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全球數學簡史

圖文 更新时间:2024-07-19 15:28:09

小到三餐四季,大到寰宇航行,到處都有數學的身影。數學來源于我們的生活,同時它又改造着我們的世界。從人類開始群居以來,數學就幾乎充斥在曆史的任何一個角落和每一個瞬間。

全球數學簡史(注定是一個會發光的故事)1

對于一般人而言,數學是繁雜的,那些猶如天書般的文字和符号,讓我們倍受煎熬。我曾經不止一次的問自己,在日常生活中,學會一般自然數的加減乘除足以,為什麼要學習微積分,為什麼學習複變泛函。現在,随着自己涉世逐漸深入,開始感謝曾經學習數學的那段經曆,那是一種思考問題的方式,也是解決問題的底層邏輯。

談及數學簡史,注定是一個個會發光的故事。讀蔡天新的《數學簡史》,有兩個最大的感受,其一是數學這座宏偉大廈的每一塊磚瓦都并非憑空而來,都是經過不計其數偉大的數學家雕琢而成;第二個感受是,數學的确是高智商的遊戲,所以它的圈子很小,小到數學家好像都有衣缽傳承一般。

英語中的數字是digit,它的原意是指手指或腳趾,後來才開始表示1到9的數字,從這裡我們已經可以窺探到數學的起源,當人們開始用手指或腳趾的數量來和其他物品建立聯系時,數學就已經在悄然萌芽了。

談及早期的數學,必定然不開畢達哥拉斯,他證明了斜邊的平方是兩條直角邊的平方之和,雖然在這之前,中國人就已經發現了勾三股四弦五的規律,但可能因為目的不同,中國人雖然很會發現生活中的數學,但在證明定理方面,和歐洲相比,還是稍遜一籌。

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畢達哥拉斯雕像

世界上第一個大規模的數學活動,當數柏拉圖學園。柏拉圖本人雖然沒有特别的數學貢獻,但是它建立的柏拉圖學園,确培養出了一顆又一顆閃耀的明星,柏拉圖學院也因此被稱為“數學家的締造者”。柏拉圖的老師蘇格拉底,它的學生亞裡士多德,都在數學的曆史長河中留有濃墨重彩的一筆,就連具有劃時代意義的歐幾裡得,早期也在柏拉圖學院攻讀幾何學。

歐幾裡得的《幾何原本》,堪稱古代世界邏輯演繹的最高結晶,它不僅貢獻了一系列美妙的定理,更為有價值的是孕育演繹出一種理性的精神,一經問世,就取代此前教科書,而直到今天,我們很多教科書的定理還在借鑒它。毫無疑問,如果數學有燈塔,《幾何原本》一定是其中最閃耀的一顆。

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歐幾裡得雕像

我今天看到的數學定理,基本上都是歐洲人發明的。那作為文明古國的中國,難道就沒有值得世界銘記的嗎?其實是有的,其中《周髀算經》、《九章算術》、《孫子算經》、《海島算經》、《夢溪筆談》和《測圓海鏡》等都是古代中國數

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學中的集大成之作。另外劉徽的割圓術、楊輝的三角,都表示中國數學一點不遜色于歐洲。值得一提的是,祖沖之精确到小數點後7位的圓周率,這個記錄要過1400多年後,才被阿拉伯數學家卡西打破。

中國有這麼多數學成就,但今天我們教科書中用中國人命名的數學定理并不多,這很大程度要歸因于古代研究數學的目的。中國的數學發展依賴丈量、分配、交易、稅賦計算等,所以更加偏向實操。而西方,受到宗教的影響,主要體現在天文、占蔔和光學上。

所以發現一個數學思想,中西方可謂并駕齊驅,甚至中國還領先一步,可也僅到發現規律,中國人很少深耕數學深層次的原理。而今天我們學習數學,需要的不隻是應用,更重要的從原理出發,看到更廣闊的世界,這就讓西方的數學家有了更大的話語權。

古代數學的發展水平,一定程度上都是圓周率在推動,因為圓周率代表了幾何測繪的最高水平,這衍生了很多的數學研究活動。在古代很長的時間裡,圓周率的計算一直都代表着一個地方的數學發展水平,各地都在相互競争計算的小數位。不過到17世紀,圓周率的精确位競争被27歲的萊布尼茨用無窮級數終結。

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而且牛頓萊布尼茨創造的微積分,算是歐幾裡得幾何之後數學史上最偉大的創造,它的影響甚至已經超出了數學的範疇,進入了自然科學領域,甚至滲透到人文和社科領域。當然,起初的哲學和數學,并不像今天一樣那麼遙遠,那時的哲學家很多都在研究數學,而今天的哲學主要的研究目标已縮小成人怎樣認識世界了。

數學的發展,時間從來不會磨滅曾經的印記,隻會遙相呼應。就像歐幾裡得建立幾何框架的2000年後,笛卡爾的解析幾何豐富了幾何研究的方法,而這之後的非歐幾何學,更是把我們能感知的範圍,縮小到微分的量子,同時又擴大到浩瀚的宇宙。借助黎曼幾何,我們可以在海空漫步。依賴雙曲幾何,我們方可一探宇宙空間和原子核世界。也正是因為非歐幾何,才會有愛因斯坦的廣義相對論。

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步入20世紀,随着集合論的發展,實變函數、泛函分析應運而生。随着公理化的滲透,群、環、域、測度等又極大的豐富了數學系統。至此,數學也變得愈加抽象。不過也正是因為數學大廈的不斷夯實,才能幫助物理學、生物學、經濟學、計算機學、邏輯學等領域開花結果。就像如果沒有蒙特卡洛這種全新的數值計算方法加持,又怎有會2016年轟動世界的alphago。

數學是神秘的,也是美的,正是這種神秘的美吸引着一個又一個偉大的數學家。或許,我們永遠也無法完全解釋數學的世界。不管數學的盡頭是不是哲學,也不管上帝是否真的存在。至少,數學簡史告訴我們,我們對自己的認識正在變得越來越豐富和深刻。

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