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希帕索斯,因為颠覆了他的老師畢達哥拉斯的理論,把他扔進了地中海...... - 科學史

作者:世界科學
希帕索斯,因為颠覆了他的老師畢達哥拉斯的理論,把他扔進了地中海...... - 科學史

一個國家或地區的經濟會經曆"經濟危機",甚至象牙塔的理論研究也可能陷入危機。本文是數學史上的第一次危機

(共三次危機)了解危機在促進科學發展中的作用。

第一次數學危機發生在古希臘。古希臘的泰勒斯(624 BC-546 B.C)被譽為第一位首次引入"證明"思想的數學家,為數學注入了理性的精神。(誰是世界頭号數學家?- 科學史)

古希臘的思想家追溯了萬物的起源,他們的思想是活躍的,不做作的,敢於提出新的觀念。出現了各種聰明而奇怪的想法,聽起來很有趣。正如泰勒斯認為"一切都是水",他的一個學生主張"一切都是氣體",另一個學生認為萬物都源于虛無主義和不确定的東西......

在泰勒斯活躍的米莉不遠處,有一個叫薩摩斯島的城邦,一個提倡"萬物皆算"的數學家,相信"數字"可以解釋世界上的一切。這是畢達哥拉斯(570年前 - 495年前)。

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畢達哥拉斯

他既是數學家,又是哲學家和音樂理論家。他癡迷于數字,幾乎崇拜,并相信所有的真理都可以通過比例,平方和直角三角形來反映和證明。除了将數學推向極緻之外,他的畢達哥拉斯學派還有一些令人難以置信的神秘主義。

例如,他們認為吃蠶豆是不道德的,因為死後,靈魂儲存在豆子中,據說畢達哥拉斯本人能夠與牲畜交談,以告訴他們不要吃它們。

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畢達哥拉斯

相隔50多年的畢達哥拉斯和泰勒斯遇到了泰勒斯,并受到他和米利杜學派的影響。

畢達哥拉斯用數學來研究音樂規律,并首次發現音高的音高是與琴弦的長度成比例産生的,頻率間隔比的簡單值形成了一個奇妙和諧的聲音。是以,畢達哥拉斯将他的數字理論與米利杜學派的宇宙學相結合,提出了宇宙無與倫比的"和諧"概念。他使用數學關系來表達語氣的品質,他認為這些品質也存在于視覺,角度,形狀中......所有比例都由完美的數字組成!太陽,月亮和行星都發出自己獨特的嗡嗡聲(軌道共振),地球上生命的特征反映了這些人耳看不見的物體的聲音。

畢達哥拉斯首先提出了地球是一個球體的概念,從一開始,希臘哲學就有一個數學傳統,對古希臘的哲學家産生了巨大的影響。

畢對黨數學的貢獻

比斯學派證明了畢達哥拉斯定理,這與許多其他文明的意義不同,它發現了許多蜱蟲。

分時數是符合分筆報價股票定理的三位一體數組,其數目是無限的。例如,(3,4,5),(5,12,13),(8,15,17),(7,24,25)...等等,都是鈎股的數量,中國古代的"勾三股四串五"就是一個典型的例子。在18世紀的巴比倫石闆上記錄了各種鈎子陣列.C,其中最大的是(12709,13500,18541)。

股票數量的發現,并不意味着發現滴答定理,更不用說股票定理的證明了。這個定理的證明始于畢達哥拉斯,後來被歐幾裡得給出了一個清晰而完整的證明。

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畢達哥拉斯定理

畢達哥拉斯學派還研究了正五邊形和正八邊形的映射,以獲得金分割的比率:(1:0.618)。

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黃金分割

除了證明定理等具體貢獻外,當時Bi學派最著名的數學思想是從原子理論的角度建構算術(整數)以上的幾何。根據畢達哥拉斯學派,所有數字都可以用整數和整數比率表示(即我們現在所說的"有理數")。

在那一年的古希臘,各種哲學和意識形态派别都站了起來,而且時間很長。畢達哥拉斯欣賞原子理論的思想,并将其用于數學,從原子的角度建構他的幾何程式。

原子理論認為,一切都被劃分為原子,而比斯學派認為幾何片段下落是"點"。有什麼意義?是一個幾何原子,與原子大小相同,即它的長度不為零。例如,設定 d 表示點的長度有三種可能性:d 為 0,d 為無窮大,d >0。

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比斯學派使用原子理論來解釋幾何段

對"點"的了解反映了當時數學連續體和離散學派的觀點之間的差異,根據連續統,段是無限分割的,最後的"點"是維的,大小是零,或者有人說"無限小"。但Bi學派認為:如果點為0,那麼,一個無尺寸的"點"怎麼能形成一個有次元的段呢?這是非中立和沖突的。如果點是無限的,那麼什麼是無限的?

它也不清楚,令人困惑,甚至更加神秘。是以,雙語學校采取離散的觀點,認為"分"有盡頭,最後一個"點"小而不為零。換句話說,對于Bi學校來說,這些部分就像珍珠項鍊,許多珠子串在一起。基于Bi的幾何形狀,任何兩個段都可以共分割(或共同,契約),因為它們由最小長度組成。也就是說,所有數字都可以表示為整數或整數比率。是以,世界與宇宙的美麗與和諧,都是基于整數的!

希帕索斯發現不合理的數字

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發現不合理的希帕索斯

誰知道好時光是否很長,畢達哥拉斯的學生Hippasos發現了√2,一個不能用整數或整數表示的數字(後來被稱為"不合理的數字")。

事實上,在Bi學派證明的滴答聲定理中很容易找到不合理的數字。邊長為 1 的正方形不能與邊的長度成對角線,并且長度記錄為 √2。在這種情況下還有很多很多:面積等于3,5,6、......正方形 17 的邊緣也與機關平方的邊緣不符。不合理數字的存在逐漸成為一個并不少見的事實。√ 2 和 1 不能互操作,可以通過以下反證證明:

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不合理數字的發現對Bi依賴整數的哲學是緻命的打擊。是以,據說到時候他們會嚴格保密,沉默,不想被忽視的Thepasos出來的時候!唉,别無他法,隻把他扔進海裡喂魚,就能掀起一點同一個視窗學生的怨恨。

但這隻是發現了一個無法優化的數字,有那麼嚴重嗎?情況确實相當嚴重,因為:如果有一個不可逾越的段,就沒有公共的計量機關,就不能把"點"作為長度的東西,畢氏的哲學流派"萬物(整數)數"立刻分崩離析,建立在和諧宇宙之上的奇妙整數也崩潰了!Bi學派證明的幾何命題,以及他們關于相似形狀的一般理論,僅限于可以通過的數量。人們自然會想知道:數學作為一門精确的科學還有可能嗎?宇宙的和諧存在嗎?

是以,不合理數字的發現引發了第一次數學危機。

奇諾悖論的影響極限的概念

不久之後,居住在另一個古希臘城邦埃利亞的芝諾夫·埃利亞(Zenoof Elea,公元前490年-公元前430年.C)提出了一些奇怪的、看似不清楚的"悖論",加深了危機感和對更美好和諧世界的關注。

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齊諾

齊諾是著名哲學家巴門尼德的學生,巴門尼德以提出關于運動的四個悖論而聞名。阿喀琉斯悖論與數學中的極限理論密切相關,并在這裡強調。

阿喀琉斯是古希臘神話中一位優秀的奔跑英雄,第一位希臘戰士,假設他跑得比快十倍:例如,阿喀琉斯 10 米 / 秒, 1 米 / 秒。

出發時,海龜在前面100米處。

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阿喀琉斯追趕

常識,阿喀琉斯很快就會趕上并超越。

齊諾說:他永遠也追不上了!

為什麼?奇諾珍真有句話:一開始,領先 100 米 ;當他跑到 100 米到的起始位置時,已經向前爬了 10 米,領先了 10 米。然後下一步,将領先 1 米 ;接下來,前方0.1米;然後繼續:0.01米,0.001米,0.0001米...無論這個數字變得多麼小,總是領先于它的時代!

以我們現代的數學知識,一個簡單的代數計算就足以反駁齊諾的謬誤。

假設在某一時刻 x 秒後,阿喀琉斯趕上(下圖),列出 x 滿足的方程并求解 x 加( 100 / 9 )。也就是說,在 11 秒和 1 / 9 秒之後,阿喀琉斯趕上了!

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阿喀琉斯悖論的答案

結果,今天大多數人會認為 Zino 是老練的,因為他說前面有一系列數字: 1 米、 0 . 1 米、 0 . 01 米、 0 . 001 米、 . . . . . . , 看似無窮無盡,但一切都在( 100 / 9 )秒内,不是永遠!

當我們說"無限"時,有兩種含義:一種是無限除法,另一種是無限延伸。無限的時間不等于無限的時間!收斂數之和是有限的。時間的流逝是無限的。Zino顯然混淆了兩者,或者偷走了這個概念。是以,從現代的角度來看,他确實是在"胡言亂語"。

但是,我們需要從曆史的角度來分析這個問題。那是兩千多年前的事了,沒有一個完美的極限概念,也許也不知道"趨同"這個詞,而"趨同"這個詞是我們得出結論的基礎。阿基米德(公元前287年-公元前212年)後來(約200年)詳細研究了這個悖論。他把每次追逐的距離加起來,計算出阿喀琉斯和跑了多遠,把問題歸結為無限階求和的問題,證明雖然距離可以無限分割,但整個追逐過程的長度是有限的。是以,齊諾先生的說法不僅僅是一個胡言亂語。

奇諾悖論的含義

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極端思想的萌芽

"一英尺半天,取之不盡用之不竭"是中國惠石(公元前370年 - 310年前)的短語。這意味着一根一英尺長的杆子,半天,10,000年都不能被切割。杆越來越短,長度變零,但永遠不會等于零,這是"事物無限分割,但不是窮盡"的極端思想的萌芽。

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不同的極端觀點

前面提到的比施學派用原子理論诠釋了幾何的數學觀點,代表了古希臘的極端觀點。

自芝諾時代以來已經過去了2400多年,但關于Zino的争論還沒有結束。Zino揭示了密集連續性,無限可伸縮和有限長度,連續和離散以及确實無限勢之間的關系。它引起了人們對這些關系的關注和研究。

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無限和潛力

的确,無限極限作為一個數學實體,潛在極限是一個無限接近的過程。在古代,畢氏學派代表了"實無窮大"的極端觀點,惠石的論點是"無限"觀點。

是以,在希臘數學發展的關鍵時刻,齊諾也做出了有意義的貢獻。

第一次數學危機被解決

第一次數學危機被柏拉圖的門徒Eudoxusof Cnidus(公元前408年-公元前355年)創造的新比例主義所克服(公元前429年 - 公元前347年.C)。

O'Doxos也屬于Biss學校,是畢達哥拉斯(428-347年前)弟子Archytas的學生。是以,第一次數學危機可以說是"鈴聲也需要響人"的解決方案;也可以說,發現不合理的數字,那是雙族學派最大的災難,其實也是雙子派最大的成就。

O'Doxos處理不可操作性的方法出現在《幾何原作》第5卷的歐幾裡得(325-265年前)中,這與迪德金1872年繪畫的不合理現代解釋大緻一緻。他給出的比例定義與所涉及的數量是否公平無關,是以允許存在不合理的數字。

從曆史發展的角度認識科學危機

第一次數學危機挑戰了整數的地位,古希臘的數學基礎發生了根本性的變化:在第一次數學危機之前,古希臘的數學是基于數字的;

危機的解決也促進了數學及其相關學科的發展。同時,第一次數學危機也表明,直覺和經驗不一定可靠,推理被證明是可信的。從那時起,希臘人開始建立幾何公理系統,直到後來的歐幾裡得。是以,公理的概念是數學思想的革命,是第一次數學危機的自然産物。

由此産生的歐幾裡得幾何學對數學天文學的發展具有重要意義。既然宇宙是幾何的,宇宙的規律就是幾何定律,是以對宇宙的研究離不開幾何學和幾何學理論。

是以,第一次數學危機是科學發展全過程的重要事件,它推動了科學的發展。

結束

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