現在我們每一個受過初等教育的人都知道整數分為正數和負數,這已經是一個常識,可是你能想象偉大的無所不能的牛頓居然對負數也不太瞭解嗎?聽起來有些匪夷所思吧,不過這卻是真的,對於負數的認識直到尤拉才確認下來,那個時候偉大的牛頓已經在天堂了。
為什麼人們對負數的認識需要這麼長時間,要是刨根問底的話還得去找畢達哥拉斯。
作為人類歷史上最偉大的學者,畢達哥拉斯不但發現了勾股定理,他還建立了神秘的畢達哥拉斯學派。
畢達哥拉斯學派認為“萬物皆數”,簡單來說就是認為宇宙萬物都是按照數學規律來建造執行的,這個觀點並沒有錯,直到現在我們也是這麼認為,只是由於時代的限制,畢達哥拉斯對數字的認識還不全面,他認為的數就是形如1、2、3這樣的正整數和1/2、2/3這樣的正分數。
後來他的弟子發現了根號2這樣的無理數,結果引發了第一次數學危機,對於問題,畢達哥拉斯學派的做法不是解決問題,而是解決提出問題的人,他們把這位先驅扔進了湖裡,這就是掩耳盜鈴,不過這不是今天我們要說的重點。
或許是出於對無理數的困惑,也或許是出於對死亡的恐懼。從此之後古希臘人就很少研究代數,從而轉向了幾何,橫空出世了歐幾里得的《幾何原本》。
對於幾何來說,還真沒有負數的概念,不管是長度還是面積體積都是正的,絕對不可能有負數,這從根本上就阻止了希臘人發現負數的可能性。
古希臘人也發展了一點代數,這就是丟番圖的《算術》,不過這像是一本習題集,在這本習題集中也有關於一元二次方程的解法,不過採用的都是配方法,在解二次方程的時候,丟番圖發現了有的方程會有兩個解,一個是正解一個就是負解,丟番圖就把負解捨去了,因為他認為負數沒有意義。
同時期的印度人也發現了負數,不過他們也採用了和古希臘人相同的做法,認為負數沒有意義,也直接捨去了。
對負數的疑惑要等到卡爾丹諾出現,雖然卡爾丹諾是一個賭徒一個神棍,但我們也要承認他在數學上的天賦,他寫出第一本關於機率論的書,他是賭徒嘛,當然要研究骰子出現的機率,不過他最重要的貢獻還是在高次方程的解法上,他和他的學生總結出來了二次三次四次方程的解法。
就是在方程的解法中,他也發現出現了負根,但是他也認為是不可理解的,他並沒有捨去,他稱之為虛構的根。
在二次方程中,我們還知道著名的韋達公式,對於韋達來說,負數是完全不可能的,他也完全捨去了。
笛卡爾不但是偉大的哲學家,他還是傑出的數學家,我們熟知的平面直角座標系就是他提出的,他並沒有完全拋棄負數,不過也只是部分接受。
帕斯卡是科學史上著名的人物,現在壓強的單位就是帕斯卡,還有計算機中Pascal語言也是為了紀念他命名的,他認為從零中減去四就是胡說八道,他說“我瞭解那些不能明白為什麼從零中取出四還剩零的人”。
對負數的認識要等到歐拉出現,這位十八世紀最偉大的數學家在1770年出版的《對代數的完整接受》中證明了減去一個負數等於加上加上這個數,用我們的話來說就是“負負得正”,尤拉的原話是“免除負債就等於贈送禮物”,他還證明了(-1)×(-1)=+1。
而偉大的牛頓是在1727年逝世的,所以我們有理由相信牛頓真的不知道負數。
即便是由了尤拉的嚴格證明,人們還是對負數不太瞭解,即便是在數學家來說也是一樣,偉大的達朗貝爾在認為“導致負數解的問題在於假設的某些部分是錯誤的,但都被假定是正確的”,從這句話可以看出來,達朗貝爾還真的不太瞭解負數。
其實這都是當時交通不便造成的,只要這些數學家們來到古老中國,他們就會發現東方的學者早就掌握了負數的概念。
在成書於公元一世紀的《九章算術》中,睿智的中國人就提出了正負數加減法的法則:“正負數曰:同名相除,異名相益,正無入負之,負無入正之;其異名相除,同名相益, 正無入正之,負無入負之。”
這裡的“名”就是“號”,“除”就是“減”,“相益”、“相除”就是兩數的絕對值“相加”、“相減”,“無”就是“零”。
用現代語言來翻譯這段話就是:同符號兩數相減,等於其絕對值相減,異號兩數相減,等於其絕對值相加。零減正數得負數,零減負數得正數。異號兩數相加,等於其絕對值相減,同號兩數相加,等於其絕對值相加。零加正數等於正數,零加負數等於負數。
這應該就是世界上最早的關於正負數加減的演算法。
三國時著名的數學家劉徽首次提出了負數的概念,他說:“今兩算得失相反,要令正負以名之。”翻譯一下就是說,在計算過程中遇到具有相反意義的量,要用正數和負數來區分它們。
劉徽不但給出了概念,還提出了區分正負數的方法。
他說:“正算赤,負算黑;否則以斜正為異”,這意思就是說,用紅色的小棍擺出的數表示正數,用黑色的小棍擺出的數表示負數;也可以用斜擺的小棍表示負數,用正擺的小棍表示正數,這裡的小棍就是算籌,在《射鵰英雄傳》中,瑛姑就是用算籌做兵器的。
順便說一句,劉徽還是微積分的先驅,他提出的割圓術和後來牛頓提出的流數有異曲同工之妙。
我們都曾慨嘆西方科學的發達,其實科學史本來就是一個你追我趕的過程,從小小的負數就可以看出來,我們曾領先世界,只不過目前落後了,對於科學,我們應該報以尊重,對自己的歷史,切不可妄自菲薄。