數(shù)學已經成為人類步入現(xiàn)代化的核心工具與中心思想。大到衛(wèi)星上天,小到一個app應用,都離不開數(shù)學——只是你是否知道而已。
遠在數(shù)學還沒有給我們帶來計算機、量子力學和衛(wèi)星定位系統(tǒng)之前的古代,一些最聰明的大腦已經在不斷的發(fā)現(xiàn)他們的數(shù)學成就。這些發(fā)現(xiàn)建立了最基本的數(shù)學思想和工具,帶領我們走進了現(xiàn)代化的生活。這是多么神奇的事情。
下面列出的12位數(shù)學家,就是這些人中的佼佼者。他們的發(fā)現(xiàn),形成了世界走入現(xiàn)代化的數(shù)學基石,也是我們步入現(xiàn)代生活最重要的一系列成就。
1畢達哥拉斯(約前500年)
畢達哥拉斯其實不只一位,他有很多追隨者,他們形成了一個學派。他們對數(shù)的崇拜有著宗教的神秘主義色彩。帶著對神的崇敬來研究幾何與數(shù)字。畢達哥拉斯學派最有名的數(shù)學成果當屬畢達哥拉斯定理:對于一個直角三角形,兩直角邊的平方和等于斜邊的平方。這是平面幾何最基本的結果之一。畢達哥拉斯學派的故事說明了數(shù)學和這樣宗教如果結合是多么的危險。畢達哥拉斯學派神化的整數(shù),認為整數(shù)是宇宙的基石。他們研究幾何與音樂,只要和數(shù)量相關的東西都認為是兩個整數(shù)的商。畢達哥拉斯的一個追隨者道如何把一個直角邊長等于1的等腰直角三角形的斜邊用兩個整數(shù)的商表示出來。但是他的結果是:這是不可能的。用現(xiàn)代人的說法就是,2的平方根是一個無理數(shù)。故事的結局是悲慘的。當這位追隨者把它的關于可能存在無理數(shù)——一種不能表示成兩整數(shù)之商的數(shù)——的事實告訴同伴時。同伴們很震驚,但也很憤怒,把這位有重大發(fā)現(xiàn)的追隨者裝上了船,扔進水里淹死了。
2歐幾里得(約前300年)
歐幾里得是古希臘最偉大的數(shù)學家之一。在他的傳世之作《幾何原本》中,歐幾里得建議了一個幾何學的框架。正當諸如畢達哥拉斯們的其他古西臘先哲們還在糾結于關于數(shù)的問題的時候,歐幾里得已經開始引進他嚴謹?shù)恼撟C體系了:從為數(shù)學多的關于點、線的公理出發(fā),通過不斷演繹推理,建立了一套在當時最系統(tǒng)化的幾何學。這種從公理開始,不斷推導結果,而每個新結果都由之前推導出的結果為依據(jù)的嚴謹論證思想,可能是2000多年的歷史長河中,最據(jù)支配地位的思想。
3阿基米德(約前287-前212)
阿基米德可能是所有時代最偉大的數(shù)學家。他最被人熟知的貢獻是他早期物理學的發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)了杠桿原理,和浮力定律。一個大家都知道的傳說:有一天,阿基米德在洗澡,看見洗澡水從澡盆里的漫了出來,于是他興奮,裸奔上了大街,嘴里興奮地尖叫:“我發(fā)現(xiàn)了!”作為數(shù)學家的阿基米德甚至比他在物理中做得更好。他已經能夠把圓周率估算到一個非常好的精確值,以及計算拋物線圍成的一些圖形的面積。這些成就讓人驚奇的真正原因是,阿基米德使用的計算方法和1800年后牛頓和萊布尼茲發(fā)明的微積分中的計算方法驚人的相似。他用不斷的添加更細致多邊形的來接近圖形,這樣多邊形的面積就會和想要計算的面積的差距越來越小。這樣的方法,讓人強烈的聯(lián)想到現(xiàn)代的極限思想。阿基米德這樣的數(shù)學智慧,領先了他所處時代將近兩千年。
4花拉子米(約780-850)
花拉子米是9世紀的數(shù)學家,他創(chuàng)造了很多基礎的計算技術與方法。他最大的貢獻是他發(fā)明了一套做算術和解方程的形式化、系統(tǒng)化的辦法;ɡ用自谒闹髦校褂昧擞《热说陌l(fā)明的阿拉伯數(shù)字體系并流傳到了歐洲。而阿拉伯數(shù)字體系比之前用的羅馬數(shù)字體系或者其他非按位數(shù)字體系,在加減乘除的表示方面更為簡潔。花拉子米還建立了一套解基本方程的規(guī)則體系,比如4x + 8 = 2, x2- 8 = 4,在今天這套體系叫做代數(shù)。實際上,“代數(shù)”這個詞就來源于他書中解方程那部分內容的標題,還有一個詞是“算法”,它表示解決數(shù)學問題的系統(tǒng)流程,這其實是花拉子米的拉丁文名字。
5納皮爾(1550-1617)
這個榜單的其他數(shù)學家在各個數(shù)學分支都有大量的貢獻,而納皮爾只有一個發(fā)明,但這個發(fā)明極為重要:對數(shù)。簡單的說,一個數(shù)的對數(shù)讓我們知道了這個數(shù)額數(shù)量級。用現(xiàn)在的話來說,對數(shù)有一個“底數(shù)”,一個數(shù)的對數(shù)就是得到一個數(shù),使得這個底數(shù)的那么多次方等于這個數(shù)。比如,以10為底數(shù),10的對數(shù)是1,100的對數(shù)是2。因為10的1次方等于10,10的平方等于100。對數(shù)之所以這么有用,是一個重要原因是由于它的一些性質:對數(shù)能把乘法變成加法,把除法變成減法。更確切的講,兩個數(shù)乘積的對數(shù)等于這兩個數(shù)分別取對數(shù)在加起來。同樣,兩數(shù)商的對數(shù)等于兩數(shù)對數(shù)的差。在沒有計算機的年代,這個性質打打降低計算的難度。對兩個非常大或者非常精細的小數(shù)做乘除法要比做加減法的時間長得多。所以,如果有人要對兩個大數(shù)做乘法,他可以先查對數(shù)表的得到兩個數(shù)的對數(shù),在加起來,然后再用對數(shù)表返查得到結果。一些計算工具,比如說計算尺,利用對數(shù)來做快速計算。這種快速計算器在科學和航海中派上了打用場,我們可以非?斓米鲆恍┐髷(shù)的計算。很多用數(shù)量級來衡量計量單位也是用對數(shù)來衡量的。比如地震中的里氏震級,以及衡量聲音大小的分貝。
6開普勒(1571-1630)
開普勒是一位天才的幾何學家,他把他的數(shù)學能力強化了人們對太陽系的認識。開普勒曾經是偉大的天文觀測家的第谷·布拉赫助手,而布拉赫擁有一些在當時最細致的行星運動的記錄資料。通過分析這些資料,開普勒能夠確定和改進哥白尼的太陽系觀點:行星圍著太陽轉,而轉動的時間是基于橢圓形狀的行星軌道用并用精確定義的數(shù)學定律來描述的。開普勒定律是一個偉大發(fā)現(xiàn),因為它是對物理過程精確且簡潔描述。像行星繞太陽的軌道這樣,我們世界的事物遵循這各種各樣的規(guī)律。20世紀的物理學家維格納有一個優(yōu)美的表述,“數(shù)學無理由的有效性”。開普勒定律就是這種無理由的有效性的早期例子。開普勒定律也為牛頓發(fā)現(xiàn)他的牛頓運動律提供了條件,尤其是萬有引力定律。開普勒對天體力學的貢獻讓美國國家航空航天局(NASA)將研究太陽系以外的行星的項目以他的名字命名,叫做開普勒任務。
7笛卡爾(1596-1650)
笛卡爾最被人熟知的是他對哲學的貢獻。他提出了精神與物質二元論(心物二元論),他還有一句名言:“我思故我在!钡牵覀兘裉焓褂玫拇蟛糠謹(shù)學都欠笛卡爾一份“小恩情”。笛卡爾對數(shù)學最重要的一份貢獻就是創(chuàng)立了解析幾何。數(shù)學在笛卡爾之前的歷史長河中,代數(shù)和幾何是互不聯(lián)系的兩個學科。一方面,我們有我們對數(shù)字和未知量進行符號化和抽象的操作。另一方面,我們又對一些平面圖形和立體圖形進行研究。笛卡爾的解析幾何統(tǒng)一了這兩個領域。他開拓了一種把代數(shù)式和方程用坐標平面上的直線或者曲線表示的思想。他的這種基本思想至在今天的中學課程中還在學習。學生們還在練習把y=3x+5這樣的方程畫成直線,或者把y = x2 ? 4這樣的方程畫成拋物線。這種幾何與代數(shù)的結合是之后創(chuàng)立微積分的重要前置條件,同樣,它還理所當然的還是現(xiàn)代數(shù)學的核心思想。為了紀念的卡爾如此重要的奠基性工作,我們把他發(fā)明坐標系定名為“笛卡爾坐標平面”。
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