數學家的故事 (一)

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1 Thales
 
數學史上,第一位留下名字的數學家是誰呢?他叫Thales,古希臘人。關於他的生平,大家所知甚少。他的數學成果,也都是後人轉述,他自己並未留下任何專門著作。據說他曾成功預測了公元前五八五年的日全蝕,後人據此推測他的生活年代,大約在公元前六二四年至公元前五四六年。
 
Thales 居住在Miletus,在當時是一個非常富有的商貿城市。那裏是希臘哲學,數學和科學的發源地。
 
Thales 是古希臘七賢之一。他是一個精明的商人,經常靠一群騾子運送食鹽。在一次渡河的時候,一個騾子不慎滑了一跤,背上裝滿食鹽的麻袋泡在水裏,鹽被融化了,背上負重減輕了不少。於是每次渡河,這個聰明的騾子就故伎重施,都要有意滑它一跤。當然這瞞不過睿智的Thales,於是有一次他在麻袋裏裝滿了海綿而不是鹽,終於治愈了騾子的毛病。
 
Thales 經商賺了很多錢,於是就像很多富有的商人一樣,早早退了休。與別人不一樣的是,他把閑暇時間用在了哲學,數學和天文學上。所以他也是哲學家和天文學家。
 
有天晚上,Thales又在仰望星空,一門心思琢磨天上的事情,結果不小心栽到腳底下的小水溝裏去了。照料他的老傭人抱怨說,你腳底下的水溝都看不清,又怎能明白天上的事呢?
 
Thales 的數學是從巴比倫人和古埃及人那裏學來的。古希臘人最偉大的地方就是,能夠快速學習先進的外來文化,並且將之歸納提高。
 
Thales 都有那些數學成就呢?這裏簡單列舉幾條:
 
  1. 半圓上的圓周角是直角。
  2. 任意直徑都等分一個圓。
  3. 對頂角相等。
  4. 等腰三角形的兩底角相等。
  5. 如果兩個三角形的一條邊和兩個相應的角分別相等,則兩個三角形全等。
 
這些定理中的特例,也許他的巴比倫和埃及老師早已知曉,但Thales 是第一個將它們抽象概括出來的。
 
這些結果看似簡單,卻開啟了數學的新紀元。數學,作為一門嚴格的科學,就這樣誕生了。
 
2 Pythagoras
 
網上查了一下,Pythagoras生活在公元前570年至公元前495年。我讀的數學史上稍有差異,說是公元前580至公元前500年。和中國的老子孔子是同時代人。網上的百度說了,孔子生於公元前551年9月28日,卒於公元前479年4月11日。老子的生卒年代不詳,生於公元前約571年,卒於公元前約471年。那真是個偉大的時代,很多思想家哲學家都在那時誕生。
 
Pythagoras出生地是Samos,古希臘人,離Thales 的Miletus 不遠。他和Thales 年齡相差也不太大,五十幾年吧,可以說是同時代人。有些書上說,他是Thales 的學生。當然也有人質疑。不管是不是學生吧,Pythagoras的名氣可大多了。著名的Pythagorean Theorem ,沒聽說過的人不多。
 
Thales 的哲學思想是萬物皆水,Pythagoras的信條是萬物皆數,由此可見他對數的執著和癡迷。他要是在數學史上不留下重彩, 這世上還有天理嗎?他是不是數學史上第二個留下名字的數學家呢?不敢妄議。
 
Pythagoas所說的數實際是有理數。他的一個門徒後來發現,世界上還真有“無理”的數。比如說,邊長為1的正方形,它的對角線就很“無理”。這樣的發現在當時真是大逆不道,其發現者據說被同門兄弟活活給扔進大海淹死了。
 
同Thales 一樣,Pythagoras 去過埃及,巴比倫甚至印度。埃及和巴比倫是當時的學問中心,他的數學不用說吸取了當地的數學精華。旅行回來後,大約在公元前529年,他定居在Crotona ,並在那裏建立了一個很隱秘的兄弟會,宣揚他的數學,哲學和宗教。那裏一切公有,奉行素食,頗有點共產主義的味道。兄弟會的一切發現,都歸功於兄弟會的創立者,所以其發現後人都以Pythagorean 命名。
 
萬物皆是有理數,多麽美好!可惜萬物皆有例外,無理數尤其眾多,遠遠超過有理的數了。
 
嗚呼!有可奈何?
 
注:無理表示不能寫成兩個整數的商。
 
3 Eudoxus
 
無理數的發現,對於Pythagoras學派來說,簡直是地基上陷了個大坑。
 
地基上陷了個大坑,那該咋辦?
 
有啥辦法?想辦法填坑補洞唄。
 
填坑補洞可不是件容易的事情,非得很多非凡的人不成。Eudoxus (公元前408年——公元前355年)就是其中一位關鍵的人物。他是古希臘偉大的數學家,在古希臘其數學地位僅次於後來的Archimedes。
 
說起Eudoxus ,就得說起他的老師Plato(公元前429年——公元前348年)。說起Plato ,又得說起他的老師Socrates,這樣就沒完沒了了。所以就從Plato 說起。
 
Plato 是個很有個性的哲學家,創辦了西方世界第一個現代意義的學院:雅典科學院。當時的雅典可不得了,儼然是西方世界政治商業和文化的中心。在演講廳,Plato 讓人在大門上寫著:Let no one destitute of geometry enter my doors!就是說,幾何知識貧乏的人別進我的大門。聽聽,他可不會說,沒有財產的窮小子別進我的大門。
 
Eudoxus 恰恰是個沒有財產的窮小子,來自Cnidus。貧窮和好學,真不是一對好搭擋。雅典是個高大上的城市,Eudoxus 囊中羞澀,住不起呀。沒辦法,他隻能寄住在靠海的Piraeus ,每天來回步行十幾英裏到雅典。那可是塵土飛揚的泥土路啊!好在他在數學和天文學上天分極高,最終獲得重要的位置,並到埃及,意大利和西西裏旅行,見到了許多有名的學者。他在那次旅行中見到了他的另一位老師,幾何學家,Pythagoras 學派的Archyras(公元前428年——公元前347年)。公元前368年,在他四十歲的時候,回到了雅典。陪伴他回來的還有一群他自己的學生。
 
Eudoxus 是如何填坑的呢?
 
Pythagoras 學派已經知道了無理數的存在,但對如何處理無理數卻束手無策。知道是一回事,如何應對卻完全是另一回事。Eudoxus 提出的比例(proportion)概念則成功地解決了這個問題。
 
有了比例這個概念,數學家們總算喘了一口氣,數學的高樓大廈,可以繼續接著蓋了。
 
注:According to “men of mathematics “ by E.T. Bell, page 25, Eudoxus’s first teacher was Archytus. But from “The great mathematicians “ by H.W Turnbull, it seems that Plato was his first teacher.
 
4 Zeno
 
Eudoxus 是填坑補洞蓋大樓的,用時行的話來說,是充滿正能量的人。Zeno (公元前495—-公元前430)正相反,是專門尋找漏洞挑毛病的人,滿滿的負能量。Zeno 是著名的哲學家,他的好多悖論,叫人不好應付。也正因為這些悖論,讓數學家們謹小慎微,避免了不少可能的陷阱,使得數學這個高樓大廈,得以建立在堅實的地基之上。
 
前麵我們說過,Archytas 是Eudoxus 的另一位老師。Archytas 住在Tarentum,意大利南部的一個城市。
 
還記得Crotona嗎?就是Pythagoras 在那裏創立兄弟會的地方。在Crotona 和 Tarentum 之間,有個叫Elea 的城市,Zeno 就住在那裏。他和他的老師Parmenides 在那裏建立了Elea學派。
 
Pythagoras 學派認為空間和時間是連續的,是無窮可分的。Zeno 有兩個有名的悖論,是說無窮可分是不可能的。
 
第一個悖論叫Dichotomy 悖論,用以證明,假如空間無窮可分,那麽人就永遠不可能從A點走到另一個B 點。他的推理是這樣的,要走到B,就一定要先到AB的中點C,而要到C呢,又得先到AC的中點D,依此類推,這樣弄下去,根本就沒法子邁開第一步。
 
第二個悖論叫Achilles悖論,是說不管你Achilles能跑多快,都不可能追上你前麵爬行的烏龜。下麵是他的推理:假設Achilles在A點,烏龜在B點,當Achilles跑到B點的時候,烏龜已經在前麵的某個C 點了,而當Achilles跑到C點時,烏龜又在前麵的某個D點了,如此這般,就算Achilles 能日行千裏,也追不到步履蹣跚的烏龜呀。
 
這麽說來,Zeno 不認同無窮可分論,一定認可它的對立麵囉?
 
不,他的另外兩個悖論,就是用來說明對立麵也同樣有問題。

瞧瞧,Zeno老先生多麽可愛!他就是這麽任性,這麽愛挑剔!

 

 

 


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