文/山果花开
01
“音乐能激发或抚慰情怀,绘画使人赏心悦目,诗歌能动人心弦,哲学使人获得智慧,科学可改善物质生活,但数学能给予以上的一切。”美国数学家、哲学家克莱因如是说。
“数学是上帝用来书写宇宙的文字。”古希腊的数学家、哲学家毕达哥拉斯总结出“万物皆数”。
在科学、工程、医学和经济学等各个领域,数学都被广泛应用。我们最常用的GPS导的指令,即是用正弦和余弦计算得出的即时结论。
提起数学,往往令人心生畏惧,可是它更令人心驰神往。在数学这片神秘迷雾中,到底隐藏着多少无法抵达的大陆。
数学是人类的发明,还是独立的存在的?数学家是创造者吗?古埃及金字塔有什么数学秘密?几何学什么时代开始被应用?
确定位置的三角定位是什么原理?阿尔法狗的算法与数学有哪些关联?
从史前时期到人工智能,是跨越了千年的数学之旅。
《万物皆数》这本书已被译成六种语言在世界和地诉说着数学之美的核心,它获得法国数学期刊Tangente图书奖,长踞法国亚马逊科学史分类第一名。
《法兰西西部有报》评论:《万物皆数》邀请我们踏上一起体验数学的美妙旅程;法国《世界报》评论:《万物皆数》是一场大冒险,年轻的数学家为我们讲述物质世界的现实,也在预测未来的走向。
数学,是一门赋予不同事物以同样名字的艺术。
02
本书的作者米卡埃尔·洛奈,是法国年轻的概率学博士。从2015起,洛奈作为法国“文化与数学游戏沙龙”的成员,参与了大量的、针对公众的数学推广活动。
他在网络平台策划的数学节目,拥有近30万订阅量,频道节目观看量达2000万。
本书的译者孙佳雯是英、法双语译者,她是法国巴黎社会科学高等研究院博士候选人,其擅长翻译科普类及社科类作品,她的翻译作品让科学变得更加亲切。
《万物皆数》穿越到史前时代,从四大文明古国出发,到欧洲中世纪与文艺复兴时期,从数学到寻找建筑等,诸如巴黎罗浮宫的美。
作者运用历史学的方法,巧妙地构建了无数历史与今天的场景,将数学从厅台楼阁之上进入生活,将数学之美化为优美的文字,让我们感受日常生活中数学的奇妙与优雅。
数学美之核心,就是在复杂的研究对象与简洁的表达之间,建立令人目眩生命的联系。
美的定理是朴素的,没有冗佘的边角料,没有随意的例外,也没有毫无用处的差别,美的定理是大音希声,是用几个字概括的真理精髓,是无懈可击的完美。
自从上古时期以来,很多艺术家创作或者只是单纯的梦想家,他们无意中探入数学的领地。
本书通过一场时空旅行,带你打开这厚重的数学史话。你只要改变看世界的眼光,寻找数学的迷人之处,将会从源头上去体验数学应用的广博。
3.
我们追溯到一万年前的美索不达米亚,陶器上丰富的几何图形,在艺术中看到了对称,旋转,平移的数学,几何变换的分类在古希腊,是滑移、对称的几何结构数学应用。
公元前4500年的数学应用,在6000年之后才被论述和证明。
在中国古代,数学叫作算术。数学起源于人类早期的生产活动,古巴比伦人开始已经积累的数学知识,并能应用实际问题。
古希腊人在与牧羊人的合同中衍生出了计算、书写而形成数字,数学开始发挥它的先锋作用。就像有了文字,智人才走进了历史一样。
公元前3000年,数字有了自己的符号,数字开始独立存在。后来,古巴比伦学者创造了四则运算加减乘除。古印度人发明了十进制的计数方法,符号就是阿拉伯数字。
公元前6世纪,毕达哥拉斯在数学的基础上形成基本的哲学概念,他说一切皆数。
他用数字神秘学发展了数字占卜,通过人的生日及构成姓名的字母数目,分析出一个人的性格特征。至今,《生命数字密码》仍被作为西方神秘学研究广泛流传。
发明了数字后,数学成为一门独立科学。在数学里,几何学是女王。最初用来田地的分割、分配,田地估算价格,建设水渠找路线。
在2200多年前,中国汉朝编著的《九章算术》,就是测量不同形状的田地。
几何学也成就了历史上第一批伟大的数学家,泰勒斯、毕达哥拉斯和阿基米德等,他们一直出现在我们的课本里。
4.
到了定理时代,五种正多面体“柏拉图立体”在生活中随处可见。巴黎的“拉吉奥德”建筑网格球顶,足球上12个正五边形取代了正20面体的12个顶点。
在庞大的知识运动中,数学占据着特殊的位置。大量的现象用数学研究,原来金字塔的高度与它阴影的长度相等。
古希腊的数学家们,用证明来验证定理的正确性。
公理和定理猜想都是数学陈述,只是公理无需证明,比如任意两点能够定义一条线段,这是来自欧几里得的著作《几何原本》,此书的重要性在当时仅次于《圣经》。
在数学的发展中也有人制造许多迷宫,古希腊哲学家埃利亚的芝诺,是善于创造悖论的艺术大师。
他利用了数学中的无限概念,提出了最负盛名的“阿克琉斯追乌龟”悖论,也促进了数学在探究迷惑中不断出真知。
伟大的发明家阿基米德在圆周率的计算上迈出一大步,他还在洗澡时发现了浮力学原理。数学界出现了方程式计算。
历史上第一位女数学家是罗马帝国的希帕提亚,发明了比重计,还有新型的天体观测仪,让观测天文更容易。
公元7世纪古印度的著作《婆罗摩修正体系》对于零和负数有了算术描述。印度学者率先完成正、负数之间的统一,印度数学在世界范围内开始传播。
5.
阿拉伯的艺术家们巧妙地将17种类型的几何密铺,应用在建筑设计中。对三角形的研究成为成熟的科学。
毕达格拉斯的勾股定理,就当时成果。数学家花拉子米发表了印度数字算术,十进制计数系统,十个数字从此传被全世界接受。
阿拉伯世界的学者们,将三角函数发展到了顶峰。此后三角函数广泛应用在天文、观测台、汽车全球定位系统、卫星追踪系统。三角函数,还建立了虚拟世界,三维动画影城和视频游戏。
公元9世纪末,埃及数学家阿布卡米拉,概括了方程式的起源。16世纪欧洲接过了数学的圣火。
中世纪意大利的斐波那契介绍了数列,数列被广泛应用来表示种群的动态,时间的推移、动物物种的演化过程、数学建模的过程,一直到今天的计算机、统计学、经济学甚至气象学领域。
大学教授德尔.费罗发现了三次方程解析式,被米兰的工程师卡尔达诺应用,设计出万向接头,使汽车发动机可以将转向传递给轮胎,沿用至今;
数学家拉菲尔.邦贝利提出负数的平方根问题,在19世纪初,法国数学家哲学家笛卡尔为之冠名虚数;德国数学家高斯证明了代数的基本定理;
天才数学家,伽罗瓦创造出从五次方程式开始,求幂和根的代数结构公式,伽罗瓦群。从此,抽象代数成为专有的领域。
16世纪数学语言加减、乘除符号被创造出来。笛卡尔的表达方式及字母运算,颠覆了数学领域的权重关系,他将几何问题代数化,创造了坐标系统。
18世纪数学家们通过坐标,找到了数列和黄金分割率之间的微妙关系。
现代物理学的创始人意大利科学家伽利略,了解到数学将是解释世界的科学语言。
规则运转被精确的数学法则控制,牛顿的万有引力定律公式,物理问题就转化为数学问题,那么,天体运动的轨迹相当于求解一个方程式,就可以预测未来日食、月食的时间。
所有伟大的科学发现,都需要数学的帮助,解代数方程和几何图形的帮助,数学已经展现出他们不可思议的强大力量,在今天,每一条严谨的物理学理论,都用了数学语言进行表述。
从算盘到计算机,再到人工智能都是数学的应用,阿尔法狗与最优秀的围棋选手对决,计算机赢了,书中会告诉你其中的原理。
6.
未来的数学世界正在经历蜕变,数学正在成为一门范围过于广阔的学科。
从1936年开始,著名的菲尔兹奖被称为数学界的诺贝尔奖,是数学的最高殊荣。2016年,希尔伯特清单上还有四个问题没有答案,其中包括素数序列的研究。
数学本质的讨论,数学到底是人类的发明,还是一种独立的存在?数学家们到底是创造者?一直没呢答案,数字的三角形和方程都是抽象的,却能够被用来理解真实的世界。
数学是如此迷人,还没有完全被人类驯服,数学是魔术师跟你解释卡牌的技巧,其实是算术学的属性;雕塑家的灵感来自于柏拉图立体;发明家制造了奇怪的机械原来是计算器;
有些折纸爱好者、智力游戏达人和书法发烧友,每个小小的喜剧,给观众带来欢笑声,都因混合了数学和天文学的知识。
所有的人都在搞数学,他们用自己的方式创造数学,杂耍变戏法的人会使用的几何图形,比如旋转跳跃吸引人的眼光。数学有着无穷无尽的潜力,能够成为具有节日气氛的,流行的学科。
你不是数学天才,也能感受到探索和发现的快感,你不需要研究太多。其实你所需要的,只是一个猜测、好奇心和想象力而已。
“大部分人是喜欢数学的,但问题在于很多人并不了解这门学科。”
如果你从来没有了解过数学,如果你曾经讨厌数学,现在可以考虑给自己个机会,跟随作者回顾这门人类历史上最不可思议、最迷人的学科,发展至今的曲折历程,认识那些通过意外发现和奇思妙想而创造了历史的人。
《万物皆数》告诉我们数学的本质在于它的自由。我们只体会它在生活中的奇妙与优雅,不必去追求它晦涩的深奥原理,这样的数学何乐而不为呢?