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用社群的力量讓數學跨出同溫層,成為驚艷全球的藝術展演──Bridges 2018研討會(下)

Sharkie Lin_96
・2018/12/28 ・4161字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

Bridges 從 1998 年開始舉辦,是個一年一度以數學為主的大型全球聚會,結合藝術、音樂、建築、教育與文化,是國際間知名的跨領域會議。

如果數學是藝術創作的繆思女神?來自全球的數學藝術展覽── Bridges 2018 研討會(上)這篇文章中,我介紹了許多才華洋溢的數學家與藝術家,在Bridges 2018數學藝術展覽的精彩作品。

這回我想談談 Bridges 在什麼因緣之下展開,又是什麼力量成就了 Bridges 這種超跨領域又盛大的會議?這個活動有何獨到之處,讓紐約數學博物館 (MoMath) 館長都親自飛來斯德哥爾摩參加 Bridges 2018?

Bridges 2018文宣。圖/Bridges 2018

Bridges 的斜槓創辦人-雷薩.沙爾汗吉

要回答這些問題就必須提到 Bridges 的創辦人──雷薩.沙爾汗吉 (Reza Sarhangi,1952–2016),一位多才多藝的斜槓。生於伊朗的他從年輕時就醉心於波斯裝飾圖樣,對蘊含其中的數學藝術深感興趣,因而探索了相關領域。這樣的成長方式使得沙爾汗吉不但是數學教授,還是平面設計師、戲劇教師、劇作家、劇場導演、道具設計師1,我讀資料讀到這邊只覺得實在太厲害了,只想大喊有神快拜!

Bridges 創辦人沙爾汗吉 (Reza Sarhangi,1952–2016) 。圖/Bridges Organization。攝於 Bridges 2010

移民美國後的他在大專院校教書,更是將豐沛的人文與數理素養體現在課程中,大受學生好評。懷著將數學與藝術跨領域學科相互交流與對話的夢想,便在自己任教的學校創立一年一度的 Bridges 研討會。

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這樣的理念感染了許多人,使得 Bridges 從只是一個大學裡的小型活動,逐步發展成全球最大的數學藝術活動與社群,主辦地點遍佈北美、歐洲與亞洲(2014年於首爾舉行)。

沙爾汗吉雖然因病去世[註1],但早期為了方便推動 Bridges 創立了委員會,希望藉由社群的力量延續這樣的跨域精神。也因此 Bridges 的名號愈來愈響亮,每年都聚集數以百計的各路高手,在數學與藝術之中迸裂出更多火花,讓幾百個人聚集在一起,共同創造出數學的樂趣。

接下來就讓前去參展的我,帶回 Bridges 2018 數學藝術活動(詳細議程)的第一手觀察,看看數學如何與電影、戲劇、短片、詩歌、音樂、科技、時尚、舞蹈、教育等眾多領域撞擊出 Bridges 的獨特魅力!

數學聚光燈──數學電影/戲劇/短片競賽

博物館之夜播出了一部由 Bridges 參與者在 2015 年跨國製作,片長 24 分鐘的跨國科學考察電影 La Figure de la Terre。故事劇情主要是十八世紀法國數學家皮埃爾.莫佩爾蒂 (Pierre Louis Moreau de Maupertuis) 與瑞典天文學家安德斯.攝爾修斯 (Anders Celsius),一起至瑞典拉普蘭 (Swedish Lapland) 量測地球形狀的故事。有沒有覺得 Celsius 這個姓氏很熟悉呢?沒錯,這就是攝氏溫度的攝氏!

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科學考察電影 La Figure de la Terre,由 Bridges 參與者歐斯莫.沛昆恩 (Osmo Pekonen) 與約翰.斯通 (Johan Sten) 主演。圖/Bridges 2018

除了科學考察電影,Bridges 還有戶外數學劇場零距離演出!數學戲劇 Witches of Agnesi(阿涅西的女巫,也同時是箕舌線)在博物館旁邊的草坪,演出三位不同時代女性數學家穿越時空的神秘下午茶聚會,彼此分享她們的生命與職涯故事。

三位故事主角分別是曾經上過 Google Doodle 的瑪利亞.阿涅西 (Maria Gaetana Agnesi)、北歐第一個女性教授的索菲婭.柯瓦列夫斯卡婭 (Sofya Kovalevskaya)、被愛因斯坦譽為數學史上最重要的埃米.諾特(Emmy Noether,延伸閱讀:埃米.諾特──蹣跚而行的仁厚數學家)。

Bridges 還有戶外數學劇場零距離演出!攝影/Shark Lin

編劇蘇珊.格羅夫斯基 (Susan Gerofsky) 與導演史蒂夫.亞伯特 (Steve Abbott) 只帶著劇本就來到 Bridges 會議現場徵演員、歌者、音樂家、技術人員,最後演出長達 50 分鐘,每位主角還有自己的主題曲與樂隊伴奏。整齣戲劇具有科學與性別意識不落俗套,非常佩服 Bridges 社群的力量,可以在短時間內聚集一群充滿創造力與行動力的數學藝術同好,完成這齣戲劇。不只電影與戲劇,Bridges 還有數學短片徵件競賽,可以在線上觀看充滿創意的數學短片

為數學朗讀──數學詩之美

Bridges 的一大主軸是文化,而詩凝鍊了文化的精華。Bridges 的詩歌朗讀從 2011 年開始,每年都會讓愛好者一起分享與朗讀詩,今年主辦方也將歷年的作品集結成冊。在我看來這件事頗具意義,即使詩的群眾相對少數,但只要敢在 Bridges 發聲,一切都有可能發生,我想這也是為什麼 Bridges 跨越的領域可以如此之廣。

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數學詩朗讀。攝影/Shark Lin

一首數學歌的誕生──數學也能這麼好聽

以科學創意 MV 聞名的 OK Go 樂團的主唱達米安.庫拉什 (Damian Kulash) 曾受邀至 Bridges 2017 演講;最近 OK Go 與 Google 合作發展了OK Go Sandbox 計劃,此計畫主要是提取 OK Go 的 MV 中的數學/科學素材,提供教育工作者協助學生探索 STEAM (Science, Technology, Engineering, Art, and Mathematics)。OK Go Sandbox 計劃也在 Bridges 2018 開設工作坊,讓大家自由探索生活中各種物品搭配之後的聲音特性,以及製造出屬於自己的音樂。

正式音樂之夜 (formal music night) 有兩場表演[註2],第一場是混合遊戲、音樂、科技與數學的互動表演──Mathrix。四位玩家在下棋的時候會因為棋子移動的位置與方向,使得合成器產生不同的電子音樂,運用策略贏得遊戲同時也要考量音樂的悅耳程度,還真是一款高難度的遊戲啊!

話說回來,Bridges 2019 將在克卜勒大學 (Johannes Kepler University) 與林茲電子藝術中心 (Ars Electronica Center) 舉辦,相信會有更多數學、科技與音樂的碰撞。

如果說正式音樂之夜是主辦國家精心準備的表演,那麼非正式音樂之夜 (informal music night) 就是屬於 Bridges 社群的盛會,只要想表演的人都可以登記上台,全場不可預期又充滿創意!

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多面體男子合唱團。攝影/Shark Lin

到了之夜的尾聲,出現這首有才的改編歌曲 “Don’t Worry, Be Bridges”,頓時覺得非常幸運和感動能夠來到 Bridges,可以和愛好數學藝術的夥伴齊聚一堂,更多的改編歌歌詞可見此連結

改編自 ”Don’t Worry, Be Happy” 歌曲的  “Don’t Worry, Be Bridges” 。攝影/Shark Lin

數學潮流──數學藝術時尚秀

在非正式音樂之夜,Bridges 今年新增了一場非常特別的表演──數學藝術時尚秀 (Math + Art Fashion Show)。在這場動態秀,金工(或珠寶)、服飾、配件等設計透過充滿自信模特兒的身體與走秀,散發出屬於幾何藝術的時尚美感。

數學時尚秀。圖/Sujan Shrestha

在這裡,每一場表演、每一場講座,分享者的眼神都是亮的,說到數學藝術就有止不住的興奮感;對我來說參加 Bridges 就像是回家那樣親切,感到彼此不分種族與國界。

數學時尚秀。圖/Sujan Shrestha

舞動數學──跳出你心中的數學

幾何金工時尚還能和舞蹈跨界合作!瑞典設計師莉娜.畢爾戈思朵特 (Lena Birgitsdotter) 與舞者伊娃.英格瑪森 (Eva Ingemarsson) 製作了一段優雅且富有詩意的舞作──Aerial Cube/Concrete,藉由可動的頂點設計,立方體便可產生無限的幾何形態:

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這讓我想到台灣單挑概念工作室的PRISM01幾何金工創作與舞者趙敦毅的舞立方表演。在她們的分享會後,我前去介紹台灣的金工設計與幾何舞蹈,發現瑞典與台灣作品的相異與相同;可以確知的是,即使遠在地球的兩端,人類追求數學幾何之美的心靈是相通的。

相對於 Aerial Cube/Concrete 的獨舞,Dance your PhD (跳出你的博士論文) 2017 年獲勝者南西.薛利奇 (Nancy Scherich) 編了一齣以辮群為主題的當代舞作-Representations of the Braid Group。

在舞作中,薛利奇運用了三大原則吸引觀眾的目光:將計算過程中使用到的矩陣加以視覺化 (look for visuals in your computations),注重舞台整體效果的他們製造出一些抽象的場景 (create abstract landscapes),並且在舞者或週遭環境標上一些明顯的線索與標籤 (use visual clues and labels),讓觀眾更容易進入狀況。

在 Bridges 2018 的講座「Turning Math into Dance」中,薛利奇分享了創作緣由與概念。數學家認為,不可能把數學的美傳播出去;對一般人來說,數學是可怕駭人的,兩者之間有極大的鴻溝。

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薛利奇希望藉由舞蹈翻轉一般民眾對於數學的印象,對她個人而言,跳舞和研究數學都是生命中不可或缺的熱情,因此她決定以舞蹈跳出她的博士研究(延伸閱讀:Dance Your Ph.D.:看不懂科學研究?那就用舞蹈跳給你看!),也因此登上了《科學-Science》期刊,我在講座現場完全可以感受到她對這件事的專業與熱情!

數學捕手──玩轉生活中的數學教育

Bridges 的家庭日 (Family Day) 為一般民眾準備了許多工作坊(點我連結),包括摺紙、手作、桌遊、益智玩具、環境聲音感測、科學秀、體感幾何、自造小旅行、VR 幾何體驗等活動,也開放數學藝術展覽、數學劇場、數學詩朗讀、短片欣賞供民眾參與,根本無一處不是數學的守備範圍,我在現場只覺得目不暇給非常精彩,十分羨慕瑞典的大人與孩童可以一次體驗到來自全球的數學藝術活動。

家庭日活動。圖/Sujan Shrestha

一起成為數學與藝術的 Bridges 吧!

Bridges 建立了許多橋梁,讓數學與其他領域有著趣味與深刻的鍵結;每位參與的人都是一座橋,回去各自的國家以後成了一座又一座的橋,把數學的美感與樂趣推廣到世界各地。

透過這幾天的觀察,我發現台灣的數學藝術其實不輸外國,也不禁尋思台灣未來是否有可能舉辦 Bridges 研討會?或許未來哪一年,台灣也能夠辦這樣的大型活動。因為結合數學與藝術的超能力,就來自人類無垠的想像力!

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註解

  • 註1:2018 年也有具紀念意義的攤位,介紹剛去世的知名數學藝術家 Koos Verhoeff 與他在世界各地的作品(如海德堡購物中心 Mathematikon 的大型雕塑),讓人深深感覺到 Bridges 是個相當溫暖的社群。資料來源:沙爾汗吉紀念網頁
  • 註2:正式音樂之夜 (formal music night) 的第二場表演則是請到瑞典音樂團體 Varité Velociped,他們的音樂表演雖然和數學關聯較小,但擁有高超的音樂技巧、嗨翻全場的幽默感(像是用睡褲進行演奏)與文化感染力,以 ABBA 經典歌曲與美國民謠大合唱獲得高度共鳴與歡樂。

參考資料

  1. Shrestha, S., Mathematics Art Music Architecture Education Culture. Nexus Network Journal, 2018. 20(2): p. 497-507.

延伸資料-Bridges 2018相關網站

  1. 官方網站
  2. 線上藝廊
  3. 相關活動
  4. 論文集
  5. 詳細議程
  6. 家庭日活動

本次旅行獲得財團法人國家文化藝術基金會(國藝會)國際交流計畫補助。

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Sharkie Lin_96
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在國二無聊的早自習意外發現數學的趣味,因此近來體驗到數學研究、藝術創作、採訪寫作、展覽策劃、資優教育等工作。不是念數學也不是學藝術,但樂於從多元視角聊聊數學的各種姿態,以及進行數學藝術創作,希望能為世界帶來一點樂趣。科普部落格〈鯊奇事務所〉https://medium.com/sharkie-studio,聯絡信箱 sharkgallium@gmail.com

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

文章難易度

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在數學中尋找想像力的自由——《生而為人的13堂數學課》
臉譜出版_96
・2022/03/28 ・2312字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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  • 作者/ 蘇宇瑞 
  • 原文作者/ Francis Su
  • 譯者/ 畢馨云

存在於數學中的第四個自由,是想像的自由

如果探索是在尋找已經存在的東西,那麼想像就是在建構新的想法,或至少對你來說是新的想法。凡是在沙灘上堆過沙堡的孩子,都知道一桶沙子的無限潛力,同樣的,康托也曾說過:「數學的本質就在於它的自由。」[3](康托在19世紀後期做出開創性的研究成果,讓我們首度對無限的本質有了清楚的了解。)

他的意思是,數學不像科學,研究的主題未必和特定的實物有關,因此數學家在能夠研究的題材上,不像其他科學家那樣受限。數學探險家可以運用她的想像,砌出她心目中的任何一座數學城堡。

拓撲學帶領我們進入想像的空間

我的拓撲學課傳授了想像的實踐。正如前面提到的,拓撲學在研究幾何物件受到連續拉伸時會保持不變的性質。

如果我讓一個物件變形,且沒有引進或移走「洞」,那麼從拓撲學的角度,我並沒有改變它。因此,橄欖球和籃球在拓撲學上是相同的,因為其中一個形狀可以變形成另一個;另一方面,甜甜圈和橄欖球在拓撲學上就是不一樣的,因為你必須在橄欖球上戳一個洞,才可以把它變成甜甜圈。

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拓撲學是很有趣的主題,因為我們可以用奇奇怪怪的方式把東西切割開、黏起來或拉伸,來做出各種很妙的形狀。我們常想像在這些形狀裡面走動,所以稱它們為空間

拓撲學愛好者非常樂在想像他們自己的怪異空間,通常是為了回答某個奇特的問題,例如「是否存在具有這種或那種病態的物件?」。(對,我們在數學上會用到病態一詞,是在描述奇怪或異常的表現,就像在醫學中一樣。)然後會用腦袋聯想出一個例子。

舉例來說,有和田湖(Lakes of Wada):可在地圖上繪出,且邊界完全相同的三個相連區域(「湖」);位於其中一座湖的邊上的任何一點,一定會在所有三座湖的邊上。這個建構是以發明它們的數學家和田健雄(Takeo Wada)的名字命名的。還有夏威夷耳環(Hawaiian earring),這是個華麗的物件,上頭有無限多個逐次變小的環,全相切於一個點。[4]

這個碎形圖有三個區域(深色、中間色和淺色的「湖」),有相同的邊界,但與原始和田湖不同的是,圖中的每個湖都由不連通的水池組成。
圖/生而為人的13堂數學課
夏威夷耳環。圖/生而為人的13堂數學課

亞歷山大角球的病態空間

病態空間(pathological space)有個相當著名的例子(至少在數學家當中很有名),就是亞歷山大角球(Alexander horned sphere)。球是呈泡泡形狀的曲面,正圓球表面的空間具有「單連通」(simply connected)這個性質,意思大致上就是,如果你在球的表面拿著一條繩子,把兩端繫在一起,做成一個圈,那麼所繫成的圈不會卡在球上,永遠可以從球上移走,與球分離。(甜甜圈就截然不同了,它表面的空間不是單連通的:如果把繩子的一端穿過甜甜圈中心的洞,再把兩端繫在一起,你就無法讓繩圈脫離甜甜圈。)

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1924年,J. W. 亞歷山大(J. W. Alexander)在想像他的帶角球時,思考了一個問題:有沒有可能用某種奇特的變形方式,讓泡泡上的相異兩點永遠不會相碰,但泡泡表面的空間又不是單連通的?

起先亞歷山大認為,不管哪個變形泡泡的表面都一定是單連通的。[5]但後來他舉出了一個表面不是單連通的例子!他的假想結構可以描述如下(這不完全是他的結構,但在拓撲學上是相同的):取一個泡泡,擠出兩個「角」,接著再從每個角擠出一對捏起的手指,且讓這兩對捏起的手指幾乎相扣在一起。因為捏起的手指並沒有完全相碰,所以你可以在更小的尺度上重複這個步驟,從前面各組手指擠出一對細小的捏合手指,相扣但沒完全相碰。像這樣繼續做下去,做到極限,就會得到亞歷山大角球。

環繞在其中一個初始角底部的繩圈,無法從帶角球脫離,原因正是相扣手指鉗的極限過程。如果指鉗在某個階段結束,沒有做到極限,那麼繩圈就很容易脫落了。這種令人驚奇的結構,不僅需要靠想像力思考,還需運用想像力去驗證帶角球在極限時確實仍是一個球。

亞歷山大角球。圖/生而為人的13堂數學課

你可以想像把圖放大,去看接連各層級的捏角的碎形本質:在細節的每個層級,景象看起來都相同。

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想像力是我們的超能力

想像的自由為數學注入了夢幻般的特性。許個願,瞧!你的夢想成真了。

如果在每個階段我們都有機會運用想像力,數學學習的樂趣會多出多少?你不必從事高等數學,就能運用想像力。

在算術中,我們可以嘗試建構出帶有奇特性質的數;能被你出生年月日的所有數字整除的最小數字是多少?你能不能找出連續十個不是質數的數?

在幾何學中,我們可以設計出屬於自己的圖案,探究它們的幾何性質;你喜歡的圖案裡有哪些對稱性?

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在統計學中,我們可以考慮一個資料集,想出有創造力的視覺化方法;哪些方法的特點最好?

如果你是從枯燥的教科書上學數學,那就看看能不能把問題改造一下,以提升你的想像力,這麼做就是在讓你鍛鍊想像的自由。

摘自《生而為人的13堂數學課:透過數學的心智體驗與美德探索,讓你成為更好的人的練習》,2022 年 1 月,臉譜出版
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臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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如果數學是藝術創作的繆思女神?來自全球的數學藝術展覽── Bridges 2018 研討會(上)
Sharkie Lin_96
・2018/12/27 ・3946字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

如果數學是藝術創作的繆思女神,世界上可是有一群人每年聚在一起,搶著分享和女神約會的心得,這個奇特的聚會就是 Bridges 全球數學藝術研討會!

Bridges 從 1998 年開始舉辦,是個一年一度以數學為主的大型全球聚會,結合藝術、音樂、建築、教育與文化,是國際間知名的跨領域會議,任何有趣的超展開都可能在此發生。

今年 (2018) 的 Bridges 在瑞典斯德哥爾摩的科技博物館 (Tekniska Museet) 展開,會議從 7/25 至 7/29 共為期五天,包含最後一天的郊遊日。Bridges 從 2001 年開始每年舉辦數學藝術展覽,是全球最大的盛會,今年總共展示了一百多件來自全球的作品,其中台灣有四位數學藝術家前去參展,撰寫這篇文章的我也是參展者之一。

Bridges 2018文宣。
圖/Bridges 2018

在諾貝爾獎演說地點開啟 Bridges

Bridges 2018 開幕選在諾貝爾獎得主演說的地點 ── 斯德哥爾摩大學的講堂  (Aula Magna of Stockholm University)[註 1],充滿設計感與科學意義的講堂讓人沉浸在知識與美的氛圍中。

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第一位分享者正好是諾貝爾物理獎 2004 年得主弗朗克·韋爾切克 (Frank Wilczek) 談論科學與藝術的交集,另外兩場分享則分別是數學家考爾姆·穆爾卡 (Colm Mulcahy) 的紙牌魔術表演,以及由數學家桃樂絲·舒特內德 (Doris Schattschneider) 介紹家庭主婦瑪喬里·賴斯 (Marjorie Rice,1923–2017) 發現五邊形鋪磚型態的傳奇故事,正好也是科技博物館的遊樂場「數學花園」的迎賓廊道。(可見「瑞典科技博物館數學花園:融合數感、美感、體感設計的北歐遊樂場」一文。)

瑞典科技博物館「數學花園」概念圖。
圖/Tekniska Museet

這次會議地點在斯德哥爾摩的博物館公園,參加不同場次需要穿梭在各博物館,彷彿跨越知識間的藩籬,同時呼應 Bridges 的跨域精神,這樣的安排相較一般制式的固定地點讓人有著特別的感受。在會議期間,科技博物館、民族學博物館、表演藝術博物館、諾貝爾博物館也都有專門為 Bridges 參與者特別安排導覽解說與免費參觀時段,讓人體驗到主辦方的用心以及歐洲博物館的精緻內容。

跨界的不只是博物館,Bridges 本身就是以多元的論文展覽活動在國際間著名。會議期間每天都非常充實與豐富,從早到晚滿滿的數學藝術(詳細議程),可以看到數學與各類藝術甚至科技相互撞擊,遇到全球的數學藝術同好更是讓人覺得興奮!

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來自台灣的數學藝術展覽

關注了 Bridges 好一陣子,今年我終於鼓起勇氣報名,非常幸運地通過徵選並且獲得國藝會贊助,因此能有機會 Bridges 2018 全球數學藝術展覽中展出。本屆展覽台灣四位參展藝術家皆安排在 General Exhibition Gallery(GE) 展出,除了作品本身,在 GE 展廳還可以展示相關的物件,因此我放置了〈對稱的鏡面〉的作品說明、原始論文與 3D 列印模型,希望讓觀眾可以完整了解創作緣由。

Symmetric Mirrors(對稱的鏡面),Shark Lin(林家妤)。
攝影/Shark Lin

〈對稱的鏡面〉是根據我發明 / 發現的吠陀立方數學原理製作而成,將立方體的六個對稱面以鏡面材料呈現(延伸閱讀:吠陀立方對稱面法:解不出的空間幾何問題就到廚房解決吧!),會隨著現場燈光而呈現不同的反射與錯視效果,觀眾還可以用雷射筆或其他物體與作品互動,觀察鏡中成像變化 [註 2]。

雷射光打在〈對稱的鏡面〉形成之反射。
攝影/Shark Lin

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展覽期間有許多觀眾來看作品,甚至到撤展時段都還有一群瑞典青少年包圍展位;而作品本身也獲得許多不錯的評價,像是紐約數學博物館 (MoMath) 館長 Cindy Lawrence 覺得〈對稱的鏡面〉讓人十分驚艷。能夠在國際舞台讓世界看見台灣的作品,對第一次參加 Bridges 展覽的我來說更是別具意義。

今年 Bridges 數學藝術展覽中,台灣一共有四位來自不同領域的參展者與作品:分別是工程背景的我(林家妤,Shark Lin)、金必耀教授(Bih-Yaw Jin)團隊的化學串珠、陳明璋教授(Mingjang Chen)的碎形疊代畫作,以及施宣光教授(Shen-Guan Shih)的巧蝸積木 (SL blocks)。

Bead model for the Type I & II clathrate hydrates,左家靜與金必耀。
攝影/Shark Lin

Castle emerging above clouds,陳明璋。
攝影/Shark Lin

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Break a symmetry,施宣光。
攝影/Shark Lin

我們創作的詳細介紹可見 Bridges 線上藝廊與論文集,以及李國偉教授科學人 2018 年 9 月號的專文「連結數學、藝術與教育的橋樑」一文,該期另有科普作家斯蒂芬·奧內斯 (Stephen Ornes)的專文「數的藝術品」。

Bridges 裡令人驚豔的作品

除了台灣的作品外,我也很想完整介紹全世界的數學藝術作品,不過 Bridges 2018 的參展作品就有一百多件,論文數量也破百篇,就算在天橋底下說書把這幾天的事情拆成九篇也說不完哪,只好精選幾件有趣的作品來介紹。

首先是首獎作品,來自荷蘭的兩位藝術家創作了一件能夠同時表現四個圖像的錯視創作,而他們選定的主題是全世界最有名的四張臉 ── 披頭四。他們利用 3D 列印印出截角八面體 (truncated octahedrons) 上圖像元素,搭配夾角 90 度的兩片鏡面相互反射,就可以用一個物體神奇地同時呈現出四個圖像。

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值得一提的是,他們在 Bridges 2016 也是以三維錯視創作拿到首獎,分別以 Gödel, Escher, Bach: an Eternal Golden Braid(中文書名:哥德爾、艾舍爾、巴赫:集異璧之大成)這本書三位大師的頭像作為創作主題。

Four Fabulous Beatles Faces in a 3D Object,Walt van Ballegooijen and Hans Kuiper。
攝影/Shark Lin

艾雪式的鑲嵌圖樣向來深受藝術家與大眾喜愛,來自德國同時修習數學與平面設計的 Alexander Guerten,創作了動物造型的 3D 鑲嵌作品令人驚歎。前幾個月才在推特上看過,沒想到竟然能在 Bridges 的展覽會場見到,讓人驚喜連連!

KUHKUBUS,Alexander Guerten。
攝影/Shark Lin

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在我展位隔壁的藝術家是來自瑞典的 Erik Åberg,他發展了 GHOSTKUBE 可轉動的方塊組,最近還上了 kickstarter 募資。

有天我在餐廳用餐時,看見隔壁東方面孔女性的幾何摺紙造型包包,似乎在哪裡看過卻又想不起來? 懷著好奇心就決定向對方搭訕交流。

ANTIPRISMS – Porcelain,Uyen Nguyen。
圖/WINWIN

對方拿出名片之後,我才發覺她就是奇美博物館摺紙大展《紙上奇蹟》策展人嬴嬴 (Uyen Nguyen),所以對這個摺紙造型包有印象。正好我之前寫的幾何藝術走春文章中,有推薦過這檔展覽(延伸閱讀:新年科青走春!全台幾何藝術景點大搜查),也讓我們聊了許久。最後一天在諾貝爾博物館參訪時,她還贈送我鑲嵌摺紙作品留作紀念。

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左側為本文作者 Shark Lin,右側為奇美博物館《紙上奇蹟》策展人嬴嬴 (Uyen Nguyen) 與摺紙作品
圖/作者提供。

最讓我喜出望外的是,以錯視作品享譽全球的杉原厚吉(Kokichi Sugihara)教授也在Bridges 2018分享他的創作。我曾經在《錯視維度》展覽邀請他的作品〈Ambiguous Cylinder Illusion〉參展 [註 4],終於見到本人才發現這次來Bridges其實是來朝聖的!

杉原厚吉(Kokichi Sugihara)教授於Bridges 2018分享錯視創作與原理,圖中為〈Ambiguous Cylinder Illusion〉。
攝影/Shark Lin

與杉原厚吉教授合影,我們手中拿的是《錯視維度》酷卡。 圖/作者提供。

以上作品約略只佔了 Bridges 的 5%,若是想看所有作品下方有相關網站。這篇文章主要介紹數學藝術展覽,下回我要來聊聊 Bridges 裡頭更多數學的跨界想像力!

延伸閱讀

Bridges 2018相關網站

  1. 官方網站
  2. 線上藝廊
  3. 相關活動
  4. 論文集
  5. 詳細議程

註釋

  • 註 1:諾貝爾獎頒獎則是在斯德哥爾摩音樂廳 (Stockholm Concert Hall),晚宴則在市政廳 (Stockholm City Hall)。
  • 註 2:本次參展作品〈對稱的鏡面〉為吠陀立方系列創作,曾經在圓山花博《視覺混種 On Site, Visual》、2016 泛‧知識節《數學藝術互動體驗》、靜宜大學《IMAGINARY 超越無限‧數學印象特展》展示過,而今年在瑞典展出版本為鏡面全反射改良版本。
  • 註 3:Bridges 是一個以數學為基礎的展覽,因此作品投件時藝術家需要選擇分類與提供說明,以便評審委員審查,Bridges 的作品分類與徵選標準如下:
    (1) 2D 作品(如鑲嵌、不可能的圖形、對稱設計)
    (2) 3D 作品(多面體、摺紙)
    (3) 自然界中特別的數字與數學(費氏數列、黃金比例)
    (4) 拓樸學(莫比烏斯帶、最小能量表面、扭結、圖論等)
    (5) 演算藝術(奇異吸子、基於代數方程式的藝術、排列、魔方陣)
    (6) 碎形
    而徵選標準有以下五項標準,括弧裡的字為官方註解:
    (1) 數學內容(這裡有數學知識豐富的觀眾)
    (2) 美感(顯然這相當主觀)
    (3) 材質(多樣的材質會讓展覽更多元)
    (4) 工藝技術(可有效地傳達作品概念)
    (5) 創新與原創性(將數學藝術推往新方向)
  • 註 4:杉原厚吉教授於2018年10月受邀來台,並且於台灣大學主辦之「實 ‧ 幻:視覺錯覺之探索與應用 國際研討會」主講(Betwixt Reality and Illusion: International Symposium on the Exploration and Application of Visual Illusions);而我也在此研討會上分享〈對稱的鏡面〉作品中的錯視現象,以及《錯視維度》展覽內容與策展過程,相關報導可見此(連結)。

本次旅行獲得財團法人國家文化藝術基金會(國藝會)國際交流計畫補助。

Sharkie Lin_96
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在國二無聊的早自習意外發現數學的趣味,因此近來體驗到數學研究、藝術創作、採訪寫作、展覽策劃、資優教育等工作。不是念數學也不是學藝術,但樂於從多元視角聊聊數學的各種姿態,以及進行數學藝術創作,希望能為世界帶來一點樂趣。科普部落格〈鯊奇事務所〉https://medium.com/sharkie-studio,聯絡信箱 sharkgallium@gmail.com