√2竟然引发了一场大危机?

在早期,数与形,是人类认识世界的基础,数的代表——整数,形的代表——几何,就是人类理性世界里的两个关键因子。

当时的人们认为,整数及整数之比就已经可以代表数轴上所有的数了,数的发现工作已经完备,大厦已经建立起来了。

直到有一天,√2被发现了,然后引发了一场巨大的危机。

这本应是代表科学进步的一次发现,为什么会导致一场巨大的危机呢?


1.

大约在公元前500年的时候,古希腊的天才数学家毕达哥拉斯创建了一个属于自己的学派——毕达哥拉斯学派。该学派研究算术、音乐等内容,追求宇宙的和谐统一规律,并且取得了一定的功绩。

毕达哥拉斯学派是一个唯心学派,他们对(整)数有着近乎痴迷的信仰,他们认为,“万物皆数,一切数均可以表示成为整数或两个整数之比”。利用整数和整数之比,就可以表示出直线上所有的点,而整数和分数,对于实际量度已经足够了。

他们对(整)数的信仰据说来源于毕达哥拉斯的一次偶然的经历。

一天,毕达哥拉斯发现音乐中音调的和谐完全由整数之比来决定,看似毫无关系的事物居然通过整数连接在了一起!这让毕达哥拉斯大为震惊,并由此断言万物皆可归结于整数或整数之比。

与此同时,数学史上最伟大的定理之一——毕达哥拉斯定理被他们发现了。所谓毕达哥拉斯定理,也就是我们熟知的勾股定理:直角三角形两条直角边的平方和等于斜边的平方

据说,毕达哥拉斯在证明了此定理后,杀了100头牛来祭祀缪斯女神(神话中掌管文艺、科学的女神),以酬谢神灵的启示。

然而,历史却给毕达哥拉斯开了一个大大的玩笑,这一成就毕达哥拉斯一世英名的定理,却反过来成为了该学派信仰的“掘墓者”。


2.

一天,毕达哥拉斯学派一个名叫希帕索斯的成员思考了一个问题:边长为1的正方形,其对角线的长度是多少呢?

根据毕达哥拉斯定理,其长度应该等于2的平方根,而根据毕达哥拉斯学派的信条,这个数应该可以表示成两个整数之比。

但是希帕索斯却证明了,这是一个矛盾的结果!

小小的√2,既不能用整数来表示,也不能用整数之比来表示,这是一个全新的数字!

当毕达哥拉斯知道这件事情后,异常震惊。这时他要么承认希帕索斯的发现,颠覆自己学派的信仰,要么违背理性,反对这一发现。

在两难的处境中,毕达哥拉斯选择了后者,为了维护学派的信仰,希帕索斯被投入海底淹死,后者为科学献出了自己的生命。

但此时,就算处死了希帕索斯,毕达哥拉斯学派信仰的坍塌也无可挽回了。


3.

√2的发现不仅从根本上动摇了毕达哥拉斯学派的信念,也对古希腊人的认知造成了极大的冲击。

这一发现的冲击表现在它与常识的冲突上:任何量,在任意精度内都可以表示成整数或整数之比,这是古希腊人普遍接受的事实,然而这一完全符合常识的论断却被小小的√2推翻了!

这是多么糟糕的事情,自己以前认知的事物居然可能要被从根本上推翻!但是更糟糕的是,面对这一发现,当时的人竟然毫无解决办法。

这件事直接引发了人们在认识上的危机,从而导致了西方数学史上的一次巨大的震动,史称“第一次数学危机”

这一次危机持续了2000多年,公元前370年,毕达哥拉斯学派的欧多克斯创建了新的比例理论,微妙地解决了无理“量”的问题。

直到1872年,戴德金在皮亚诺算术的基础上,通过戴德金分割不依赖几何定义了实数,这才解决了无理数问题。

而做出重要贡献的欧多克索斯的方法,也被欧几里得的《几何原本》收录。

这次危机表明,几何量不能完全由整数及其比来表示,反之,数却可以由几何量表示出来。整数的尊崇地位受到挑战,古希腊的数学观点受到极大的冲击,于是,几何学在古希腊数学中开始占据特殊的地位。

这次危机也反映出,直觉和经验是不一定靠得住的,推理证明才是可靠的。这次危机后,古希腊人更深刻地认识到了这一点,并由此出发,经过演绎推理证明命题,逐渐建立了几何学体系。这是数学思想上的一次变革,也是第一次数学危机的产物。

至于中国、印度等国的数学,并没有经历过这样的危机和革命,继续走着以算为主、以用为主的道路,忽视了推理和证明的重要性,从而与现代科学的诞生擦肩而过……

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