边讲解边把剩下的萝卜吃掉。
此时的他,也开始沉迷于各种游戏:在研究室一连玩好几个小时双陆棋,给国际象棋编写其他规则,甚至自己发明新的游戏,比如使用纸笔就能完成的拓扑学游戏 “豆芽”,以围棋为基础的博弈游戏“天使与魔鬼”。
为人风趣幽默,还擅长将深奥的数学道理融入天马行空的游戏,这些都让他成为了“最有魅力的讲师”。
然而,康威自己很清楚,他什么也没做、没有任何成果。
他担心自己的数学灵魂会就此枯萎:“我很沮丧,没能实现自己的誓言”。
如何治疗沮丧
转机发生在1967年。
当时,数学家约翰·李奇发现了李奇晶格(Leech lattice),用来描述24维球体的堆积问题,而这个24维球体的对称性还没人研究。
所谓对称性,可以做一个简单的类比。在纸上画下最密堆积的圆,也就是一个中心圆,周围是呈蜂窝状6个圆。这种排列可以形成12种对称方式,也就是以12种不同的方法旋转或翻转,可以得到与原图重合的图像。如果在24维空间中密集堆积的球体,那么,所能形成对称方式的数目将会非常巨大。
康威的李奇晶格涂鸦照片 | theguardian.com
康威意识到这是个机会,决定尝试一下,哪怕这项工作可能要耗时数个月。
一个星期六,他决定开始研究。先跟妻子说了“再见”,亲吻了孩子们,然后把自己关在屋子里。
12个半小时后,康威走出屋子——他找到了答案:李奇晶格的对称数是8315553613086720000。
这个数值有多大呢?银河系中大约有4000亿颗恒星,李奇晶格的对称数相当于2000万个银河中的星星。
他知道,自己成功了。
“群论”在现代数学中有着极为重要的地位,许多数学分支都在此基础上演化而来。而群论中的“有限单群分类”几乎是20世纪数学最重要的成果。
在1955年至2004年之间,100多位作者写了上万页论文,来解决有限单群的分类问题。
在有限单群中,存在26种名为“散在群”的特殊单群。
通过李奇晶格的研究启发,康威自己找到了3个散在群,并将其命名为“康威单群”(Conway group)。
康威单群 | Wikipedia
这项研究使康威一举成名。康威收到了很多邀约去介绍他的研究。“我记得我飞到纽约,用20分钟发表讲演,然后飞回来。”
重磅的成果治愈了康威的沮丧。同时,他意识到:自己已经足够成功,从此以后,他只想过得有趣。
只想过得有趣
发现“康威群”后,康威的事业一发不可收拾。
1968年,康威在玩游戏时注意到:大游戏可以分解成小游戏的总和。受此启发,他提出了超现实数(Hyperreal number)理论。超现实数是实数与无穷量的合集。有人认为这一体系有可能用来描述充满极端的物理世界,比如无限大的宇宙或者无限小的量子。
约翰·康威(右三)和朋友玩剑桥大学游戏周边 | wordplay.blogs.nytimes.com
1985年,康威好奇“如何将八维球体紧密堆积”。本来漫无目的的一次研究,后来成为电话信号传输的重要技术。因为信号是八位编码,恰好可以视为一个八维物体,康威的成果可以将这些信号高效地压缩与传输。
除了这些得到应用的研究成果,康威大部分工作似乎毫无意义。
他开发了一种方法来计算任何一天是星期几。使用这种所谓的“末日算法”,康威自认为是世界上计算星期最快的人。为了锻炼自己,他的电脑每次开机都会弹出 10 个随机日期,他必须算出这些星期,才能打开电脑工作。
他花了几周时间,试图造出一个奇怪的潜望镜,可以让眼睛在通常的水平视差之外,获得垂直视差,以帮他看清四维物体。不过,他后来发现,这个装置的唯一作用就是让人感觉头疼。
他一度爱好背圆周率。他和妻子在林间散步时,每人交替背诵20位圆周率,看谁背得多。后来他背到了1000位。
圆周率 | sapiencia.eu
被人问及这些研究到底有什么用时,康威说:“大多数毫无价值,但我只是喜欢这种感觉。”
生命游戏
在他众多研究中,生命游戏(Game of life)最为世人熟知。
在一个铺满方格的世界中,每个格子代表一个细胞。这个细胞的生死,取决于周围8个细胞。
这个游戏有4条规则:
① 细胞害怕孤独:当周围活细胞数低于2,则该细胞死亡;
② 细胞害怕拥挤:当周围活细胞数超过3,则该细胞死亡;
③ 细胞享受平静:当周围有2或3个活细胞时,该细胞保持原样;
④ 细胞可以繁殖:当死细胞周围有3个活细胞时,该细胞变成存活。
生命游戏规则 | renren.com
生命游戏一经创造,立刻吸引了大量玩家,据说,当时四分之一的电脑上都在运行生命游戏。
通过控制起始处的细胞数量与分布,可以创造出无数神奇的模式。
一种名为“滑翔机”的结构,每4个回合它会向右下角走一格。
“轻量级飞船”:每2个“回合”向右走一格,这个速度是生命游戏世界里“光速”。
“高斯帕滑翔机枪”:每14个回合就向下方发射一枚“滑翔机”。
“繁殖者”:批量生产“高斯帕滑翔机枪”。
看似简单的生命游戏,揭示了一些最为深刻的道理:只需要少量的基本规律,可以产生高度复杂的功能,甚至可能创造出智能。
生命游戏背后的机制名为元胞自动机(Cellular automata)。这个概念最早由计算机学家冯·诺依曼提出,是受到了生物细胞自我复制的启发。在这一体系中,通过“细胞”的时空变换,可以研究复杂系统的演化过程。起初,学界并未意识到元胞自动机的价值,直到康威设计了生命游戏,才吸引了科学家们的注意。
那些沉迷生命游戏的玩家,或多或少都会想到:生命的本质可能就是数千亿的格子,如同我们的大脑中的数千亿个细胞。
游戏的终结
关于人生,有很多类比:一种修行,一次长跑,或者一本大书。
对于康威,人生或许更像一场游戏。
他的研究横跨群论、纽结理论、数论、组合博弈论和编码学,但他自己说:“我从没有工作过一天,一辈子都在玩。”
康威几十年里一直穿凉鞋,即使冬天也如此;留起着大马尾,偶尔剪剪刘海和发梢;办公桌上经常对着几年前的信件,从未拆封;在接受美国院士的提名颁奖时,只穿了件绿色的跑步T恤。
把时间的尺度拉大,他的一生充满波折:结过3次婚,有7个子女,严重抑郁2次,中风1次,心脏病发1次,自杀未遂1次。
同时,康威自始至终都在对一些问题好奇不已:如何让象棋规则更有趣?圆周率的第745位数是多少?2213年5月9日是星期几?
康威的卡通人物画,照片 | Simon J Fraser
“一度我曾以世界一流的数学家自期,但是我逐渐变得懒散,才学不足。现在我只尝试让每件事物,以最简单的形式,出现在每个人之前。”
一切看似无聊与琐碎,又都自有其意义。
既然人生视作游戏,那Game Over的时刻也必会到来。
2020年4月,约翰·康威,82岁,死于新冠肺炎,“生命游戏之父”告别世界。
他的生命终结,他的游戏永存。
作者:圆的方块
编辑:麦芽杨
排版:凝音
参考文献:
[1] https://www.theguardian.com/science/2015/jul/23/john-horton-conway-the-most-charismatic-mathematician-in-the-world
[2] https://www.nytimes.com/2020/04/15/technology/john-horton-conway-dead-coronavirus.html?smid=tw-share
[3] “英国全能数学家John Conway因新冠去世,他曾发明风靡一个时代的电脑游戏,还能心算万年历”,凌晨、晓查,2020-04-15,量子位。
[4] 《纽约时报50位科学家》,劳拉·常,2003-06-01,海南出版社。