1991 第2期 … 边读边想
马丁·加德纳 孙维梓 译
在利比里亚的首都蒙罗维亚中,只有一家这种杂货商店,当我对黑人营业员说出我所需颜料的加仑数时,他惊奇得竟吹了声口哨。
“先生,您莫非是打算去涂山吧!”
“不,”我向他保证,“不是涂座山,只不过是一个岛。”
营业员咧开嘴笑了,他猜想我在开玩笑,不过我确实是打算把整个岛屿涂上红、蓝、绿、黄、紫这五种颜色的。
问我干嘛要这样?这得先回到几年以前讲起。
事情是这样的,我学术论文的题目选的是四色定理。有个“四色问题”的猜想断定说,在对任何地图着色时,要让任意两个邻国都被着上不同的颜色以便区分,只需有四种颜色就足够了。不论地图上的国家有多大,轮廓有多奇特,也不论国家数有多少,统统如此,德国数学家默比乌斯(Mobius)曾在1860年首先提出这个四色猜想,尽管它打动了许多优秀数学家的心弦,但迄今猜想本身并未能被证明,也没有被推翻。
四色问题在除去球面及平面以外的所有曲面上都已获得解决。在1890年希伍德证明了在圆环体(就象面包圈)表面上着色只需有七种颜色,而在1934年弗兰克林又证明只要有六种颜色就足够在单侧曲面(包括默比乌斯带①)和克莱因瓶②)上的地图着色。
1947年11月17日维也纳大学教授斯坦尼斯拉夫·斯略宾纳斯基③)在芝加哥大学作糸列讲演时,宣布了他那轰动一时的关于零侧曲面的发现,这个发现对克莱因瓶性质的研究有着深远影响,并成为探索四色问题的转折点。
把这位已故教授的某些思想加以发挥,我在1950年发表了论文,其中驳斥了希伍德关于在平面地图上着色必需有五种颜色的“证明”。①按照拓朴学家的普遍看法,平面或球面的着色有四种颜色就够了。
在论文问世后不久,我偶然在学校的《四角形》俱乐部和阿尔玛·布什共进早餐。阿尔玛是一位杰出的人类学教授,当然,她肯定也是全校最美丽的女性。
阿尔玛刚从一个小岛考察归来,那海岛离非洲西部的利比里亚海岸有几百英里,她率领了一批学生对岛上五个部落的风俗习惯进行研究。
“全岛分成五个地区,”阿尔玛告诉我,一面把香烟插进她那长长的黑色烟嘴,“它们全都互相接壤,这对理解当地的风俗很重要,具有公共边界使各部落都保持了某些统一的文化。你怎么啦,马丁?你脸色干嘛如此吃惊?”
我站起身,把送到嘴边的叉子慢慢放回桌上。
“因为,你讲的是不可思议的,这根本不可能。”
阿尔玛感到不大自在。
“为什么不可能?”
“五个部落,又都有着公共边界。这和著名的四色问题是矛盾的。”
“和什么有矛盾?”
“和四色问题,”我重复道,“拓朴学里有这个题目,尽管谁也没能证明或否定它,但谁都不怀疑它的正确性。”
我拿起匙柄在台布上画了起来,打算给阿尔玛解释清楚。阿尔玛很快就掌握了要点。
“也许,岛上的部落另有一种数学呢?”她发表见解,由于烟雾而眯起了眼睛。
我摇了摇头。
“亲爱的,数学对于所有文化都是唯一的,二乘以二就是在非洲也还是等于四。如果岛屿真的如你所说分成五个地区,而每个地区又都和另外四个地区具有公共边界,那我真要相信你那些岛民的数学天才了。你没有岛上的地图吗?”
阿尔玛否定地摇摇头。
“也许,你跟我们走上一次?”
她建议说,弹了下烟嘴,“我还得在岛上耽误个把月,有些资料在发表前得再核对一下。这段时间你可以把岛上的地图搞出来。如果我对你所讲的话被推翻了,你的一切费用就都由我来报销如何?”
我何乐而不为?好在暑假已经开始,这次旅行看来非同寻常又那么诱人,我同意了。
到达该岛的第二天,阿尔玛介绍我和一个岛民叫阿古兹的相识,阿古兹是岛上的希依库族人,阿尔玛和他讲好陪我们一齐徒步走遍全岛,好在岛并不大,面积不超过25平方英里,早点出发的话,傍晚时分就能走完了。我随身带上拍纸薄和铅笔盒,以便勾画出哪怕是粗略的五个地区的轮廓。
我们首先拜访的是希依库族,我们的营地就设置在他们这里。
在拍纸薄的首页我画了个圆并涂上蓝色,其实希依库族人所占地区的准确形状我并不清楚,但对我来说,有个大概的样子就可以了。当我们朝西走去时,发现到了沃尔费济族的领土,于是我又在蓝圆的左面画上个弯弯曲曲的东西并涂上绿色。
好不容易才挤出了密草丛树,我们来到一条静静的小河岸边,由原木扎成的筏子隐约露出在岸边肥沃的河泥之上。阿古兹把木筏推到水中爬上去,用长长的竹篙撑了起来。我们蹬着泥泞不堪的沼泽地带也上了木筏,阿古兹就用竹篙左转右折地使筏子顺着弯曲的河道向下游驶去。
过了一段时间阿古兹招呼说,我们已到了格泽洛莫族的地盘。它位于沃尔费济人的北方,我从拍纸薄上赶走一只大蜻蜓,并在所谓的地图上标上个红色斑点,它位于绿块的上面。
在格泽洛莫入的领土里又驶行半英里左右,阿古兹把筏子靠向岸边,我们上了陆地。然后在山坡上奋力跋涉,穿越了高可半人的草丛——我们已站在格泽洛莫人的村子外面。
顺利地绕过了村子,我们转向东南方向。又走了一英里光景,阿古兹指着远处一排种植整齐的棕榈树说,那就是格泽洛莫族和希依库族的界树,我掏出拍纸薄,把红斑继续扩伸到蓝圆之外。
刚过中午,我们就到了别博卢普族的居民点。就我所想象的那样,把这块领地涂成了紫色,使它延伸到南方,然后又到西边,把蓝圆的下方都包上了,最后还联上了绿色,我把草图递给了阿尔玛。
“瞧,蓝色地区的四面都被另外三种颜色包没了,这样第五个地区是不可能和它们全都接壤的。”
阿尔玛把地图给阿古兹看,他俩指手划脚地交谈了一阵子。
“阿古兹说,他不知道从天上来看他们岛子是个什么样子,但据他说,你在什么地方是弄错了。”我瞧了下阿古兹,他面部肌肉纹丝不动,但我有些不快:他内心在想我是个白痴。
我们访问的最后一块领土实在难以描述,它根本就毫无特色可盲。这第五个部族没有酋长,不知道什么劳动分工和亲属关系,也没有在出生、结婚或死亡时的成套仪式,部族里没有宗教信仰,也没有传说的风俗习惯,更有甚者,他们连族名都没有。
第五块地区我涂的是黄色,我们走遍了它和绿色、红色及紫色地区的分界地段,当阿古兹最后指着小河对岸说,打那儿开始就是希依库地区(蓝色地区)时,我混身简直好象起了鸡皮疙瘩。
“决无可能!”我嚷道,“除非我们在某个地方已经穿越过别人领土了!”
阿尔玛把我的话译给了阿古兹,他直摇晃脑袋瓜子。
当然,我坚信一定在什么地方出了庇漏:可能某块领土是由两个单块组成的;也可能是阿古兹指错了交界线,肯定有问题!当我们回到营地时,我和阿尔玛爆发了争论,她断定说我输了,所以理所当然要自己掏腰包付旅费。
我用手帕擦了下额角,要是能作出五个地区的精确地图该有多好!不过这需要进行地形测量,而我们连一件仪器设备也没有。突然,一个大胆的念头在脑海里一闪而过。
“你认为怎样?”我问阿尔玛,“在蒙罗维亚能租到象喷雾器那种玩艺吗?”
阿尔玛在香烟雾中眯紧双眼,她说按她的估镀此事完全可能。
“如果我们能搞到喷雾器,”我继续说,“我们就可以在每块区域里都喷上一些相应的彩色斑块,再通过空中彩色照相就能使每块领土都异彩毕现了。”
阿尔玛认为我的办法很棒,她无论如何也需要有份全岛地图,而我的建议将使这个任务以最快速度实现。
“颜料可以算在我的帐下。”她慷慨赞助。
这就出现了本文一开始所讲的那一幕情景,从建筑行业的承包商那儿,我们租来了一打喷洒涂料的喷枪,又买了共二万加仑最便宜的各色涂料。回到岛上,毫不费劲地招募到由希依库族孩子组成的工作队,并教会他们如何使用喷枪。
阿古兹被指定为队长,给每个部落的领土都规定了一种颜色,就象我在《草图》中所用的那样。当然,要把全部土地都喷色,花销也太大了,我们决定每隔一百英尺的距离才喷上一个直径为十英尺的斑点。从飞机上看下面就象是缀满了豌豆花点似的,分界线将清晰可辨。
每次我都跟着工作队出去,以便监督全过程,一切按部就班进行。在前四块领土之间都相互存在着公共边界是毋庸置疑的:每一块都有某些边界地段和其他颜色的领土毗连。
关键在于那第五种颜色!
从第十二个工作日开始喷涂黄色,而黄色地区已经和红色、绿色以及紫色地区接上了头,我们离蓝色地区越来越近,我的神经也紧张到了极点。
工作队穿过林边的灌木树丛慢慢地移动,落日的余辉在大地上留下长长的树影。被涂料玷污了美丽羽毛的飞禽纷纷四散飞避,一条溅上黄点的棕色小蛇咝咝地爬向幽暗的藏身处,我猛然抓住了阿尔玛的肩头。
“该诅咒的默比乌斯幽灵!”我嘶哑地说,再也无法遏制心中的一阵狂跳,“我在这儿看到蓝色的斑点啦!”
阿尔玛美丽的灰眼睛透出胜利的闪光:
“那么倒底谁是正确的?”
我找个大树墩坐下来,擦一下淌满全脸的汗珠,头痛欲裂,太阳穴也怦然作动。透过单调无休止的虫鸣声,远处传来别博卢普人的隆隆鼓声,阿古兹也站着等待下一步的指示。
我实在六神无主,严格说,五个地区怎么也不可能全都互相接壤的。我知道四色问题在国家数不超过35时已经得到证明,但万一这个证明藏有某种错误呢?如果小岛果真推翻了四色问题的论断,那我这个发现将是拓朴学的伟大转折点!
几天后,当定期班机从蒙罗维亚飞来后,我们商定对全岛作空中照相,可惜飞机的座舱太小,只够摄影师带着照像机去飞行。等像片拍完后,驾驶员才让摄影师下来,载上我俯瞰这座五色岛屿。
我神经质地注视飞机缓缓地在上空划了个圈子,然后降落下来,滑行一段以后,飞机停住了。摄影师跳了下来,我急忙奔上前去,打算取而代之,但被那说得一口流利英语的非洲驾驶员拒绝了。
“摄影占用的时间比我预料的要多,”他斩钉截铁地说,“半小时后我得返回蒙罗维亚,真遗憾,我一星期后再来带您兜风。”
无论我怎么请求或哀恳都无济于事。当飞机飞走后,我转向摄影师:
“从上空看全岛究竟如何?”
“不好对您说,各种颜色交织得太离奇古怪,我本打算勾画张草图,但因过于复杂而放弃。”
我又追问是否有的地区由某些孤立的,被别的颜色所围成的小块所组成时,摄影师否定了这一点:
“所有的领土都各自连成一块,而且还都通向海岸。”
“嗯,很有趣。”我嘟哝着,突然一个念头又彻底打垮了我,这使我敲打自己的脑瓜子并呻吟起来。
阿尔玛以为我出事了,朝我脸上泼了凉水,我坐在地上,双手捧头,想哪怕能减轻一些阵痛也好。
到底这是为了什么?我突然理会到,如果每个部族的领土都能通往海边,那么大海就和这全部五块领土交界,大海得用上第六色!
彩色胶卷的冲洗无论在营地或蒙罗维亚都无法进行,现在除了坐等回家,别无他法。
接下来又是三天热带暴雨,连绵不断直到下个星期,当驾驶员飞返小岛时,他说所有色彩都已被冲得荡然无存。
我急不可待地想见到照片,等不及阿尔玛完成岛上的任务了,就乘上返程飞机回到蒙罗维亚,并从那儿直接回到美国。
在纽约我把底片交给洗印暗室去显影,过两天我就去拿了,失眠使我双眼发红。
“看来,您的摄影师用的滤色镜出了毛病。”工作人员把胶卷递还给我说。
在所有的岛屿底片上全密布着暗红色的斑纹!带着胶卷我踉踉跄跄地走上了大街,说了些什么连我自己都记不得了。
考虑到学校里的任务,在秋季以前我难以脱身,一回到芝加哥,我就向同事们讲了这个怪岛。但他们在听了以后只是摇摇头,或有礼貌地笑笑。同事们告诉我,威斯康辛一位教授已经证明国家数不超过83的四色猜想,系主任还建议我休假一个月。
“你太疲劳了,要休息一下。”这是他的原话。
夏天过完以后,我恢复了体重,情绪也好转了,我仔细地阅读了去蒙罗维亚的航班时刻表,酝酿着重返该岛,再次染色的计划。
九月过后我又在岛上降落,阿尔玛和她的学生们早已离去。
探索希依库族的领土十分困难,最后我说要见阿古兹。别人把我带往村落边缘的一间大茅屋前,茅屋后面还有座古怪的建筑物,在阳光中熠熠发光,看样子是磨光的钢片再用螺栓联接成的。
阿古兹从茅屋向我走来,门洞里还有个白人,体格魁伟,我认得他……我两腿发软,这绝不可能!他不是死了吗?然而这正是他——斯略宾纳斯基教授本人!
阿古兹微笑着过来搀扶,教授则用盔形帽为我扇风,他看去比任何时候都好,胡子还是火红色的,脸面和秃顶晒得黝黑。我们三人进了茅屋,在椅子上坐下。
关于教授在岛上出现的来由就不细说了。简单说,在他那关于零侧曲面的发现公布以后,名噪一时,却失去了安宁,为了摆脱缠绕不休的记者群,斯略宾纳斯基决定藏匿起来。他虚构了发布讣闻的电讯,用假护照来到蒙罗维亚。
调查了一些岛屿以后,老教授最后找到了这个他想找的岛,没费大劲他就掌握了希依库的土语,并使阿古兹大大增长了数学才能,成为得力助手。这时在部族之间发生了领土争吵,为了消除分歧,就必须确定界线。
“对四色问题猜想的否定早在我决定躲起来以前就有了,”教授继续叙述,“而把全岛划分成五块相互接壤的地区就能实现和平。所以在阿古兹的协助下,我标出了新界线,纠纷也平息了,你们来到时,我的工作刚结束。”
“那您是知道我和阿尔玛教授的来访啰?”
“当然,但我不能让你们把四色问题的新答案带回美国,那将使全岛都挤满了新闻记者和摄影师的。”
“也是您,”我苦楚地问,“破坏了我的胶卷?”
“恐怕得说是我这个老头,我让阿古兹偷换了滤色镜。但那场暴雨,我声明,与我丝毫无关,在你们离去不久,我就又改画了边界。”
“这些边界线到底怎么回事?”我已被好奇心弄得心急火燎的。
斯略宾纳斯基的小眼睛产生了亮光:
“来,我让您参观我的实验室。”他站起身来。
教授带我去了屋后空地上,他所指的一座钢结构,就是我来时所见到的。
“这就是我两年来的成果,”斯略宾纳斯基说,“真正的克莱因瓶。”
有两条绳梯通往上方,我们爬了上去,小心翼翼地坐在圆状边沿上,洞口吹来股凉风。
“众所周知,”斯略宾纳斯基指出,“克莱因瓶的瓶颈目前只能在四维