這個數學家因發現「根號2」而獻出了寶貴生命,數學史也因此改寫

2020-12-19 數學真美

個人的力量是有限的,但是在人類歷史上,有這麼一個數學家,因發現「根號2」,而改寫了整部數學史,也因此付出了生命的代價,他就是希帕索斯。這到底是怎樣一個悲壯的故事呢?

一說到整部人類的「數學發展史」,「古希臘數學」註定是一個無法分割的重要組成部分。早在泰勒斯時期,古希臘人就開始擺脫「神學」的羈絆,開始對「大自然」進行理性思考。他們對「數學」的追求源於他們對「自然」的探索,在那個遙遠的古代,他們就已經深深地懂得了「數學」就是了解宇宙的鑰匙。然而,古希臘數學的真正輝煌時期,是從「第一次數學危機」之後開始的。從那以後,古希臘的數學開始踏上了與世界數學完全不同的發展道路。

自從泰勒斯主張從「大自然」中尋找規律來解決實際問題之後,第一次將「科學」從「神學」中分離出來。到了他的學生畢達哥拉斯時代,「整數」的至高地位取代了「神」的地位,並宣稱宇宙萬物就是由「數」來統治的,提出了「萬物皆數(有理數)」的理論。

在畢達哥拉斯學派的影響下,當時的人們都普遍認為在一條「直線」上所有的點都是「整數」,因而「整數」是「連續」的,除了「整數」,不會再存在其它的「數」,同時也認為,描述整個宇宙,用「整數」就已經足夠了。

然而,因一次偶然的機會,畢達哥拉斯的學生希帕索斯發現了一個令人驚訝的事實:邊長為1的正方形的「對角線」無法用現有的「有理數」表示。也就是說,正方形的邊長與其對角線是「不可公度」的,這條對角線的長必須用一種新的「數」來表示,這個數就是無理數「根號2」。

這一發現對於「畢達哥拉斯學派」的打擊是致命的,因為該學派的理論基礎就是「任何兩個量都是可公度的」。很顯然,新發現的「無理數」與原有的「有理數」在學派內部形成了對立,威脅到了學派地位的權威性。因而畢達哥拉斯嚴厲禁止希帕索斯將這個消息傳播出去,不然會受到嚴厲的處罰。

然而,堅持真理的希帕索斯最終還是將他發現「根號2」的消息發布了出去,一石激起千層浪,整個學術界沸騰了,「畢達哥拉斯學派」的權威地位遭到了前所未有的衝擊,羞惱成怒的畢達哥拉斯派人將希帕索斯投進大海淹死。

希帕索斯犧牲了,但是人們關於「有理數」與「無理數」的論戰才剛剛開始。希帕索斯所發現的「無理數」,揭示出了「有理數系」還不夠完善的事實,人們已經清楚地認識到,「全體有理數」並不等同於「直線」,全體「有理數」的點並沒有布滿整條「數軸」,在「數軸上」還存在著無數個不能用有理數表示的「間隔」。

不過,雖然「無理數」的存在已然是不爭的事實,但是「無理數」並不受人們的歡迎。人們對這種會產生「無窮不循環小數」的「無理數」充滿了神秘和恐懼感,在很長的一段時間裡,當人們涉及到「無理數」時,普遍的態度是採用「幾何法」來取代以迴避它。因而,古希臘數學的發展從一個極端走向了另外一個極端,人們普遍認為,雖然「數」可以由「幾何量」來表示,但是「幾何量」卻並不能完全由「整數」及其「比」來表示。因而「幾何學」逐漸取代了「算術」在人們心中的統治地位。

從那以後,古希臘人開始從「不證自明」的「公理」出發,經過一系列的「邏輯推理」,由此建立起完整的「幾何學體系」,在這樣的背景之下,史詩級巨作《幾何原本》橫空出世,具有完整體系的「公理幾何」學和「邏輯學」得到了空前的發展,使得古希臘數學走上了一條與世界數學截然不同的道路,輝煌的人類古代文明也從此拉開了序幕。

在第一次數學危機之前,包括古希臘數學在內,在很長的一段時間裡,主張的都是「算」,都是從「實際」問題入手,靠著直觀感覺和以往經驗得出結論,再應用到「實際問題」中去,注重的是實用數學。包括埃及、巴比倫、印度以及中國在內的很多國家並沒有經歷過類似的「數學危機」,因而仍繼續走著以「計算」和「應用」為主的道路。

不過,古希臘因擯棄了「計算」而側重「幾何」的發展,他們首先發現「無理數」卻放棄了對「無理數」本身的研究,使「算術」和「代數」在很長的一段時間裡發展緩慢。這種畸形發展的局面在「第一次數學危機」之後的歐洲持續了2000多年,直到1872年,德國數學家戴德金從「連續性」的要求出發,用「有理數」的「分割」來定義「無理數」,並把「實數理論」建立在「嚴格」的科學基礎上,這才真正地徹底地結束了「無理數」被認為「沒有道理」而不受歡迎的時代。

綜上所述,從客觀上來說,畢達哥拉斯學派的建立之初所提出的「萬物皆數」理論,對於擺脫「神學」的羈絆來說,其意義非常重大,影響也非常深遠。以至於我們今天見到的以「演繹系統」為核心的「純粹數學」,就是來自於遙遠古希臘的「畢達哥拉斯學派」。

不幸的是,「畢達哥拉斯學派」發展到後期,成了「數學」繼續向前發展的絆腳石。在整部數學史上,有很多這樣的絆腳石,無數的數學家前僕後繼,為了掃清通往真理之路的重重障礙,有的付出了畢生精力,而有的人獻出了自己寶貴的生命。

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