第25章 三体问题(1)
汪淼刚刚退出游戏,电话响了,是大史打来的,说有紧急的事情,让他马上到重案组办公室去一趟。汪淼看看表,已是凌晨三点了。
汪淼来到大史凌乱的办公室时,见那里已被他抽得云蒸雾绕,使得办公室中的另一位年轻女警不停地用记录本在鼻子前扇动。大史介绍说她叫徐冰冰,计算机专家,是信息安全部门的。办公室中的第三个人令汪淼很吃惊,居然是申玉菲的丈夫魏成,头发乱蓬蓬的,他抬头看看汪淼,好像已经忘记了他们见过面。
“不好意思打扰,不过我看你也没睡吧。这里有些事儿,还没有汇报作战中心,大概需要你参谋参谋。”大史对汪淼说,然后转向魏成,“你说吧。”
“我说过,我的生命受到威胁。”魏成说,脸上却是一副木然的表情。
“从头说起吧。”
“好,从头说,不要嫌我麻烦,我最近还真想找人说说话……”魏成说着转头看看徐冰冰,“不做笔录什么的吗?”
“现在不用,以前没人和你说话?”大史不失时机地问。
“也不是,我懒得说,我是个懒散的人。”
以下是魏成的叙述:
我是个懒散的人,从小就是,住校时碗从来不洗,被子从来不叠,对什么都提不起兴趣,懒得学习,甚至懒得玩,每天迷迷糊糊地混日子。但我知道自己有一些超过常人的才能,比如你画一根线,我在线上划一道,位置肯定在0.618的黄金分割处。同学们说我适合当木匠,但我觉得这是更高级的才能,是对数和形的一种直觉。其实我的数学同其他课程一样,成绩一团糟,我懒得推导,考试时就将自己蒙出来的答案直接写上去,也能蒙对百分之八九十,但这样拿不到高分。
高二时,一位数学老师注意到了我,那时候,中学教师中可是卧虎藏龙,“文革”中很多有才华的人都流落到中学去教书了,他就是这样一个人。有一天下课后他把我留下,在黑板上写了十几个数列,让我直接写出它们的求和公式。我很快写出其中的一部分,基本上都对,其余我一眼就看出是发散的。老师拿出了一本书,是《福尔摩斯探案集》,他翻到一篇,好像是《血字的研究》吧,有一段大意是这样:华生看到楼下有个衣着普通的人在送信,就指给福尔摩斯看,福尔摩斯说你是指那个退伍海军军曹吗?华生很奇怪福尔摩斯是如何推断出他的身份的,福尔摩斯自己也不清楚,想了半天才理出推理的过程,看那人的手、举止啦等等。他说这不奇怪,别人也很难说出自己是如何推断出“2+2=4”的。
老师合上书对我说:你就是这样,你的推导太快了,而且是本能的,所以自己意识不到。他接着问我:看到一串数字,你有什么感觉?我是问感觉。我说任何数字组合对于我都是一种立体形体,我当然说不清什么数字是什么形状,但它确实表现为一种形体。那看到几何图形呢?老师追问。我说与上面相反,在我脑袋深处没有图形,一切都化为数字了,就像你凑近了看报纸上的照片,都是小点儿(当然现在的报纸照片不是那样儿了)。
老师说你真的很有数学天分,但是,但是……他说了好多个但是,来回走着,好像我是个很棘手的东西,不知道如何处理似的。但是你这号人不会珍惜自己天分的,他说。想了好半天,他好像放弃了,说那你就去参加下月区里的数学竞赛吧,我也不辅导你了,对你这号人,白费劲,只是你答卷时一定要把推导过程写上去。于是我就去竞赛了,从区里一直赛上去,赛到布达佩斯的奥林匹克数学竞赛,全是冠军。回来后就被一所一流大学的数学系免试录取了……
我说这些你们不烦吧?啊,好,其实要说清后面的事儿,这些还是必须说的。那个高中老师说得对,我不会珍惜自己,本科硕士博士都吊儿郎当,但居然都过来了。一到社会上,才发现自己是个地地道道的废物,除了数学啥也不会,在复杂的人际关系中处于半睡眠状态,越混越次;后来到大学里教书吧,也混不下去,教学上认真不起来,我在黑板上写一句“容易证明”,学生底下就得捣鼓半天,后来搞末位淘汰,课也没得教了。到此为止,我对这一切都厌倦了,就拿着简单的行李去了南方一座深山中的寺庙。
哦,我不是去出家,我懒得出家,只是想找个真正清静的地方住一阵儿。那里的长老是我父亲的一个老友,学问很深,却在晚年遁入空门,照父亲说吧,到他这层次,也就这一条路了。那位长老收留我住下,我对他说,想找个清静省心的方式混完这辈子算了。长老说,这里并不清静,是旅游区,进香的人也很多;大隐隐于市,要清静省心,自己就得空。我说我够空了,名利于我连浮云都算不上,你庙里那些僧人都比我有更多的凡心。长老摇摇头:空不是无,空是一种存在,你得用空这种存在填满自己。这话对我很有启发,后来想想,这根本不是佛家理念,倒像现代的某种物理学理论。长老也说了,他不会同我谈佛,理由与那位中学老师一样:对我这号人没用。
第一天晚上,在寺院的小屋里我睡不着,没想到这世外桃源是如此的不舒服,被褥都在山雾中变潮了,床硬邦邦的。于是,为了催眠,我便试图按长老说的那样,用“空”来填充自己。我在意识中创造的第一个“空”是无际的太空,其中什么都没有,连光都没有,空空的。很快,我觉得这空无一物的宇宙根本不能使自己感到宁静,身处其中反而会感到一种莫名的焦躁不安,有一种落水者想随便抓住些什么东西的欲望。
于是我给自己在这无限的空间中创造了一个球体,不大的、有质量的球体。但感觉并没有好起来,那球体悬浮在“空”的正中(对于无限的空间,任何一处都是正中),那个宇宙中没有任何东西作用于它,它也没有任何东西可以作用。它悬在那里,永远不会做丝毫的运动,永远不会有丝毫的变化,真是对死亡最到位的诠释。
我创造了第二个球,与原来的球大小质量相等,它们的表面都是全反射的镜面,互相映着对方的像,映着除它自己之外宇宙中唯一的一个存在。但情况并没有好多少:如果球没有初始运动,也就是我的第一推动,它们很快会被各自的引力拉到一块,然后两个球互相靠着悬在那里一动不动,还是一个死亡的符号。如果有初始运动且不相撞,它们就会在各自引力作用下相互围绕着对方旋转,不管你怎样初始化,那旋转最后都会固定下来,永远不变,死亡的舞蹈。
我又引入了第三个球体,情况发生了令我震惊的变化。前面说过,任何图形在我的意识深处都是数字化的,前面的无球、一球和二球宇宙表现为一条或寥寥几条描述它的方程,像几片晚秋的落叶。但这第三个球体是点上了“空”之睛的龙,三球宇宙一下子变得复杂起来,三个被赋予了初始运动的球体在太空中进行着复杂的、似乎永不重复的运动,描述方程如暴雨般涌现,无休无止。我就这样进入梦乡,三球在梦中一直舞蹈着,无规律的永不重复的舞蹈。但在我的意识深处,这舞蹈是有节奏的,只是重复的周期无限长而已,这让我着迷,我要描述出这个周期的一部分或全部。
第二天我一直在想着那三个在“空”中舞蹈的球,思想从没有像这样全功率转动过,以至于有僧人问长老我精神是不是出了什么毛病,长老一笑说:没事,他找到了空。是的,我找到了空,现在我能隐于市了,就是置身熙攘的人群中,我的内心也是无比清静。我第一次享受到了数学的乐趣,三体问题[6]的物理原理很单纯,其实是一个数学问题。这时,我就像一个半生寻花问柳的放荡者突然感受到了爱情。
“你不知道庞加莱吗[7]?”汪淼打断魏成问。
当时不知道,学数学的不知道庞加莱是不对,但我不敬仰大师,自己也不想成大师,所以不知道。但就算当时知道庞加莱,我也会继续对三体问题的研究。全世界都认为这人证明了三体问题不可解,可我觉得可能是个误解,他只是证明了初始条件的敏感性,证明了三体系统是一个不可积分的系统,但敏感性不等于彻底的不确定,只是这种确定性包含着数量更加巨大的不同形态。现在要做的是找到一种新的算法。当时我立刻想到了一样东西:你听说过“蒙特卡洛法”吗?哦,那是一种计算不规则图形面积的计算机程序算法,具体做法是在软件中用大量的小球随机击打那块不规则图形,被击中的地方不再重复打击,这样,达到一定的数量后,图形的所有部分就会都被击中一次,这时统计图形区域内小球的数量,就得到了图形的面积,当然,球越小结果越精确。
这种方法虽然简单,却展示了数学中的一种用随机的蛮力对抗精确逻辑的思想方法,一种用数量得到质量的计算思想。这就是我解决三体问题的策略。我研究三体运动的任何一个时间断面,在这个断面上,各个球的运动矢量有无限的组合,我将每一种组合看做一种类似于生物的东西,关键是要确定一个规则:哪种组合的运行趋势是“健康的”和“有利的”,哪种是“不利的”和“有害的”,让前者获得生存的优势,后者则产生生存困难,在计算中就这样优胜劣汰,最后生存下来的就是对三体下一断面运动状态的正确预测。
“进化算法。”汪淼说。
“请你来还是对了。”大史对汪淼点点头。
是的,我是到后来才听说这个名词。这种算法的特点就是海量计算,计算量超级巨大,对于三体问题,现有的计算机是不行的。而当时我在寺庙里连个计算器都没有,只有从账房讨来的一本空账本和一支铅笔。我开始在纸上建立数学模型,这工作量很大,很快用完了十几个空账本,搞得管账的和尚怨气冲天。但在长老的要求下,他们还是给我找来了更多的纸和笔。我将写好的计算稿放到枕头下面,废掉的就扔到院里的香炉中。
这天傍晚,一位年轻女性突然闯进我屋里,这是我这里第一次有女人进来,她手中拿着几张边缘烧焦了的纸,那是我废弃的算稿。
“他们说这是你的,你在研究三体问题?”她急切地问,大眼镜后面的那双眼睛像着了火似的。
这人令我很震惊,我采用的是非常规数学方法,且推导的跳跃性很大,她竟然能从几张废算稿中看出研究的对象,其数学能力非同一般。同时也可以肯定,她与我一样,很投入地关注着三体问题。我对来这里的游客和香客都没什么好印象,那些游客根本不知道是来看什么的,只是东跑西窜地照相;而那些香客,看上去普遍比游客穷得多,都处于一种麻木的智力抑制状态。这个姑娘却不同,很有学者气质,后来知道她是同一群日本游客一起来的。
不等我回答,她又说:“你的想法太高明了,我们一直在寻找这类方法,把三体问题的难度转化为巨大的计算量。但这需要很大的计算机才行。”
“把全世界所有的大计算机都用上也不行。”我实话告诉她。
“但你总得有一个过得去的研究环境才行,这里什么都没有。我可以让你有机会使用巨型计算机,还可以送给你一台小型机,明天一早,我们一起下山。”
她就是申玉菲了,同现在一样,简洁而专制,但比现在要有吸引力。我生性冷淡,对女性,我比周围这些和尚更不感兴趣,但她很特殊,她那最没女人味的女人味吸引了我,反正我也是个闲人,就立刻答应了她。
夜里,我睡不着,披衣走进寺院,远远地,在昏暗的庙堂里看到了申玉菲的身影,她正在佛像前烧香,一举一动都是很虔诚的样子。我轻轻走过去,走到庙堂门槛外时,听到了她轻声念出的一句祈求:
“佛祖保佑我主脱离苦海。”
我以为听错了,但她又诵吟了一遍:
“佛祖保佑我主脱离苦海。”
我不懂任何宗教也不感兴趣,但确实想象不出比这更离奇的祈祷了,不由脱口而出:“你在说什么?!”
申玉菲丝毫没有理会我的存在,仍然微闭双眼双手合十,好像在看着她的祈求随着香烟袅袅升到佛祖那里。过了好一阵儿,她才睁开眼睛转向我。
“去睡吧,明天早些走。”她说,看也不看我。
“你刚才说的‘我主’,是在佛教里吗?”我问。
“不在。”
“那……”
申玉菲一言不发,快步离去,我没来得及再问什么。我一遍遍默念着那句祈祷,越念越感觉怪异,后来有了一种说不出的恐怖感,于是快步走到长老的住处,敲开了他的门。
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汪淼来到大史凌乱的办公室时,见那里已被他抽得云蒸雾绕,使得办公室中的另一位年轻女警不停地用记录本在鼻子前扇动。大史介绍说她叫徐冰冰,计算机专家,是信息安全部门的。办公室中的第三个人令汪淼很吃惊,居然是申玉菲的丈夫魏成,头发乱蓬蓬的,他抬头看看汪淼,好像已经忘记了他们见过面。
“不好意思打扰,不过我看你也没睡吧。这里有些事儿,还没有汇报作战中心,大概需要你参谋参谋。”大史对汪淼说,然后转向魏成,“你说吧。”
“我说过,我的生命受到威胁。”魏成说,脸上却是一副木然的表情。
“从头说起吧。”
“好,从头说,不要嫌我麻烦,我最近还真想找人说说话……”魏成说着转头看看徐冰冰,“不做笔录什么的吗?”
“现在不用,以前没人和你说话?”大史不失时机地问。
“也不是,我懒得说,我是个懒散的人。”
以下是魏成的叙述:
我是个懒散的人,从小就是,住校时碗从来不洗,被子从来不叠,对什么都提不起兴趣,懒得学习,甚至懒得玩,每天迷迷糊糊地混日子。但我知道自己有一些超过常人的才能,比如你画一根线,我在线上划一道,位置肯定在0.618的黄金分割处。同学们说我适合当木匠,但我觉得这是更高级的才能,是对数和形的一种直觉。其实我的数学同其他课程一样,成绩一团糟,我懒得推导,考试时就将自己蒙出来的答案直接写上去,也能蒙对百分之八九十,但这样拿不到高分。
高二时,一位数学老师注意到了我,那时候,中学教师中可是卧虎藏龙,“文革”中很多有才华的人都流落到中学去教书了,他就是这样一个人。有一天下课后他把我留下,在黑板上写了十几个数列,让我直接写出它们的求和公式。我很快写出其中的一部分,基本上都对,其余我一眼就看出是发散的。老师拿出了一本书,是《福尔摩斯探案集》,他翻到一篇,好像是《血字的研究》吧,有一段大意是这样:华生看到楼下有个衣着普通的人在送信,就指给福尔摩斯看,福尔摩斯说你是指那个退伍海军军曹吗?华生很奇怪福尔摩斯是如何推断出他的身份的,福尔摩斯自己也不清楚,想了半天才理出推理的过程,看那人的手、举止啦等等。他说这不奇怪,别人也很难说出自己是如何推断出“2+2=4”的。
老师合上书对我说:你就是这样,你的推导太快了,而且是本能的,所以自己意识不到。他接着问我:看到一串数字,你有什么感觉?我是问感觉。我说任何数字组合对于我都是一种立体形体,我当然说不清什么数字是什么形状,但它确实表现为一种形体。那看到几何图形呢?老师追问。我说与上面相反,在我脑袋深处没有图形,一切都化为数字了,就像你凑近了看报纸上的照片,都是小点儿(当然现在的报纸照片不是那样儿了)。
老师说你真的很有数学天分,但是,但是……他说了好多个但是,来回走着,好像我是个很棘手的东西,不知道如何处理似的。但是你这号人不会珍惜自己天分的,他说。想了好半天,他好像放弃了,说那你就去参加下月区里的数学竞赛吧,我也不辅导你了,对你这号人,白费劲,只是你答卷时一定要把推导过程写上去。于是我就去竞赛了,从区里一直赛上去,赛到布达佩斯的奥林匹克数学竞赛,全是冠军。回来后就被一所一流大学的数学系免试录取了……
我说这些你们不烦吧?啊,好,其实要说清后面的事儿,这些还是必须说的。那个高中老师说得对,我不会珍惜自己,本科硕士博士都吊儿郎当,但居然都过来了。一到社会上,才发现自己是个地地道道的废物,除了数学啥也不会,在复杂的人际关系中处于半睡眠状态,越混越次;后来到大学里教书吧,也混不下去,教学上认真不起来,我在黑板上写一句“容易证明”,学生底下就得捣鼓半天,后来搞末位淘汰,课也没得教了。到此为止,我对这一切都厌倦了,就拿着简单的行李去了南方一座深山中的寺庙。
哦,我不是去出家,我懒得出家,只是想找个真正清静的地方住一阵儿。那里的长老是我父亲的一个老友,学问很深,却在晚年遁入空门,照父亲说吧,到他这层次,也就这一条路了。那位长老收留我住下,我对他说,想找个清静省心的方式混完这辈子算了。长老说,这里并不清静,是旅游区,进香的人也很多;大隐隐于市,要清静省心,自己就得空。我说我够空了,名利于我连浮云都算不上,你庙里那些僧人都比我有更多的凡心。长老摇摇头:空不是无,空是一种存在,你得用空这种存在填满自己。这话对我很有启发,后来想想,这根本不是佛家理念,倒像现代的某种物理学理论。长老也说了,他不会同我谈佛,理由与那位中学老师一样:对我这号人没用。
第一天晚上,在寺院的小屋里我睡不着,没想到这世外桃源是如此的不舒服,被褥都在山雾中变潮了,床硬邦邦的。于是,为了催眠,我便试图按长老说的那样,用“空”来填充自己。我在意识中创造的第一个“空”是无际的太空,其中什么都没有,连光都没有,空空的。很快,我觉得这空无一物的宇宙根本不能使自己感到宁静,身处其中反而会感到一种莫名的焦躁不安,有一种落水者想随便抓住些什么东西的欲望。
于是我给自己在这无限的空间中创造了一个球体,不大的、有质量的球体。但感觉并没有好起来,那球体悬浮在“空”的正中(对于无限的空间,任何一处都是正中),那个宇宙中没有任何东西作用于它,它也没有任何东西可以作用。它悬在那里,永远不会做丝毫的运动,永远不会有丝毫的变化,真是对死亡最到位的诠释。
我创造了第二个球,与原来的球大小质量相等,它们的表面都是全反射的镜面,互相映着对方的像,映着除它自己之外宇宙中唯一的一个存在。但情况并没有好多少:如果球没有初始运动,也就是我的第一推动,它们很快会被各自的引力拉到一块,然后两个球互相靠着悬在那里一动不动,还是一个死亡的符号。如果有初始运动且不相撞,它们就会在各自引力作用下相互围绕着对方旋转,不管你怎样初始化,那旋转最后都会固定下来,永远不变,死亡的舞蹈。
我又引入了第三个球体,情况发生了令我震惊的变化。前面说过,任何图形在我的意识深处都是数字化的,前面的无球、一球和二球宇宙表现为一条或寥寥几条描述它的方程,像几片晚秋的落叶。但这第三个球体是点上了“空”之睛的龙,三球宇宙一下子变得复杂起来,三个被赋予了初始运动的球体在太空中进行着复杂的、似乎永不重复的运动,描述方程如暴雨般涌现,无休无止。我就这样进入梦乡,三球在梦中一直舞蹈着,无规律的永不重复的舞蹈。但在我的意识深处,这舞蹈是有节奏的,只是重复的周期无限长而已,这让我着迷,我要描述出这个周期的一部分或全部。
第二天我一直在想着那三个在“空”中舞蹈的球,思想从没有像这样全功率转动过,以至于有僧人问长老我精神是不是出了什么毛病,长老一笑说:没事,他找到了空。是的,我找到了空,现在我能隐于市了,就是置身熙攘的人群中,我的内心也是无比清静。我第一次享受到了数学的乐趣,三体问题[6]的物理原理很单纯,其实是一个数学问题。这时,我就像一个半生寻花问柳的放荡者突然感受到了爱情。
“你不知道庞加莱吗[7]?”汪淼打断魏成问。
当时不知道,学数学的不知道庞加莱是不对,但我不敬仰大师,自己也不想成大师,所以不知道。但就算当时知道庞加莱,我也会继续对三体问题的研究。全世界都认为这人证明了三体问题不可解,可我觉得可能是个误解,他只是证明了初始条件的敏感性,证明了三体系统是一个不可积分的系统,但敏感性不等于彻底的不确定,只是这种确定性包含着数量更加巨大的不同形态。现在要做的是找到一种新的算法。当时我立刻想到了一样东西:你听说过“蒙特卡洛法”吗?哦,那是一种计算不规则图形面积的计算机程序算法,具体做法是在软件中用大量的小球随机击打那块不规则图形,被击中的地方不再重复打击,这样,达到一定的数量后,图形的所有部分就会都被击中一次,这时统计图形区域内小球的数量,就得到了图形的面积,当然,球越小结果越精确。
这种方法虽然简单,却展示了数学中的一种用随机的蛮力对抗精确逻辑的思想方法,一种用数量得到质量的计算思想。这就是我解决三体问题的策略。我研究三体运动的任何一个时间断面,在这个断面上,各个球的运动矢量有无限的组合,我将每一种组合看做一种类似于生物的东西,关键是要确定一个规则:哪种组合的运行趋势是“健康的”和“有利的”,哪种是“不利的”和“有害的”,让前者获得生存的优势,后者则产生生存困难,在计算中就这样优胜劣汰,最后生存下来的就是对三体下一断面运动状态的正确预测。
“进化算法。”汪淼说。
“请你来还是对了。”大史对汪淼点点头。
是的,我是到后来才听说这个名词。这种算法的特点就是海量计算,计算量超级巨大,对于三体问题,现有的计算机是不行的。而当时我在寺庙里连个计算器都没有,只有从账房讨来的一本空账本和一支铅笔。我开始在纸上建立数学模型,这工作量很大,很快用完了十几个空账本,搞得管账的和尚怨气冲天。但在长老的要求下,他们还是给我找来了更多的纸和笔。我将写好的计算稿放到枕头下面,废掉的就扔到院里的香炉中。
这天傍晚,一位年轻女性突然闯进我屋里,这是我这里第一次有女人进来,她手中拿着几张边缘烧焦了的纸,那是我废弃的算稿。
“他们说这是你的,你在研究三体问题?”她急切地问,大眼镜后面的那双眼睛像着了火似的。
这人令我很震惊,我采用的是非常规数学方法,且推导的跳跃性很大,她竟然能从几张废算稿中看出研究的对象,其数学能力非同一般。同时也可以肯定,她与我一样,很投入地关注着三体问题。我对来这里的游客和香客都没什么好印象,那些游客根本不知道是来看什么的,只是东跑西窜地照相;而那些香客,看上去普遍比游客穷得多,都处于一种麻木的智力抑制状态。这个姑娘却不同,很有学者气质,后来知道她是同一群日本游客一起来的。
不等我回答,她又说:“你的想法太高明了,我们一直在寻找这类方法,把三体问题的难度转化为巨大的计算量。但这需要很大的计算机才行。”
“把全世界所有的大计算机都用上也不行。”我实话告诉她。
“但你总得有一个过得去的研究环境才行,这里什么都没有。我可以让你有机会使用巨型计算机,还可以送给你一台小型机,明天一早,我们一起下山。”
她就是申玉菲了,同现在一样,简洁而专制,但比现在要有吸引力。我生性冷淡,对女性,我比周围这些和尚更不感兴趣,但她很特殊,她那最没女人味的女人味吸引了我,反正我也是个闲人,就立刻答应了她。
夜里,我睡不着,披衣走进寺院,远远地,在昏暗的庙堂里看到了申玉菲的身影,她正在佛像前烧香,一举一动都是很虔诚的样子。我轻轻走过去,走到庙堂门槛外时,听到了她轻声念出的一句祈求:
“佛祖保佑我主脱离苦海。”
我以为听错了,但她又诵吟了一遍:
“佛祖保佑我主脱离苦海。”
我不懂任何宗教也不感兴趣,但确实想象不出比这更离奇的祈祷了,不由脱口而出:“你在说什么?!”
申玉菲丝毫没有理会我的存在,仍然微闭双眼双手合十,好像在看着她的祈求随着香烟袅袅升到佛祖那里。过了好一阵儿,她才睁开眼睛转向我。
“去睡吧,明天早些走。”她说,看也不看我。
“你刚才说的‘我主’,是在佛教里吗?”我问。
“不在。”
“那……”
申玉菲一言不发,快步离去,我没来得及再问什么。我一遍遍默念着那句祈祷,越念越感觉怪异,后来有了一种说不出的恐怖感,于是快步走到长老的住处,敲开了他的门。
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