数学历史故事(数学史上有趣的小故事)

圈圈笔记 63

小到三餐四季,大到寰宇航行,到处都有数学的身影。数学来源于我们的生活,同时它又改造着我们的世界。从人类开始群居以来,数学就几乎充斥在历史的任何一个角落和每一个瞬间。

对于一般人而言,数学是繁杂的,那些犹如天书般的文字和符号,让我们倍受煎熬。我曾经不止一次的问自己,在日常生活中,学会一般自然数的加减乘除足以,为什么要学习微积分,为什么学习复变泛函。现在,随着自己涉世逐渐深入,开始感谢曾经学习数学的那段经历,那是一种思考问题的方式,也是解决问题的底层逻辑。

谈及数学简史,注定是一个个会发光的故事。读蔡天新的《数学简史》,有两个最大的感受,其一是数学这座宏伟大厦的每一块砖瓦都并非凭空而来,都是经过不计其数伟大的数学家雕琢而成;第二个感受是,数学的确是高智商的游戏,所以它的圈子很小,小到数学家好像都有衣钵传承一般。

英语中的数字是digit,它的原意是指手指或脚趾,后来才开始表示1到9的数字,从这里我们已经可以窥探到数学的起源,当人们开始用手指或脚趾的数量来和其他物品建立联系时,数学就已经在悄然萌芽了。

谈及早期的数学,必定然不开毕达哥拉斯,他证明了斜边的平方是两条直角边的平方之和,虽然在这之前,中国人就已经发现了勾三股四弦五的规律,但可能因为目的不同,中国人虽然很会发现生活中的数学,但在证明定理方面,和欧洲相比,还是稍逊一筹。

毕达哥拉斯雕像

世界上第一个大规模的数学活动,当数柏拉图学园。柏拉图本人虽然没有特别的数学贡献,但是它建立的柏拉图学园,确培养出了一颗又一颗闪耀的明星,柏拉图学院也因此被称为数学家的缔造者。柏拉图的老师苏格拉底,它的学生亚里士多德,都在数学的历史长河中留有浓墨重彩的一笔,就连具有划时代意义的欧几里得,早期也在柏拉图学院攻读几何学。

欧几里得的《几何原本》,堪称古代世界逻辑演绎的最高结晶,它不仅贡献了一系列美妙的定理,更为有价值的是孕育演绎出一种理性的精神,一经问世,就取代此前教科书,而直到今天,我们很多教科书的定理还在借鉴它。毫无疑问,如果数学有灯塔,《几何原本》一定是其中最闪耀的一颗。

欧几里得雕像

我今天看到的数学定理,基本上都是欧洲人发明的。那作为文明古国的中国,难道就没有值得世界铭记的吗?其实是有的,其中《周髀算经》、《九章算术》、《孙子算经》、《海岛算经》、《梦溪笔谈》和《测圆海镜》等都是古代中国数

学中的集大成之作。另外刘徽的割圆术、杨辉的三角,都表示中国数学一点不逊色于欧洲。值得一提的是,祖冲之精确到小数点后7位的圆周率,这个记录要过1400多年后,才被阿拉伯数学家卡西打破。

中国有这么多数学成就,但今天我们教科书中用中国人命名的数学定理并不多,这很大程度要归因于古代研究数学的目的。中国的数学发展依赖丈量、分配、交易、税赋计算等,所以更加偏向实操。而西方,受到宗教的影响,主要体现在天文、占卜和光学上。

所以发现一个数学思想,中西方可谓并驾齐驱,甚至中国还领先一步,可也仅到发现规律,中国人很少深耕数学深层次的原理。而今天我们学习数学,需要的不只是应用,更重要的从原理出发,看到更广阔的世界,这就让西方的数学家有了更大的话语权。

古代数学的发展水平,一定程度上都是圆周率在推动,因为圆周率代表了几何测绘的最高水平,这衍生了很多的数学研究活动。在古代很长的时间里,圆周率的计算一直都代表着一个地方的数学发展水平,各地都在相互竞争计算的小数位。不过到17世纪,圆周率的精确位竞争被27岁的莱布尼茨用无穷级数终结。

而且牛顿莱布尼茨创造的微积分,算是欧几里得几何之后数学史上最伟大的创造,它的影响甚至已经超出了数学的范畴,进入了自然科学领域,甚至渗透到人文和社科领域。当然,起初的哲学和数学,并不像今天一样那么遥远,那时的哲学家很多都在研究数学,而今天的哲学主要的研究目标已缩小成人怎样认识世界了。

数学的发展,时间从来不会磨灭曾经的印记,只会遥相呼应。就像欧几里得建立几何框架的2000年后,笛卡尔的解析几何丰富了几何研究的方法,而这之后的非欧几何学,更是把我们能感知的范围,缩小到微分的量子,同时又扩大到浩瀚的宇宙。借助黎曼几何,我们可以在海空漫步。依赖双曲几何,我们方可一探宇宙空间和原子核世界。也正是因为非欧几何,才会有爱因斯坦的广义相对论。

步入20世纪,随着集合论的发展,实变函数、泛函分析应运而生。随着公理化的渗透,群、环、域、测度等又极大的丰富了数学系统。至此,数学也变得愈加抽象。不过也正是因为数学大厦的不断夯实,才能帮助物理学、生物学、经济学、计算机学、逻辑学等领域开花结果。就像如果没有蒙特卡洛这种全新的数值计算方法加持,又怎有会2016年轰动世界的alphago。

数学是神秘的,也是美的,正是这种神秘的美吸引着一个又一个伟大的数学家。或许,我们永远也无法完全解释数学的世界。不管数学的尽头是不是哲学,也不管上帝是否真的存在。至少,数学简史告诉我们,我们对自己的认识正在变得越来越丰富和深刻。

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