1分钟为什么有60秒?两千多年前的人如何测量地球的周长?计算机与程序员的真正鼻祖分别是谁?猴子多了就能写出莎士比亚吗?一只蝴蝶如何引发龙卷风?……
本书从科学史的角度,依照时间顺序介绍了有史以来具有突破性的50个重大数学发现。这些发现不仅是数学这门学科的飞跃,也影响着人类生活和世界科技的发展:从远古人类在骨头上留下的计数刻痕,到只需按下按钮就能自行运算的机器,现代社会的几乎每一个进程和模式都以数学为核心。在这些问题的发现、探索和解决中,数学的纯粹和逻辑之美尽数体现。不论你感兴趣的是算术、几何、统计、逻辑学还是计算机科学,这本书都能让你找到许多有趣且深具启发性的解答。翻开这本书,你就能进入这个用头脑构建出的世界,感受数学家们的奇思妙想。
★精选数学史上50个变革性突破,快速了解它们的发现、探索和解答过程,发现数学与日常的紧密联系,原来生活中使用的数学这样出现:阿拉伯数字其实起源于古印度,简单的勾股定理历经了千年证明,天花板上的苍蝇启发坐标系的诞生……
★以时间为序,回溯数学的发展历程;用数学家串联,构建从古到今的数学发展脉络。代数、统计、几何……无论对哪一门类感兴趣,都能在这本书中找到回应;遇见斐波那契、牛顿、笛卡儿、图灵等人类历史上的杰出头脑,从这些拓荒者和创新者事迹中获得新知。
★用通俗语言描述伟大发现,快速轻松读懂数学的乐趣。再现与这些发现相关的时代背景、轶闻趣事,从此数学和数学史都不再艰深难读,适合科普爱好者、学生入门启蒙。
★后现代风格插画,活泼醒目、不拘一格,让人过目难忘。全彩四色印刷,创意拼贴风格,一本既潮又酷的趣味数学史!
数学以其自身模式和精妙之处区别于其他学科。这门学科的发展并不依赖外在的物质世界,比如铅的重量、天空的蓝色、火药的可燃性……数学上取得的进步往往源于纯粹的洞察力和逻辑。直至今日,数学家们在谱写属于他们的数学奇迹时也不过是用纸和笔。
实验表明,乌鸦、大鼠、黑猩猩等许多动物的计数能力都令人惊叹。这么看来,要说早期人类也有不掰手指做心算的本事,倒在情理之中。
毕达哥拉斯是早的数学先驱之一。约公元前580年,他出生于古希腊的萨摩斯岛,后来在意大利南部的克罗托内创办了一所数学学校。在这所学校里,他的追随者们戒食豆子、不许碰白色羽毛,也不许在阳光下撒尿。虽然不是他创造了著名的毕达哥拉斯定理(a^2+b^2=c^2),但他证明了这一定理。事实上,他引入了证明的概念,这是数学的基本原则之一。在数学这门学科中,证明即一切;反之,科学无法证明任何东西。科学家能够推翻某一观点,但永远无法证明它。
证明是费马大定理的关键所在。在讨论毕达哥拉斯定理的那一章1页边空白处,法国律师皮埃尔·德·费马写道:当整数n大于2时,关于x、y、z 的方程x^n+y^n=z^n 没有正整数解。除此之外,他还写了一句话:我发现了一个绝妙的证明方法,不过这面的页边实在太窄了,写不下。不过,他的这一说法直到1665年他去世后,才为世人所知。之后长达330年的时间里,杰出的数学家们苦寻他的证法,却徒劳无功。直到1994年,安德鲁·怀尔斯终于解决了这个难题。但是,怀尔斯的证明足足列了150页,还使用了在费马那个时代还未知的数学方法。因此,我们可能永远都不会知道当时的费马是否说了真话。
数学常用于解谜。比萨的莱昂纳多(以斐波那契这个名字为人所知)在《计算之书》(Liber Abaci,1202)中以谜题的形式引入了一串新奇的数列。他让读者们想象有一对幼兔,它们长大要一个月的时间,然后再过一个月,就能生下一对小兔子。而它们生下的这对小兔子,长大又要一个月。那么问题来了:每个月的月底会有几对兔子?答案是1,1,2,3,5,8,13,21,34,…。这个数列可以无限递推,其中每一项都等于前两项之和。大自然中,斐波那契数列随处可见。比方说,花通常有3、5或8片花瓣;松果上的鳞片通常在顺时针方向呈现8 条螺旋线,在逆时针方向呈现13条螺旋线。斐波那契才智过人,他还学会了阿拉伯数字系统,并将其引入西方世界。
如果没有这些前辈,紧随其后的数学拓荒者们就永远都无法获得更多发现。没有斐波那契,牛顿和莱布尼茨就不会发明微积分;没有微积分,欧拉、高斯、拉格朗日和帕斯卡的许多想法也无法为人所知;没有这些想法,伽罗瓦、庞加莱、图灵和米尔扎哈尼等人的研究也将举步维艰……这样的例子不胜枚举。当然,更别提费马大定理的证明了。
所有这些数学发现,包括斐波那契的兔子和他的数列,都是在前人的研究基础上不断向前发展、向外延伸的。正因如此,数学还有着更广阔的疆域,待人们探索发现。
亚当·哈特-戴维斯,英国科学家、作家、摄影师、电视节目主持人,毕业于牛津大学莫尔顿学院化学系,在约克大学取得有机金属化学博士学位,之后曾在牛津大学出版社担任科学图书编辑。曾主持BBC的地方英雄明日世界等节目,成为知名的科普传播人士。他拥有14个荣誉博士学位,曾获得英国皇家工程院颁发的奖章。创作和参与编写的著作超过30本,包括《薛定谔的猫:改变物理学的50个实验》《巴甫洛夫的狗:改变心理学的50个实验》《DK伟大工程》《DK科学百科》等。
引言
1. 摸索前行:公元前20000公元前400年
约公元前20000年 伊尚戈骨上刻的是什么?远古人类
公元前20000前3400年 为什么是数到10?远古人类
约公元前2700年 为什么1分钟有60秒?苏美尔人
约公元前1650年 可以化圆为方吗?古埃及人、古希腊人
约公元前1500年 埃及分数怎么表示?古埃及人
约公元前530年 何为证明?毕达哥拉斯
约公元前400年 无限有多大?古希腊人
2. 问题和解题:公元前399公元628年
约公元前300年 谁需要逻辑?欧几里得
约公元前300年 质数有多少?欧几里得
约公元前250年 何为 ?阿基米德
约公元前240年 地球有多大?埃拉托色尼
约公元250年 代数之父多少岁?亚历山大城的丢番图
约公元628年 何为无?婆罗摩笈多
3. 兔子与现实:公元6291665年
约公元820年 不用数字能运算吗?阿尔-花剌子模
1202年 有多少只兔子?斐波那契
1572年 数字都是实数吗?拉斐尔·邦贝利
1614年 如何用骨头做加法?约翰·奈皮尔
1615年 酒桶有多大?约翰内斯·开普勒
1637年 何为笛卡儿坐标?笛卡儿
1653年 何为概率?布莱士·帕斯卡
1665年 如何计算寸步之速?艾萨克·牛顿、戈特弗里德·莱布尼茨
4. 弥合数学中的鸿沟:16661796年
1728年 何为欧拉数?莱昂哈德·欧拉
1736年 你能一次性走完7座桥吗?莱昂哈德·欧拉
1742年 偶数能被分成质数吗?克里斯蒂安·哥德巴赫
1752年 如何计算流量?丹尼尔·伯努利
1772年 浩瀚宇宙,何处停留?约瑟夫-路易·拉格朗日
1796年 蚂蚁知道自己在球上吗?卡尔·弗里德里希·高斯
5. 救生、逻辑和实验:17971899年
1807年 波如何导致温室效应?让-巴普蒂斯·傅里叶
1815年 振动如何产生图案?玛丽-索菲·热尔曼
1832年 何以为解?埃瓦里斯特·伽罗瓦
1837年 机器能制表吗?查尔斯·巴贝奇、阿达·洛芙莱斯
1847年 何为思维定律?乔治·布尔
1856年 统计数据如何救死扶伤?弗洛伦斯·南丁格尔
1858年 几个侧面和几条边?奥古斯特·莫比乌斯、约翰·本尼迪克特·利斯廷
1881年 归入哪个圆?约翰·维恩
1899年 为什么存在混沌系统?亨利·庞加莱
6. 在思想和宇宙中:19001949年
1913年 猴子多了就能写出莎士比亚吗?埃米尔·博雷尔
1918年 能量始终守恒吗?艾米·诺特
1918年 的士数趣味知多少?斯里尼瓦瑟·拉马努金
1928年 取胜的方法?约翰·冯·诺依曼
1931年 是否完备?库尔特·哥德尔
1948年 何为反馈回路?诺伯特·维纳
1948年 传输信息的方式?克劳德·香农
1949年 该不该改变策略?约翰·纳什
7. 现代计算机时代:1950 年至今
1950 年 机器能解决所有问题吗?艾伦·图灵
1963 年 蝴蝶如何引发龙卷风?爱德华·洛伦兹
1974 年 飞镖和风筝铺就了什么?罗杰·彭罗斯、莫里茨·科内利斯·埃舍尔
1994 年 费马真的证明了吗?安德鲁·怀尔斯
2014 年 物体如何沿曲面运动?玛丽亚姆·米尔扎哈尼
2018 年 何为盾状棱柱?佩德罗·戈麦斯·加尔韦兹等
名词表