【人物專訪】舒宇宸老師─數學,使我們的生活更美好!

■ 很多事情,你只要透過數字的運算,你就可以得到答案。這時數學就會給你一個相信的理由、進而給你相信的力量。」──舒宇宸老師

_MG_4203採訪/陳品妤
攝影/黃道佐

你是否曾質疑過,求學時期所學的三角函數、對數函數、空間向量等,在往後的人生中到底有什用呢?或許就如同電影「那些年,我們追的女孩」中的台詞「十年後,我連log是什麼都不知道,還是可以活的好好的」一樣,似乎都沒有派上用場的機會。

那麼,學數學做什麼?事實上,數學就在我們生活周遭的每一處,只是它被隱藏起來了,它就好像科學的母親,用它的愛和知識,默默地讓我們的生活更美好。

數學可以給你相信的力量

「舉例來說,你可曾想過,假設一個人一天成長1%,那麼一年365天之後,他會成長為自己的幾倍?你只要拿計算機把1.01拿來365次方,你就會發現這個驚人的答案:一年之後他會變成自己的37倍!」「很多事情,你只要透過數字的運算,你就可以得到答案。這時數學就會給你一個相信的理由、進而給你相信的力量。」舒宇宸老師是這麼看待數學的。在採訪舒老師的過程中,會發現他對於生命、生活以及數學有著源源不絕的熱情,他會不斷地翻出各種小東西向你解釋這裡面隱藏著哪些數學原理;他也會用一個又一個的例子告訴你,原來數學與我們的生活如此貼近;甚至,在他的課堂上,連談戀愛和挑選伴侶,他都可以告訴學生如何利用微積分,來解答這個千古大難題

舒老師高中時便代表國家參加奧林匹亞數學競賽,而當時接受記者採訪的他便已確認志向:「我會朝著應用數學的方向前進。」至今,舒老師仍堅持著數學就是生活的信念。「進入大學後,你可能會覺得,怎麼數學跟高中時的想像又不大一樣了。很多定義、理論好像跟生活漸漸脫軌。但事實上,我們現在所討論的數學或物理問題,很有可能一開始就是從一個生活化的問題而來。」舒老師解釋,其實數學中的符號或一道公式與定義,都是從生活中的問題抽象化,並經過後人不斷研究、演算才產生的。在這樣的架構之下,大家覺得數學與生活無關,但當把這些定理具象化之後,你會發現我們其實天天都在使用數學,而且透過數學讓我們的生活更加美好。。

就拿很多年輕人喜歡的線上遊戲來講,以前畫面上的人物總是有菱有角,但現在的3D遊戲我們已可以看到擬真的人物線條、甚至是精細的髮絲,這些都是數學的進步。以前的遊戲用平面來逼近曲面,用的是高中學的線性內插法;但若是透過內插方法的提升,例如使用二次函數(拋物線)或三次函數(例:貝茲曲線),就可以將線性的平面修補成漂亮的曲面,再搭配上顯示卡與CPU的高運算支持,我們就能看到越來越精美的遊戲畫面。再比如家用電話,你一拿起來所聽到的聲音就是440個sin波。而通話的過程中經過內建晶片上的傅立葉變換把高頻雜音給濾除,就能使得我們從電話中清楚聽到對方的聲音而非雜音。這些背後都隱藏著數學的運算,並提升了我們的生活品質。

醫學影像中的數學

與醫學進行跨領域的研究與合作,是從舒老師服國防役時開始的。當年在中央研究院應用科學中心工作時,身旁的同事(崔博翔,現為長庚大學醫學影像暨放射科學系副教授)就是在進行醫學影像的研究。遇到一些數學問題,便找了主修數學的舒老師幫忙,進而有了這樣的契機接觸醫學影像領域。然而跨領域的結合在一開始是很辛苦的。兩方人馬常常會遇上溝通上的困難。譬如「肝若好,人生是彩色的;肝若歹,人生是黑白的。」雖然這句話耳熟能詳,但你(或數學家)又怎麼知道什麼是肝不好?而當數學家談到微分運算時,醫生也需要時間來喚醒記憶。因此這樣一個跨領域合作的團隊,必須花很多時間彼此磨合,並學習彼此領域中的知識。

那在醫學影像當中,數學是怎麼應用的呢?以X光影像為例。通常拍攝X光片,我們可以從正面、側面下手。但是當我們想藉由X光片取得腹部剖面圖時,我們該怎麼做?總不會是從頭頂往下拍吧?!那所有內臟也都會一併被拍進去,導致什麼都看不到。這時的解決方式便是以多道不同角度的X光束切入腹部,藉由多種角度的X光束所得到之資料,再透過聯立方程式求解和推算,把欲知的未知影像將其還原。再例如超音波,其實也是透過超音波在人體中的傳遞與回波,並加上數學的運算取出波形的振幅,並將振幅的大小以影像具體化呈現。

在採訪舒老師後,才知道,原來數學這門學科,不只是公式的反覆演算與證明;藉由跨領域的合作,它可以拯救生命、還可以輔助各種新發明產生。只要用心,生活中處處都可以找到數學的蹤影。而數學有不有趣,就看你用哪一個角度去看它。加入創意的發想,數學甚至可以讓你在不同的科學領域,譜出美妙的交響曲。

 

責任編輯 Vita Chen

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