数学思想溯源——古希腊哲学中的数学(1)

科技史与哲学史界有一个非常流行的说法,叫做“言必称希腊”

。当然这个希腊不是指现在的希腊,而是西方文明的发祥地——古希腊,就是那个诞生了苏格拉底,柏拉图,亚里士多德的地方。

这句话有两层含义。第一,西方的哲学、科学乃至数学都起源于古希腊。在此之前,不是说没有科学思想,而是没有人把科学从日常的生产劳作中抽象出来,完整而系统地发展成为一种人类思维的研究对象。英国哲学家罗素在其著名的《西方哲学史》中写到:

“在全部的历史里,最使人感到惊异或难于解说的莫过于希腊文明的突然兴起了。构成文明的大部分东西已经在埃及和美索不达米亚存在了好几千年,又从那里传播到了四邻的国家。但是其中却始终缺少着某些因素,直等到希腊人才把它们提供出来。希腊人在文学艺术上的成就是大家熟知的,但是他们在纯粹知识的领域上所做出的贡献还要更加不平凡。他们首创了数学、科学和哲学;他们最先写出了有别于纯粹编年表的历史书;他们自由 地思考着世界的性质和生活的目的,而不为任何因袭的正统观念的枷索所束缚。”

第二,古希腊人在哲学、科学思想方面取得了很高的成就。

他们创立并发展了很多思想理论,他们对很多问题的思考已经到了相当高的层面,一直到今天,还在影响着哲学与科学的发展。甚至可以说,我们当今哲学与科学所研究的问题,都是对古希腊人的延续。我们要想深入理解这些问题,就必须回头看看古希腊人是如何思考的,因此才会有“言必称希腊”的说法。

毕达哥拉斯

说古希腊人在思维层面达到相当高超的水平,主要是因为在西方文明中,古希腊人第一次思考了世界的本原是什么?历史上第一位有记载的哲学家叫泰勒斯,他的哲学思想只有一句话:水是万物的本原。之后的阿那克西美尼认为,气是万物的本原,另一位非常著名的哲学家赫拉克里特认为,火是万物的本原

。不过,不管是水,气,还是火,这都是大自然界中具体的事物。因此,这个阶段的西方哲学,还只是停留在自然哲学的水平,对世界本原的探讨还没有上升到抽象的高度。

而第一个真正用抽象事物来解释世界本源的,则是毕达哥拉斯(Pythagoras)。而他的思想也正与数学有关,即:数是万物的本原。

毕达哥拉斯是古希腊早期最重要的一位哲学家,他不仅自己成就非凡,同时还招收了大量学生,领导并创立了著名的“毕达哥拉斯学派”,专门从事哲学、科学和宗教方面的研究,甚至参与政治活动,是一个在当时拥有广泛影响力的神秘团体。

“数是世界的本原”这一思想的提出,主要是因为毕达哥拉斯学派的成员们发现,世界万物各种现象中都隐含着数量关系。当时他们在研究声乐的时候发现,琴弦的弦长与音调之间有密切的关系,比如两根弦的长度比为2:1时,就会产生相差八度的谐音。这一发现给毕达哥拉斯学派留下了深刻的印象,因此他们认为数才是世间万物最终极的奥秘。

这一思想的提出,还有另外一层重要的含义。在毕达哥拉斯的哲学中,特别强调了“和谐”的概念。他们认为宇宙是有秩序的,万事万物按照秩序排列在一起就产生了和谐。宇宙就是天体的和谐,一切美好的事物都是和谐。音乐是和谐,天体是和谐,人的灵魂也是和谐,而这一切的本源就在于数的和谐。因为数量成比例才会产生秩序,否则就会杂乱无章。从这个角度来看,毕达哥拉斯确实抓住了数学的本质:一个两层的楼房如果两层高度相同,那么它看起来就匀称美观;如果一层高一层矮看起来就会很别扭,这不正是1+1=2吗。

正是因为毕达哥拉斯学派对数的偏爱,使他们投入了大量的精力研究数,并由此产生了丰富的成果。比如著名的勾股定理,在西方就叫“毕达哥拉斯定理”,毕达哥拉斯不仅发现了勾股定理,而且还给出了它的证明,在这一点上就比中国人要更进步一些。

勾股定理的发现还直接导致了无理数的发现,并由此引发了第一次数学危机,这个故事估计大家都已经很熟悉了。

毕达哥拉斯的数是万物本原这一思想,在西方哲学史上的重要意义是,摆脱了自然哲学的限制,从纯粹的思维与抽象的层面来思考问题。从这个意义上讲,毕达哥拉斯被称为世界上最伟大的数学家也不过分,因为如果没有他的话,我们可能今天就没有数学这门学科了。

芝诺

我们前文提过的赫拉克利特,最重要的思想是:世界的本质是永恒变化的。他的名言“人不可能两次踏入同一条河流”相信很多人都听说过。而随后的另一位哲学家巴门尼德,则提出了相反的观点,他认为千变万化只是事物的表象,而事物的本质是“存在”,它是永恒不变的。

巴门尼德的学生芝诺继承了老师的思想,他提出了著名的4个悖论来论证运动是不存在的。4个悖论中最出名的就是阿基里斯与乌龟赛跑的故事,这个你可以在很多书上读到,我只是简要来叙述一下。

阿基里斯是古希腊神话中的飞毛腿,芝诺假设有一天他要和一只乌龟赛跑,他是这样想的:

开始时阿基里斯落后乌龟10km,假设阿基里斯的速度是乌龟的10倍,那么一直跑下去阿基里斯肯定能追上乌龟。但是现在我们考虑另外一种事实,当阿基里斯正好跑完这10km时,乌龟又往前跑了1km;当阿基里斯跑完这1km时,乌龟又跑了0.1km;当阿基里斯跑了0.1km时,乌龟又跑了0.01km……,如此下去,阿基里斯永远也赶不上乌龟。


当然,芝诺提出这个悖论,并不是为了要解决什么数学问题,而只是为他老师巴门尼德的哲学观点做辩护。但是这一悖论却对后世的数学家们产生了深远影响。数学家们不得不直面“无穷”这一概念,而后的一系列数学发展都与无穷有关。比如微积分中的无穷小量、无穷大量,集合论中的无穷基数等等,集合论的创始人康托,甚至还因此发疯,住进了精神病院。人们发展出各种各样关于无穷的理论,却始终没有完美地解决芝诺悖论。因此芝诺本人可能也没有意识到,他只是为了哲学上的需要而提出的这个问题,确成了数学家们永恒的噩梦。

上面提到的这些哲学家,还只是处于古希腊哲学的早期阶段,经过了几百年的积累,到了苏格拉底,古希腊哲学迎来其全盛时期。苏格拉底最重要的徒弟柏拉图,以及柏拉图最重要的徒弟亚里士多德,将古希腊哲学推上巅峰。那么这两位哲学大师又是如何看待数学的呢?我们下回分解。