千万别给科学家擦黑板

2025-01-15 00:00:00都保杰
阅读时代 2025年1期
关键词:粉笔数学家黑板

在人类文明长河中,那些伟大的科学家都有一个共同的“助手”——黑板,在这种平平无奇的板子上,曾书写过堪称奇迹的科学思想或核心演算。所以学者们呼吁,不要擦除科学家遗留在黑板上的内容,因为那可能是一个至关重要的方程式和灵感起源。

相传,当罗马士兵闯入古希腊数学家阿基米德家中并杀害他时,他最后的要求是“别碰我的圆”。1世纪作家瓦列里乌斯·马克西姆斯在《善言懿行录》中提道:“不要,求你不要破坏那些沙子。”因为阿基米德当时正在测算几何图,这可能是第一次有数学家呐喊“不要擦除”。

古希腊罗马时期,“黑板”是铺灰或沙的木板,用于画画和计算。黑板起源不明,可能19世纪前英国学生已用木板写字。苏格兰教育家詹姆斯·皮兰发明了教学用黑板。欧拉已用黑板起草方程式。许多科学家有“黑板肖像”。如今,黑板被白板、PPT等取代,未来可能消失,引发讨论。

科学家们对黑板的偏爱

如果黑板与粉笔在一夜之间全部消失,数学家们可能是最受煎熬的群体之一。

有一则趣事发生在2015年3月,当时位于日本爱知县的羽衣文具宣布倒闭。这个消息一下子让很多数学家焦虑了。原来,除了日本本土,各国的数学家都很喜爱使用羽衣品牌的粉笔,因为它被称为粉笔中的“劳斯莱斯”,粉尘少、难折断、板书丝滑且不脏手,能让数学家在黑板上书写时相当有感觉。好在,羽衣文具后来被其他公司收购,没有真的断货。

黑板授课吸引人,讲师实时填满黑板,观众须紧跟讲解,因内容会被擦除。数学家视黑板推导为表演艺术,观众逐步吸收信息,与幻灯片预设内容不同。

现代工具还存在一些固有短板,PPT无法让观众看到讲者推导、思考、书写大量高等数学证明的过程,而白板笔的弊端则在于写着写着很容易突然没墨,电子白板容易出现延迟卡顿或者断电的情况……因此,在数学和其他理论学科方面,黑板和粉笔组合的可靠性就显得尤为出色。此外,在黑板上书写时声音微妙且需富有耐心,这是沉浸创作的先决条件。

芬兰已故数学家、科学史学家和作家奥斯莫·佩科宁曾调研参观过位于巴黎、剑桥、孟买、普林斯顿和斯德哥尔摩等世界各地的顶尖数学研究机构,在所有这些以培养思维为主要任务的机构中,他都发现了一个相同的现象:黑板和粉笔随处可见,不仅在办公室和演讲厅,甚至在走廊、电梯和卫生间里也有使用。

杰西卡·韦恩是一位知名的美国艺术摄影师,她在自己的照片集作品《请勿擦除:数学家和他们的黑板》中,收录了110张令人惊叹的黑板照片,这些照片来自世界各地的数学家,每位数学家都附上了解读文章,回顾了他们当时在黑板上的工作过程。

这些数学家包括纯数和应用数学家,有获奖教授和有潜力的学生。黑板上的图像涉及代数、范畴论、组合学等多个数学领域,展现了数学、物理、艺术和创造力间的独特关系,揭示了数学和物理的神秘与美丽。

而从很多数学家的附文中可以看出,数学家们与黑板之间有着深厚的情感甚至是亲密的关系,存在一种超然的交流。即使黑板有其局限性,但良好的体验仍然占主导地位。对于习惯将数学视为艺术的数学家们来说,那些跃然于黑板上的公式和图画仿佛有着自己的生命。

对于很多学者而言,黑板是师生、同行之间重要的交流工具,很多人骨子里仍愿意继续沿用这种传统的授课和讨论方式,在黑板这一方世界里,将毕生所学传授给自己的学生,做好“数学的传承”,这是一个延续了数百年的传统。

其实不只是数学家,以物理学家为代表的各领域科学家们同样也是黑板的忠实用户。大多数白板对于书写现代物理长方程式来说太小了,而一块好的黑板却足够大,用粉笔比用记号笔更容易准确清晰地书写物理、数学方程式和公式。

很多科研机构都明白这一点,会在每一个可能的房间内布置优质黑板,为工作和思考提供必要的空间。从某种程度上讲,我们可以根据机构为每位科研人员提供的黑板空间数量对机构进行打分,因为很多理论物理研究可能不需要昂贵的实验设备,但绝对离不开足够好用的黑板。

擦黑板擦出遗憾

你可能很难想象,在数学家和物理学家殚精竭虑破解难题的过程中,清洁工可能是个危险因素。他们一不小心的分内工作——擦黑板,或许就破坏了天才创作的艺术作品,擦出遗憾。由此,学者们也有“不要擦除”的呼声。

理论天体物理学家艾伦·莱特曼回忆,20世纪70年代初在加州理工学院,理查德·费曼在黑板上解出描述黑洞辐射的方程,与主流物理观点不同。莱特曼想第二天抄下这些方程,却发现黑板被擦净。不久后,史蒂芬·霍金独立推导出类似结果,提出霍金辐射理论,声名大噪。

爱因斯坦的质能方程E=mc2是科学史上的一个里程碑。1931年,他访问牛津大学并进行了三场演讲,尽管没有翻译,他还是尽力用德语和图形来阐述复杂的相对论概念。在演讲中,爱因斯坦不仅写下了新的方程,还绘制了图表,用粉笔在黑板上比划,以帮助听众理解。一块记录了他演讲内容的“爱因斯坦黑板”被保存在牛津科学史博物馆,成为馆内的重要展品,吸引着游客前来瞻仰,希望与这位伟大的物理学家建立一种精神上的联系。

这个方程式代表了爱因斯坦在1931年提出的新宇宙模型——弗里德曼-爱因斯坦宇宙模型,该模型尝试将宇宙的年龄、密度和大小联系起来。虽然后来发现黑板上的计算并不完全准确,但它的历史和科学价值依然非凡。遗憾的是,爱因斯坦演讲中使用的另一块黑板,原本也被捐赠给了博物馆,却因清洁工的不慎操作而被擦除,失去了宝贵的历史资料。

黑板作为物理学家的表演空间,在外界艺术家看来好比一幅幅抽象画,因为在其表面所见之下,有着重要的学术意义与超卓深度,试图揭示一种普遍真理,给了艺术家不少灵感。

西班牙当代艺术家阿雷杭德罗·圭哈若曾在欧洲核子研究中心、剑桥大学、牛津大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校等地拍摄了一系列物理教授的黑板板书照片,并策划成展。这些尚未擦干净的黑板展现了物理学家们的零碎想法、奇妙构思或解释,公众也许并不理解上面字符的内容,但却能欣赏到那份纯粹的知识美感。

也有艺术家基于科学家们的黑板板书进行二次创作。美国装置艺术家亚历克萨·米德采用了一种经典错视画概念,使得科学家和自己的黑板内容融为一体。2015年,她作为加拿大滑铁卢圆周理论物理研究所的驻场艺术家,创作了一件受科学家工作启发的装置作品,成为她的知名代表作之一。

伦敦数学科学研究所(LIMS)官网首页展示的是科学家们的黑板板书作品,而非荣誉奖项。LIMS的每个房间都有大黑板,覆盖着数学符号和涂鸦。LIMS主任托马斯·芬克认为,黑板是解决问题的最佳工具,它促使科学家深入思考,激发创新和灵感。

“不要擦除”黑板精神

老师在黑板上刷刷书写的场景刻在了很多代人的记忆里,每每想起,令人怀念。中国现代数学先驱姜立夫的形象也与黑板一起,镌刻在数学史上。

中国现代第一个大学高等数学系被认为起源于北京大学。1913年秋,北大数学系(当时称数学门)迎招新生,时任北大校长的蔡元培将数学系列为北大第一系,为中国近现代数学教育与科研投石问路。

至20世纪20年代,中国各地大学纷纷创办起数学系,数学研究迎来前所未有的繁荣,比较有代表性的例如南开大学数学系等等。

1920年,姜立夫从哈佛回国,在南开大学创办了算学系,这是中国第二个数学系。当时他一个人包揽了一个系,一边处理日常行政事务,一边同时开设了几门课程,包括高等微积分、空间解析几何、射影几何、复变函数论、高等代数、微分几何、非欧几何等,他的学生陈省身、江泽涵、吴大任、刘晋年、孙本旺等,后来都成为了中国乃至世界级的优秀数学家。

数学家们回忆,姜立夫先生授课时总站在教室左前方,徒手用粉笔作图,板书整洁且节约空间。他授课不用教材,只在废旧日历纸上记提纲,然后循序渐进地讲解。这种授课方式要求老师对内容完全掌握,思维集中,逻辑推理能力强,能引导学生跟随节奏,收获远超课程内容,同时训练学生的思维。

吴大任回忆姜立夫时称,姜先生像熟悉地理的向导,引领学生探索数学之美,让学生在攀登中不觉疲劳,听他讲课是一种享受,只有站在一定高度的人才能做到。

学者们呼吁“不要擦除”黑板,某种意义上也是在提醒后人,不要抹除前辈们留下的优良学习传统和钻研能力,将先驱们的精气神、为人治学的智慧和毕生奉献的学术情怀保留延续下去。

(源自“返朴”,有删节)

责编(见习):徐杰

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