专题路线 · 12个精选节点

数学发展史

按日期阅读这十二个节点,每到一站都问:它在处理什么问题,又怎样说明方法可行?泥板、抄本、注释和公开论文保留着不同类型的证据。现代的“数学”分类帮助我们整理这些材料,也需要让位于当时的用途、表达方式和问题。

从留下的材料,辨认计算与论证

先把巴比伦泥板和莱因德纸草放在一起看。前者保存成组的数,后者通过题目安排分数与测量的计算步骤;这些材料让我们看到数字如何被记录和组织。今天可以用直角三角形关系分析泥板数值,但材料的用途仍有不同解释。纸草又是承接较早材料的抄本,因此现存物件的年代和方法首次出现的时间需要分开。

再把《几何原本》和刘徽注并读:一种以定义、假设和命题编排证明,一种在注释中解释既有算法的理由。比较应落到具体的论证,不能用“实用”或“理论”给整个传统排高低。《阿耶波多历算书》把数学放进数理天文学,婆罗摩笈多讨论运算规则,花拉子米用文字和几何组织方程解法。它们各自的文本形式与用途,也影响了知识如何被解释、修正和传授。

看表达工具如何变化,也看问题怎样分开

读到笛卡尔和莱布尼茨时,可以追问:曲线能否用方程研究,切线与极值问题能否共用一套运算规则?新的表达方式让不同题目建立联系,但不能把今天完整的坐标教学或严格的极限基础一并放回当年的出版物。费马和牛顿的独立研究也提醒我们,单篇著作的发表年份只是可核对的节点,并不囊括所有贡献。

最后三个节点提出不同层次的问题:罗巴切夫斯基改变平行公设,康托尔比较无穷集合的可列举性,哥德尔考察满足特定条件的形式系统能证明什么。阅读时应保留这些区别。非欧几何不能简化成“欧几里得错了”,1874年的论文不能配上1891年的对角线论证,不完备性也不能直接推广成所有数学或人类知识都不可靠。日期顺序帮助比较问题,并不证明这些工作构成一条直接的因果链。

这条路线的时间轴

  1. 约公元前1800年

    巴比伦泥板留下直角三角形的数表

    从泥板实际保存的数表出发,区分现代读法与古代用途。这里的直角三角形关系值得观察,关于用途与证明的判断则要保留证据边界。

  2. 约公元前1550年

    莱因德纸草把分数与测量写成习题

    把数表和习题文本比较,看看分数与测量如何被编排成可学习的步骤。注意约公元前1550年是现存抄本的断代,不是所有方法的起点。

  3. 约公元前300年

    《几何原本》把数学组织成证明的链条

    观察定义与基本假设如何支撑后续命题,再把这种编排与刘徽注释中的解释方法比较。后面读非欧几何时,可以回来重看“假设”承担什么作用。

  4. 263年

    刘徽为《九章算术》追问算法为什么成立

    追问一个算法为何成立,看看注释如何把计算步骤和数学理由接起来。263年定位刘徽作注,不能当成《九章算术》整部书的诞生年份。

  5. 499年

    《阿耶波多历算书》让数表服务于天文学

    留意数学在天文学著作中的用途,以及简练诗节为何需要注释者展开。它与刘徽的节点可以共同帮助理解:承载知识的文本形式也值得研究。

  6. 628年

    婆罗摩笈多把零纳入运算规则

    区分零作为空位记号与零进入运算规则这两个问题。读到除零的处理时,保留它与今日数学的差别,避免把628年写成现代数系一次完成。

  7. 约830年

    花拉子米把方程解法编成代数学

    在尚无今日字母代数符号的文字中辨认方程类型、解法和几何理由。再读笛卡尔时,可以比较同样关联代数与几何的不同表达方式。

  8. 1637年(著作出版)

    《几何学》让曲线与方程相互表达

    把注意力放在曲线与方程的相互表达,比较它与前面的文字解法。1637年锚定出版,相关方法也有费马的独立研究,书中的形式还不同于今日的坐标课本。

  9. 1684年(微分论文发表)

    莱布尼茨发表便于推广的微分算法

    看微分符号和规则如何把切线、极值等问题接成可重复使用的方法。1684年指论文发表;牛顿的独立研究与后来逐步完善的基础,同样属于阅读背景。

  10. 1829—1830年(论文连载)

    罗巴切夫斯基探索另一种平行线几何

    回到《几何原本》的平行公设,比较改变假设会带来什么推论。1829—1830年锚定论文连载,早期报告和后来的模型应分别理解。

  11. 1874年(论文发表)

    康托尔证明无穷集合可以有不同大小

    比较“能逐一列举”与“不能如此列完”,把无穷集合大小的问题说清楚。这里阅读的是1874年的结果,常见的对角线论证属于后来工作。

  12. 1931年(不完备性论文发表)

    哥德尔划出形式证明的能力边界

    用这个节点检验自己是否分清了公理、形式证明和系统的适用条件。结论针对满足相应条件、足以表达算术的形式系统,不是对全部数学可靠性的否定。

带着问题继续读

怎样比较一张数表、一个算法和一段证明?

先选一个具体结论,再问材料提供了哪些支持:列举数值、给出可执行规则,还是从条件推导结论?泥板上的成组数值不能自动充当一般命题的证明;刘徽的注释又说明,算法文本也可以解释方法为什么成立。比较材料中的理由,比给整个文化贴上“只会计算”或“只重证明”的标签更有用。

哥德尔的1931年结果究竟限制什么?

它讨论可有效公理化、包含足够算术内容并满足相应一致性条件的形式系统。条目分别说明系统内部的不可判定命题与自证一致性的限制。读者需要保留这些条件,不能据此认定每个数学问题都无解,或任何人类知识和机器都服从一个不加区分的结论。

沿着专题读科学史

有想法,告诉我们