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数学大师--从芝诺到庞加莱

2010-10-07 20:56阅读:
在新宿舍住了几个月才知道楼下原来有个图书馆,总算抽时间去了一趟。不到半个小时即扫描一遍,倒也淘到两本好书,其中之一便是这本了。 直到最近才想看看关于思想史或者科学史之类的书。说来这种书也算是相当的科普了,可是以前竟然无从涉猎,可见是多么的后知后觉。这本书稍一翻,看到那一个个牛B的名字,就知道正是我所想要的。牛顿,拉格朗日,拉普拉斯,这都是多么如雷贯耳的名字,只可惜现在对我来说也仅仅是贯耳而已。想当初上高数那会怎么就没去深入体会这帮人的NB之处呢?
这本书成书于上世纪二三十年代,可是中译本直到2004年才出现。据说英文原本是译者的父亲在上世纪40年代就有的,后来斗转星移历经沧桑世事竟然还未散失,译者遂决定译出。可是不得不说,译文略显生硬。全书主要讲述了从古希腊到19世纪末的30多位数学家的生平事迹及主要贡献。美中不足的是对其数学思想阐述不够。
希望能以此为契机,将这些历史上最天才的头脑的思想略微瞻仰一番。
1. 芝诺(约BC495~BC435)
提到芝诺不得不替他的“芝诺悖论”:
  • 二分法悖论。 运动是不可能的,因为运动的物体在到达目的地之前必须先到达1/2点,在到达1/2之前必须先到达1/4点,如此下去没有穷尽,因此运动甚至不可能开始。
  • 阿基里斯悖论。奔跑着的阿基里斯不可能超过在他前面的慢爬的乌龟,因为他必须首先到达乌龟的出发点,而在他到达该出发点时,乌龟又向前爬了。所以乌龟仍在他前面。
  • 飞矢不动。箭在其飞行过程中的任何瞬间都有一个暂时的位置,它在这个位置上和不动没有什么区别。而时间由瞬刻组成,由于在每一个瞬刻都不动,所以在改时间段内也不动。
  • 运动场悖论。
这四个简单的悖论将当时一些自鸣得意的哲学家们震惊得不知所措。前两个悖论“表明”无限连续是不可能的,后两个悖论表明离散同样是不可能的。全部四个悖论构成了一道铜墙铁壁,阻挡了一切进步的可能。
关于芝诺悖论,我想起了量子力学之父波尔对量子力学的评价“如果你不对它感到叹为观止,那么你多半是还没有弄懂它”。的确
对于很多悖论和巧辩,人们一再认为得到了最终的解决,但它们在相隔一两代后又再度出现,改头换面,但还保持原来的内容。
据说古希腊犬儒学派代表人物狄奥根尼曾经在同他的学生讨论这个问题时,通过在屋子里走来走去来反驳芝诺。这多半是个笑谈。因为这种运动只是“经验”性的,而芝诺质疑的是作为逻辑理性存在的运动是否合理。
在初等数学中就有简单的追及问题,我们都知道追及时间=追及路程/速度差。但是这里忽略了一个前提,即我们已经假设A能够追到B,然后才能用数学算出追及时间。
同样,在以微积分为基础的高等数学中,我们可以证明无穷个无穷小之和等于确定值,以及其他的关于无穷级数求和的问题。比如在追击问题中我们可以很顺利地导出无穷个追及距离只和在数学上能够等于一个有限确定值,所以在有限的时间内追上这个距离是合理的。但是这样就真的解决了悖论吗?从悖论可以激发对有关无限和连续的深思,以及基于此的数学分析的建立。但是反过来呢?仅仅靠这种数学分析能解决悖论吗?
如果我们想通过纯数学的方法从逻辑上来证明运动的可能或着不可能,可行吗?
比如对于时间,我们很容易想到用实数集来代表。如果这样的话,按照芝诺的思路,从时刻0到时刻1也将“寸步难行”,但是很显然,时间具有流动性。所以这又带来一个问题——“时间是什么”?只有当我们真正思考这个问题时,我们才会发觉事情并不是那么的理所当然。
可是,如果换一个角度,即假设运动是第一性的,然后再来利用数学工具解决运动的结果,似乎就可以自圆其说了。从这一点上来说,马哲所强调的“运动是绝对的”恐怕是不无道理的。至于为什么运动是绝对的,马哲似乎也没有有力的逻辑说明,那就只能归于信仰了——这对马哲来说可能有点讽刺。


2. 毕达哥拉斯(BC579? ~ BC500?)
“十分之一是天才,十分之九是纯粹的呓语者”;
发现勾股定理;
将证明引入数学。证明必须由假设开始。在发展几何时首先制定“公理”(或称“公设”),然后再以此为基础推理演绎;
发现普通有理整数的不足。在此之前,认为“一切皆数”。另说,当他的学生透露无理数的存在时,他将其处死。
3. 欧多克斯(Eudoxus BC408? ~ BC355?)
创立了比例理论。将“量”和“数”区分开来。前者表示现代意义上的连续量,而后者表示离散量,仅限有理数。
4. 阿基米德(BC287 ~ BC212)
阿基米德,牛顿和高斯被认为是史上最NB的三位数学家;
他出身贵族,父亲是天文学家。生于西西里的叙拉古。
创立了流体静力学;
发现了杠杆原理;“给我一个支点,我就可以撬动地球”;
发明了求曲面面积和体积的方法;
给出了计算π的方法,并确定了其值在22/3和223/71之间;
发明了一种能记任意大数的计数系统;
在此之前,柏拉图给几何强加了很多束缚,如只能用直尺和圆规作图。由此产生了“古代三大问题”:三等分一个角,作一个正方体使其体积等于另一个的两倍,作一个正方形使其与给定圆等面积;这些问题都不可能只用尺规解决;
用非尺规作出的图被称为“机械的”,而这种图被柏拉图等哲学家认为是低劣的,在严格的几何中是因该被禁止的;直到笛卡尔发表了他的解析几何,几何学才从柏拉图的束缚中解脱出来;
他在求曲面面积和体积时所采用的“逼近法”即是现代微积分理论的萌芽;

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