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我國一的老師一直堅信著「數字很有趣」,但當時13歲的我固執地拒絕相信他的話。
數字可能會很有趣,但數學真的很難。在學生時期,數學課讓我痛苦,我先痛苦的完成了代數,然後是幾何、三角函數和微積分。雖然最後我走過了我所藐視的數學,但有一段時間,我認為只有人類才能用如此虐待的方式,將學數學的苦附加在年輕人身上。
雖然其他物種也許不會花時間在煩惱一元二次方程式,或等號的傳遞性質,但算數的能力其實廣泛存在於動物世界。
以畜養的小雞為例,許多人只會將其與烤肉醬聯想在一起,而不會想到牠們的四則運算能力。如果有一隻雞坐在兩個不透明的小屏幕前面,當有一顆球從第一個屏幕後消失,然後有四顆球從第二個屏幕後消失時,小雞便會走向擋住四顆球的屏幕,因為四個球比一個球多。這個測試令人驚訝的地方是,這隻小雞僅僅才出生了三天,而牠可以做到的遠遠比簡單的加法還多。
跟之前一樣,如果有一顆球從第一個屏幕後消失,然後有四顆球從第二個屏幕後消失,但這次我們把藏在第二個屏幕後的四顆球中取出二顆。在讓小雞看得到的方式下將這兩顆球移到第一個屏幕後。現在這隻小雞面臨了兩個工作。首先,牠需要計算二加一,然後算出現在有三顆球隱藏在第一個屏幕後,同時牠也必需要計算四減二,算出第二個屏幕後面現在只剩下兩顆球。這隻小雞必須克服想要走向原本藏有四顆球的第二個屏幕的衝動,並改為走向現在藏有三顆球的第一個屏幕。如果你覺得這對只出生三天的小雞來說太複雜了,你最好再想一下。事實上有80%的小雞正確地走向藏有比較多球的屏幕。
黑猩猩在數學測試中表現得更好,在這類的任務中成功率有90%。在一項實驗中,研究人員將黑猩猩放在兩組裝有巧克力的碗前面。每一組有兩個碗,而黑猩猩需要正確選擇放有最多巧克力的那一組,才能獲得獎賞。換句話說,黑猩猩們需要將每個碗裡的巧克力數量加總比較。即使實驗中“不正確”組裡的一個碗放置了比任何在“正確”組裡的碗還多的巧克力,黑猩猩也能成功的作出正確的選擇。
螞蟻的高蹺
事實上,幾十年來的研究都有證據顯示有好幾個物種都擁有與數字相關的能力,包括大猩猩、獼猴、卷尾猴、松鼠猴、狐猴、海豚、大象、家禽、蜥蜴和魚。最近,美國密西根州奧克蘭大學的研究人員也把黑熊加入了上述的名單中。但動物世界裡真正的數學奇才是突尼西亞沙漠中的螞蟻,牠們不僅會四則運算,也會幾何學。
當沙漠螞蟻離開牠的巢穴去尋找食物時,牠有一個重要的任務:找到回家的路。幾乎在世界上任何其他地方,螞蟻都可以使用兩種技巧找到回家的路:看地標或用氣味留下痕跡。但被海風吹拂的突尼西亞鹽田不可能留下什麼氣味痕跡,而除了看得到很奇怪的岩石或是雜草之外,那裡平凡的景象也無法提供什麼可以認得的地標。因此沙漠螞蟻在進化中擁有了一個秘密武器:幾何學。在有了數學的專門知識後,沙漠螞蟻可以進行「路徑整合」。根據螞蟻導航研究人員 Martin Muller 以及 Rudiger Wehner,的研究發現,沙漠螞蟻可以「從牠之前走過的路徑中持續算出牠當前的位置,而且最後可以依據計算,選擇直接的路線回到原點,而不需要走來時路。」
這是怎麼做到的?這些沙漠螞蟻利用計算走了幾步來計算行走的距離。研究人員是透過在螞蟻的腿上粘上豬毛做的高蹺才發現這個現象的。這些高蹺讓螞蟻的每一步變得更長,而這就讓螞蟻們以為回家的路更長。這些螞蟻透過路徑與太陽位置的相對角度來計算牠們走的方向,而這是我在十年級才學到的三角學。更令人吃驚的是,螞蟻在太陽位置不斷地移動下,持續的更新著牠們的運算,而這些都是在僅僅擁有25萬個神經元組成的神經系統完成的。(人類的神經系統大概擁有850億個神經元)。
人類的語言能力,是我們能夠超越其他物種的數學能力及數字技巧的原因。語言讓我們能透過賦予那些過大的數字(如一萬億)名字而不需要文字的協助。語言能讓我們說出明確的數學規則。它讓我們能夠用很難的數學問題和幾何證明來折磨孩子。但無論語言可以產生怎樣的效果,人類也只是世界上很多擁有數學能力的物種之一。不論數學是否有趣,就像我國一老師所說的,又或是無趣,其實是個很主觀的問題,但有一點不可否認,就是數學無處不在!
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http://www.bbc.com/future/story/20121128-animals-that-can-count