簡單且美: 走進(jìn)數(shù)學(xué)赠群,發(fā)現(xiàn)它顛覆你認(rèn)知的另一面

如果評選最討厭的課程,相信數(shù)學(xué)一定會榮登榜首旱幼。

在很多人的印象中查描,數(shù)學(xué)不僅如迷霧一般,高深莫測柏卤,而且枯燥乏味冬三,讓人提不起半點興趣。

個人認(rèn)為缘缚,造成這種現(xiàn)象的主要原因在于勾笆,我們的數(shù)學(xué)不是語文老師教的。

但凡數(shù)學(xué)老師能夠在教授單調(diào)的加減乘除運算之余桥滨,講講數(shù)學(xué)背后的故事窝爪,比如足球上為什么會有12個五邊形?“圣十結(jié)構(gòu)”和“德魯伊之繩”是什么齐媒?阿爾法狗從“人機(jī)圍棋大賽”中勝出蒲每,依靠的是什么策略?……相信現(xiàn)在討厭數(shù)學(xué)的大多數(shù)人喻括,一定會變得愛上數(shù)學(xué)的邀杏。

Photo by Dawid Ma?ecki on Unsplash

幸運的是,世界上搞數(shù)學(xué)的人唬血,并不全都個性內(nèi)斂望蜡,不善言辭唤崭。比如說法國的年輕數(shù)學(xué)家米卡埃爾·洛奈。

米卡埃爾·洛奈是一位概率學(xué)博士脖律,他的導(dǎo)師是女性數(shù)學(xué)家弗拉達(dá)·里米克浩姥,其師門往上可以追溯到16世紀(jì)的意大利數(shù)學(xué)家塔爾塔利亞。這是個龐大的數(shù)學(xué)家族状您,伽利略勒叠、牛頓等耳聞能詳?shù)拿侄嘉涣衅渲小?/p>

米卡埃爾·洛奈致力于數(shù)學(xué)的普及和推廣。他最愛擠身于自由集市膏孟,夾雜在賣手機(jī)配件和繪制紋身的小攤之中眯分,偽裝成魔術(shù)表演,然后欣賞觀眾們在玩得正high的時候柒桑,被告知他們玩的其實是數(shù)學(xué)游戲時瞠目結(jié)舌弊决,難以置信的表情。

《萬物皆數(shù):從史前時期到人工智能魁淳,跨越千年的數(shù)學(xué)之旅》這本書延續(xù)了米卡埃爾·洛奈的一貫風(fēng)格飘诗。他以獨特的視角,詼諧的語言界逛,把最不討人喜歡的數(shù)學(xué)和歷史昆稿,講述的精彩紛呈,讓人欲罷不能息拜。

網(wǎng)上流傳著這樣一段話:所有在我出生之前發(fā)明出來的東西都是理所當(dāng)然的胁黑;所有在我15–35歲之間發(fā)明的東西注定是要改變世界的集嵌;所有在我35歲之后的發(fā)明都是反人類的药蜻。

根據(jù)這一理論乍炉,很顯然,無論是數(shù)字123還是加減乘除四則運算赞别,在我們的眼中畏陕,都是理所當(dāng)然的事情。然而仿滔,世界上根本不存在什么理所當(dāng)然惠毁。無論是數(shù)字符號,還是幾何代數(shù)堤撵,都經(jīng)歷了人類幾千年的探索發(fā)現(xiàn)仁讨,才成為了今天的樣子羽莺。

《萬物皆數(shù)》為我們介紹了冷冰冰的數(shù)字和運算符號是如何出現(xiàn)的实昨?幾何、代數(shù)盐固、微積分又經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程荒给?我們熟悉的定理丈挟、悖論、公式的背后又隱藏著哪些故事……所有這些志电,都是我們不熟悉也不了解的數(shù)學(xué)的另一面曙咽。

數(shù)羊與數(shù)字

當(dāng)失眠的時候,大部分人都會選擇數(shù)羊挑辆。只是例朱,當(dāng)你數(shù)“一只羊、兩只羊鱼蝉、三只羊……”的時候洒嗤,你是否知道,123這些數(shù)字出現(xiàn)魁亦,其實和數(shù)羊有著莫大的淵源渔隶?

或許有人會覺得,數(shù)字是伴隨著人類語言文字的發(fā)明而出現(xiàn)的洁奈。但是间唉,如果你知道,今日亞馬遜叢林中的原住民利术,比如皮拉罕人的語言中只有1和2兩個數(shù)字的話呈野,你就不會抱有這種想法了。

得益于美索不達(dá)米亞平原上豐富的考古發(fā)現(xiàn)印叁,我們可以穿過時空际跪,了解到5000多年前,數(shù)字是如何一步步進(jìn)入到人類思維中的喉钢。

那時的美索不達(dá)米亞已經(jīng)出現(xiàn)了高度發(fā)展的文明姆打。那里城市林立,商業(yè)發(fā)達(dá)肠虽,其中他們的畜牧業(yè)幔戏,尤其是養(yǎng)羊業(yè),極其繁榮税课。

因為羊群過于龐大闲延,每年羊群的主人都會將自己的羊交給專業(yè)的放羊人去放牧。而在這個過程中韩玩,有一個重要的問題需要解決垒玲,那就是: 如何保證放出去和收回來的羊的數(shù)量是一致的?

為此找颓,美索不達(dá)米亞人發(fā)明了一系列獨特的符號合愈,并將其刻畫在黏土板上,用來記錄羊群的數(shù)量。

那么佛析,這些符號的出現(xiàn)益老,是不是就標(biāo)志著數(shù)字的發(fā)明呢?答案是否定的寸莫。

想象一下捺萌,當(dāng)我們記錄8只羊和8頭牛的時候,兩者之間必然會出現(xiàn)一個共同的數(shù)字8膘茎。也就是說桃纯,寫完了8只羊之后,只需要把羊換成牛就行了披坏。

但是慈参,在這一時期,美索不達(dá)米亞人記錄8只羊和8頭牛的符號是完全不同的刮萌。也就是說驮配,當(dāng)時的人們并沒有把數(shù)字從牛羊這些實物中抽象出來。

后來着茸,在重復(fù)經(jīng)歷了億萬次數(shù)羊的活動之后壮锻,美索不達(dá)米亞人突然靈光一現(xiàn),他們開始把數(shù)字與實物進(jìn)行分離涮阔。具體證據(jù)就是猜绣,在后期的黏土板上,8只羊和8頭牛的書寫習(xí)慣和我們現(xiàn)代人是一樣的敬特。也就是先寫一個數(shù)字8掰邢,然后再畫上牛或羊的符號伟阔。

雖然辣之,我們無法知道那靈光一現(xiàn)出現(xiàn)的具體時間,但毋庸置疑的是皱炉,這一刻是一個偉大的時刻:數(shù)字出現(xiàn)在了人類的生活中怀估,并推動人類文明邁向一個又一個新的高度。

圓形之城

初入小學(xué)的時候合搅,數(shù)學(xué)老師首先會教我們1234這些阿拉伯?dāng)?shù)字多搀。而我現(xiàn)在依然能記得,當(dāng)時數(shù)學(xué)老師還這樣說到:雖然阿拉伯?dāng)?shù)字叫阿拉伯?dāng)?shù)字灾部,但是它并不是阿拉伯人發(fā)明的康铭。

那么,阿拉伯?dāng)?shù)字究竟是誰發(fā)明的呢赌髓?答案是印度人从藤。

說實話催跪,我一直很奇怪為什么印度人會在IT領(lǐng)域人才輩出?這完全有違于我對印度一貫的印象呛哟,也就是落后。

但是匿沛,在了解了印度的數(shù)學(xué)史之后扫责,我釋然了。畢竟逃呼,在上千年前鳖孤,印度人已經(jīng)發(fā)展出了先進(jìn)的數(shù)學(xué)。比如抡笼,生活在7世紀(jì)的婆羅摩笈多苏揣,他是歷史上第一個對負(fù)數(shù)進(jìn)行完整數(shù)學(xué)描述的人。對推姻!就是那個很多現(xiàn)代人都搞不明白的負(fù)數(shù)平匈。

但是,在印度人的傳統(tǒng)中藏古,他們更注重于對知識的口口相傳增炭。于是,印度人發(fā)明的阿拉伯?dāng)?shù)字的傳播重任拧晕,就落到了阿拉伯人身上隙姿。

Photo by Jerry Kiesewetter on Unsplash

雖然阿拉伯?dāng)?shù)字不是阿拉伯阿拉伯人發(fā)明的,但是阿拉伯?dāng)?shù)字這個名字厂捞,卻從側(cè)面反映了阿拉伯人的數(shù)學(xué)成就输玷。

在美索不達(dá)米亞人通過數(shù)羊了解了數(shù)字之后的3500年,阿拉伯帝國開始從這片土地上走向崛起靡馁。之后欲鹏,一座聞名世界的城市被哈里發(fā)阿布·曼蘇爾下令建造。

不同于中國古代四方方的城市臭墨,這座城市的城墻由兩個標(biāo)準(zhǔn)的同心圓構(gòu)成貌虾。在當(dāng)時,它被稱作“光明之城”裙犹、“世界的首都”尽狠。當(dāng)然,或許你更熟悉它的另一個名字:巴格達(dá)叶圃。

這座圓形之城袄膏,不僅擁有藏書豐富的圖書館,還有集合了世界各地頂級學(xué)者的智慧之家掺冠。這些都代表著阿拉伯帝國領(lǐng)先世界的文化和科學(xué)沉馆,而數(shù)學(xué)家花拉子米便是這一時期的代表人物码党。

花拉子米在代數(shù)方程式方面作出了突出的成就,而拉丁文中的代數(shù)一詞斥黑,便是由花拉子米的阿拉伯語著作名稱變形而來揖盘。

此外,花拉子米的著作《印度數(shù)字算術(shù)》促進(jìn)了阿拉伯?dāng)?shù)字的傳播锌奴。到了文藝復(fù)興時期兽狭,伴隨著阿拉伯王國大量書籍流入意大利,阿拉伯?dāng)?shù)字走出了圓形之城鹿蜀,開啟了稱霸世界的征程箕慧。

測量世界

對地球的測量,古已有之茴恰。

古埃及人會利用繩索來丈量土地颠焦,以此計算在尼羅河泛濫時期,將波及到的區(qū)域往枣。

在古希臘時期伐庭,還有這樣一個職業(yè),皇家測量員分冈。當(dāng)公元前4世紀(jì)似忧,亞歷山大大帝南征北戰(zhàn)的時候,就會隨軍攜帶幾名皇家測量員丈秩。西至埃及盯捌,東到印度,這些皇家測量員蘑秽,用一種難以置信的工具饺著,幫助亞歷山大大帝繪制他的版圖。

他們的這種獨特工具便是自己的雙腳肠牲。在現(xiàn)代人看來幼衰,這種方法是如此的不靠譜。但是缀雳,皇家測量員絕對無愧于皇家二字渡嚣,他們的測量結(jié)果與實際數(shù)據(jù)間的誤差不到5%。

200年后肥印,古希臘學(xué)者埃拉托斯特尼又搞了一次大的识椰,他要測量地球的周長。首先深碱,他分別測算了兩座城市的陽光的傾斜角度腹鹉。然后推論出,地球的周長是這兩座城市之間的距離的50倍敷硅。

那么功咒,要如何測量出相距甚遠(yuǎn)的兩座城市的距離呢愉阎?于是,皇家測量員又一次登場了力奋。不過榜旦,這次他們計算的不是自己的腳步,而是一種動物景殷,即以步伐穩(wěn)健而聞名的駱駝溅呢。

最終,在駱駝的幫助下滨彻,埃拉托斯特尼計算出地球的周長是39375千米藕届,與真實周長40008的誤差僅有2%挪蹭!

如果不借助于現(xiàn)代科技手段亭饵,即使是現(xiàn)代人,也很少能夠做到如此準(zhǔn)確梁厉。但令人驚訝的是辜羊,2000年前的希臘人卻已經(jīng)做到了。

到了近代词顾,數(shù)學(xué)經(jīng)歷了十幾個世紀(jì)的發(fā)展八秃,尤其是阿拉伯學(xué)者在三角函數(shù)方面的突出貢獻(xiàn),歐洲人開始利用三角測量法對世界進(jìn)行詳細(xì)的測繪肉盹。

這張圖就是18世紀(jì)法國科學(xué)世家卡西尼家族繪制的法國地圖昔驱。

隨著科技的發(fā)展,三角函數(shù)等數(shù)學(xué)發(fā)明并沒有從測量世界的領(lǐng)域退出上忍,只是它們存在的更加隱秘了骤肛,比如說在汽車的GPS系統(tǒng)中。此外窍蓝,它們甚至還在三維動畫領(lǐng)域開辟了新的領(lǐng)地腋颠。

米卡埃爾·洛奈在《萬物皆數(shù)》中說到:每一個問題的解答又催生了10個新問題∠朋希或許在我們普通人的眼中淑玫,數(shù)學(xué)已經(jīng)是一門高度發(fā)展的學(xué)科,但在米卡埃爾·洛奈眼中面睛,數(shù)學(xué)領(lǐng)域仍然存在著眾多的未解之謎絮蒿,等待著我們?nèi)テ谱g。

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