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《数学简史》波斯数学

《数学简史》波斯数学

作者: 灰色乔木 | 来源:发表于2022-10-28 14:42 被阅读0次

    4000年前,正当埃及人、巴比伦人和中国人各自以不同的方式发展河谷文明的时候,有一个操印欧语系的游牧民族长途跋涉,从中亚细亚越过冈底斯山脉进入北印度并定居下来。这些人被称为雅利安人(Aryan),这个词源自梵文,本意是“高贵的”或“土地所有者”。

    在雅利安人到来之前,印度已有被称为达罗毗荼人的原住民。他们的历史至少可以追溯到此前1000多年,据说是从巴基斯坦的西部越过印度河延扩而来,至今仍有1/4的印度人操属于达罗毗荼语系的语言,其中南方的泰卢固语和泰米尔语等4种语言属于印度官方语言。

    雅利安人在印度西北部站稳脚跟以后,继续向东推进,横穿了恒河平原,他们征服了达罗毗荼人,使得北部地区成为印度的文化核心区,影响逐渐扩散到整个印度,在抵达以后的第一个千年里,创造了书写和口语的梵文。吠陀教也是雅利安人创造的,这是印度最古老且有文字记载的宗教。可以说,古代印度的文化便是根值于吠陀教和梵语。

    《吠陀》是吠陀教唯一的圣典。最初由祭司口头传诵,后来记录在棕榈叶或树皮上。虽然大部分已经失传,残留的《吠陀》中却有论及庙宇、祭坛的设计与测量的部分——《测绳的法规》,即《绳法经》。这是印度最早的数学文献,此前只在钱币和铭文上能看到零碎的数学符号,其中有一些数学问题涉及祭坛设计中的几何图形和代数计算,包括毕达哥拉斯定理的应用,矩形对角线的性质、相似图形的性质,以及一些作图法等,拉绳测量和基本几何体的面积计算是必不可少的。

    书中包含了修筑祭坛的法则,包括祭坛的形状和尺寸。在设计这类规定形状的祭坛时,必须懂得一些基本的几何知识和结论,例如毕达哥拉斯定理。

    公元前599年,耆那教的创始人摩诃毗罗(又称大雄)出生在比哈尔邦,与比他小36岁的佛教始祖释迦牟尼的出生地颇为相近。耆那教和佛教几乎是同时兴起,耆那在梵语里的本意是胜利者或征服者,这种宗教认为没有创世之神,时间无尽无形,宇宙无边无际,万物分为灵魂与非灵魂。耆那教的兴趣和原始经典所涉及的范围非常广泛,除了阐明教义以外,还在文学、戏剧、艺术、建筑学等方面做出了重要贡献,其中也包含数学和天文学的基础原理和结论。

    在公元前5世纪到2世纪一些用普拉克利特语(比梵文更古老的语言,意指俗语,梵文即雅语)书写的读物中,就出现了诸如圆周长、弧长的近似计算公式。

    相比之下,佛陀认为一切无常,无论是外在事物或身心,都在不断变化。比起耆那教和印度教来,佛教更像一种哲学观念,佛学中大抵以“剎那”为最小时间单位。梵语里有“刹那”和“一念”,一念有90刹那,所谓“少壮一弹指,六十三刹那”。可是,“刹那”的真量,除佛陀外皆不能尽知。

    476年,在距离巴特那不远的恒河南岸,诞生了迄今所知最早的印度数学家——阿耶波多(Aryabhata)。阿耶波多出生时,笈多王朝的首都已经西迁,华氏城开始衰落,但仍为学术中心(玄奘约于631年抵达此城)。与后来的印度数学家一样,阿耶波多的数学工作主要是为了研究天文学和占星术。

    他的代表作有两部,一部是《阿耶波多历数书》(499),另一部算术书已失传。《阿耶波多历数书》的主要部分是天文表,但也包含了算术、时间的度量、球等数学内容。在解答算术问题时,阿耶波多经常采用“试位法”和“反演法”。所谓反演法,就是从已知条件逐步往回推。例如,他曾描述过这样的问题:“带着微笑眼睛的美丽少女,请你告诉我,什么数乘以3,加上这个乘积的3/4,然后除以7,减去此商的1/3,自乘,减去52,取平方根,加上8,除以10,得2? ”印度数学家是用诗歌的语言来表达这类算术问题的。

    在天文学上,阿耶波多也有很多贡献,他用数学方法计算出黄道、白道的升交点和降交点的运动,提出日食和月食的推算方式,以及地球自转的想法,可惜并未得到后世同胞的认可和响应。为了纪念阿耶波多,印度发射成功的第一颗人造卫星以他的名字命名(1975)。

    阿耶波多之后,印度又等了一个多世纪才出现下一个重要的数学家,那便是婆罗摩笈多(Brahmagupta,约598—约660)。有意思的是,在这100多年间,整个世界(无论东方还是西方)都没有产生一个大数学家。婆罗摩笈多留下了两部天文学著作,《婆罗多修正体系》(628)和《肯达克迪迦》(约665)。其中就有正弦函数表,他利用了不同于阿耶波多的方法,即“二次插值法”。《婆罗多修正体系》包含的数学内容更多,全书共分24章,“算术讲义”和“不定方程讲义”两章是专论数学的,前者研究三角形、四边形、二次方程、零和负数的算术性质、运算规则,后者研究一阶和二阶不定方程。其他各章虽然是关于天文学研究的,但也涉及不少数学知识。

    在婆罗摩笈多去世后的4个多世纪里,印度再也没有出现杰出的数学家,政治动乱和王朝更迭可能是其中的一个主要原因。倒是在南印度相对偏僻的卡纳塔克(本意是“高地”)邦,诞生了两位数学天才——马哈维拉和婆什迦罗。

    大约在850年,马哈维拉撰写了《计算精华》一书,是印度第一部初具现代形式的教科书,很纯粹的数学书,现今数学教材中的一些论题和结构在其中可以见到。包括:零的运算、二次方程、利率计算、整数性质和排列组合等。

    婆什迦罗是印度古代和中世纪最伟大的数学家、天文学家。印度有两个叫婆什迦罗的数学家,一个生活在7世纪,这里说的是生活在12世纪的婆什迦罗。

    到12世纪,印度数学已经积累了相当多的成果。婆什迦罗的重要数学著作有两部——《莉拉沃蒂》和《算法本源》。《算法本源》主要探讨代数问题,涉及正负数法则、线性方程组、低阶整系数方程求解等,还给出两个关于毕达哥拉斯定理的漂亮证明。他采用缩写文字和符号来表示未知数和运算;熟练地掌握了三角函数的和差化积等公式;比较全面地讨论了负数,将其命名为“负债”或“损失”,并表示成在数字上方加小点的形式。婆什迦罗写道:“正数、负数的平方常为正数,正数的平方根有两个,一正一负;负数无平方根,因为它不是一个平方数。”希腊人虽然早就发现了不可通约量,但却不承认无理数是数字。婆什迦罗和其他印度数学家则广泛使用无理数,并在运算时和有理数同等对待。

    大约在1185年,婆什迦罗死于乌贾因。之后,印度的科学活动逐渐走向衰落,数学上的进展也停止了。1206年,德里苏丹国建立,印度开始接受穆斯林的统治。一个世纪之后,南方的一部分地区独立出去,接着是旷日持久的争夺统治权的斗争。相比之下,波斯的数学兴起得晚,衰败得也晚。但在兀鲁伯于1449年被处死(据说他的儿子是幕后策划人)后不久,尚武且内耗不断的萨非王朝接踵而至,波斯乃至整个阿拉伯数学的辉煌时代随之宣告结束。而与此同时,欧洲的文艺复兴之火在亚平宁半岛点燃了。

    与埃及一样,早期印度拥有数学教养的人几乎全是僧侣,要么是种姓地位较高的人,这与希腊的情况完全不同,后者的数学大门对所有人敞开。印度数学家(马哈维拉除外)多以天文学为职业,而对于希腊人来说,数学是独立存在的,并且是为了它本身而进行研究的,即所谓的“为数学而数学”。印度人用诗的语言来表达数学,他们的著作含糊而神秘(虽然发明了零号),且多半是经验的,很少给出推导和证明;而希腊人则表达得既清楚又富有逻辑性,并能给出严格的证明。

    相比之下,波斯人在几何学方面的才能稍强些(但与希腊人仍无法相比),尤以海亚姆的三次方程的几何求解法为代表。和印度人一样,阿拉伯数学家一般把自己看作天文学家,他们在三角学方面做出了较大贡献,前面论及的4位数学家均在天文学方面有重要建树。事实上,今天仍然沿用的许多星星的名字,如金牛座的“毕宿五”、天琴座的“织女一”、猎户座的“参宿七”、英仙座的“大陵五”、大熊座的“北斗六”,其拉丁文译名都是阿拉伯文的音译。至于代数方面,阿拉伯人的贡献也很大,在斐波那契的《算经》里,有许多问题出自花拉子密的《代数学》。

    阿拉伯人之所以重视天文学,是因为他们需要知道祈祷的准确时间(每天5次),使广大帝国内的臣民在祈祷时能够辨明方向(面朝麦加)。为此,他们不仅花费巨资修建天文台,更招聘有数学才能的人到天文台工作。这些人的主要工作是充实天文数字表,同时改进仪器、修建观察台,这又带动了另一门科学——光学的发展。可以说,阿拉伯人对数学的需要主要体现在天文学、占星术和光学方面,除此以外,他们也是出色的商人,需要计算如何分配、继承产业、合伙分红,等等。因此,他们的工作偏重于代数,尤其是计算。

    在数学史上,不仅印度数学经由阿拉伯人的创造之手传递到西方,古希腊的大部分著作也如此,那是数学史上有名的翻译时代。就在前文提到的巴格达智慧宫里,包括欧几里得《几何原本》在内的数学著作被翻译成阿拉伯文并完好地保存了几个世纪以后,(在希腊原文被悉数焚毁之后)又被后来的欧洲学者翻译成拉丁文,后一项工作主要是在阿拉伯帝国的西端——西班牙故都托莱多——完成的。遗憾的是,与中世纪的中国文明和印度文明一样,阿拉伯人的数学也讲究实效,加上前面提到的其他因素,这就注定他们难以达到理论巅峰和实现可持续性发展。

    我们比较一下东方智慧和希腊智慧的差异。20世纪法国哲学家雅克·马利坦(Jacques Maritain,1882—1973)认为,印度人把智慧视为解放、拯救或神圣的智慧,他们的形而上学从未取得实践科学中纯粹思辨的形式。这与希腊智慧恰好相反,希腊人的智慧是人的智慧、理性的智慧,即下界的、尘世的智慧,它始于可感触的实在、事物的变化和运动,以及存在的多样性。不可思议的是,在神圣智慧的引导下,古代印度人对数学的要求反而简单实用;而在尘世智慧的助推下,希腊乃至于整个西方却追求逻辑演绎和完美,视数学为一种独立存在。

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