從計數棒到十進位

2021-01-21 東方財富網

中國四大發明裡的造紙術、火藥、指南針,是經阿拉伯人傳入歐洲的?哥白尼寫作《天體運行論》時,也曾照搬阿拉伯科學家圖西《天文學回憶錄》中的相關重要章節?曾經,在長達700多年的時間裡,阿拉伯語是西方科學世界流行的語言……在《尋路者》中,作者以優雅的文筆記述了阿拉伯科學黃金時代產生的偉大人物及其成就,多角度深入分析了黃金時代產生的原因。

電影中經常會出現囚犯用「五桿門」計數法,在牢房的牆上刻出道道痕跡,以標記在獄中挨過的每一天的橋段。「五桿門」計數法用不斷重複的記號來記錄不斷更新的數字。它和其他形式的計數符號一樣,都是我們最古老的計算方式,可追溯至成千上萬年前。舊石器時代晚期(前4萬-前1萬年)的穴居人就首次把動物骨骼作為計算時的計數棒。現存最早的例子可能是距今3.5萬年、明確標記有29個凹痕的列彭波骨,這些狒狒的小塊肋骨發現於史瓦帝尼列彭波山上的邊界山洞裡。

即便在靈敏的數字系統發明之前,人們也有使用刻痕計數的需求——比如,牧人需要記錄羊群的數量。每隻外出吃草的羊穿過大門時,牧人就會在木棍上刻下一道凹痕。到黃昏時分羊群歸來時,他就會根據木棍上的刻痕檢查羊的數量,每進來一隻羊就把手指移至下一處刻痕。他用這種方式可以知道是否有羊丟失,而不必知道他的羊群中有多少只羊。計數棒在當時的用途就像今天計算對牧人的用途一樣,它能像數字一樣在人際間口口相傳,也可以通過書寫流傳下去。

簡單改進一下原始計數棒,就能顯著擴大其適用範圍。人們所需的只是另外一根計數棒,這可不只是倍增了我們可資利用的凹槽數量那麼簡單。其工作原理如下:其中一根棒子為標準棒,上面已刻有很多凹痕,比如20道,而另外一根為未刻痕的計數棒,上面畫了一條分割線,將計數棒區分為上半截和下半截。牧人在標準棒上順著凹槽移動手指數羊。他的手指很快就移動至標準棒的底部了,於是,他就在計數棒的下半截劃上一道凹痕,以表示數完了1個單位的20。然後,牧人又重新在標準棒上計數。每當手指摩挲至第20個凹痕後,他就在計數棒的下半截刻上一道。當標準棒記錄下最後一隻羊後,牧人便在計數棒的上半截刻下最後得出的不足20隻羊的凹痕數。現在,如果計數棒下半截上有4道凹痕,上半截有7道,則計得的數值為4×20+7=87。不過,他當然不必知道這個實際總數是多少,只要他能夠在羊群返回時,在兩根棍子上做好標記,逆向推進這個過程即可。

當然,標準棒上的凹痕數量是十分任意的,設定其為20也沒什麼特別的優勢。儘管如此,在計數棒上刻痕,設定單位數為20來數羊,本身就是古英語中「刻痕」一詞的起源。這種以20為基數的計數系統又稱二十進位計數法。現代法國的編號方式仍然部分地採用了二十進位:20便被用作從60-99之間數字的基本單位。法語中的80就是quatre-vingts,其字面意思為「4個20」,而soixante-quinze(字面意思為「60又15」)則表示75。此項慣例在法國大革命之後引入,目的是統一當時法國各地的多種計數系統。

其他計數系統的基數各有不同。基數為12的十二進位系統則是最早出現的計數系統之一。它被付諸使用可能是因為一年大約會出現12次月相周期(陰曆月),也可能因為數字12的倍數和因數都方便求得:12=2×2× 3=3×4=2×6, 60=12×5,360=12×30,依此類推。十二進位計數法在歐洲廣為使用,「一打」(dozen)一詞就來自古法語詞douzaine,意為「12個一組」。計數單位「羅」(gross)源自拉丁詞彙表示「龐大的」grossus,gross常用來表示數字144,意為「一大打」或者「12打」。

最終,人類手上的10個數字提供了十分便於理解和使用的計數標準,進而十進位系統被普遍採用。

(文章來源:山西晚報)

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