那个两千年前走出美索不达米亚平原的测量员,带回了天赐人类的最美礼物

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万物皆美,因为有数。

两千年前,在广袤无垠的美索不达米亚平原,一队来自古希腊帝国亚历山大王派出的皇家测量员们,正一步一个脚印一丝不苟地挪动着坚定的步伐。

他们穿越西亚北非地区,最终抵达了尼罗河流域两岸丰饶肥美的土地。

这是人类第一次,用简单的脚步就从几何学上描述了古希腊帝国的疆域和边界。得到的结果和我们今天用最现代化的测量工具测出的结果,误差不超过5%!

这是前无古人的壮举,这是数学在最初的年代给予人类的最美礼物。

法国数学博士米卡埃尔·洛奈,在《万物皆数》这本书中,讲述了数学这门学科曲折而迷人的发展历程,他娓娓道来的那些历代数学家们的传奇故事,以及人类对数学之美的不懈追寻,让我们重新发现了数学,也让我们从此深深爱上了数学。

(一)

美一直存在,它就在那里等待。

森林里掉落地上的松果,是啮齿类小动物们眼中的美食,而就在这平凡无奇的小小松果表面,却隐藏着完美排列的斐波那契数列。

仔细观察就会发现,松果表面螺旋状缠绕的鳞片,有顺时针方向的,也有逆时针方向。神奇的是,不论向哪个方向旋转,鳞片的排列始终是斐波那契数列中挨着的两个数字!

你可以找到5-8型,8-13型或者13-21型,但是绝不会找到6-9型或者8-11型之类的松果。

而当我们环顾四周,你会更惊奇地发现,菠萝身上一圈一圈的大疙瘩并非杂乱无章,向日葵花籽一团一团紧簇是那样地有序,甚至在花椰菜表面的那些密密麻麻的微小隆起上,都有斐波那契教列若隐若现地向你招手微笑。

对,我们在这里,无处不在!

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1846年9月23日和24日晚,德国天文学家约翰·格弗里恩·伽勒,强压下咚咚乱跳的心跳,用微微发抖的双手,缓缓将望远镜对准了深邃广袤的夜空。那是之前数学家勒维耶通过一系列复杂数学公式推算出来的几个天文方向坐标。

这位天文学家仔细地在视野中寻找,然后,他发现了它,一个小小的蓝色光点,在距离地球超过40亿千米的地方,理论中的太阳系第八颗行星——海王星,就在那里!

这是人类首次借助数学的力量,在笔尖上发现并证实了一颗星球。通过数学,那些天空中的怪兽,那些古老的神祇,突然之间变得温顺、驯服,像乖巧的猫,在数学的爱抚之下呼噜噜地打呼。

大至星球运行,小至松果纹理,它们早已依照数学规律运行万亿年。

当星空的壮美震撼我们的心灵,当自然的优美吸引我们膜拜的时候,数学早已悄然立于背后,支配着天地大美的运转,一直在那里等待着人类的发现。

(二)

美不可思议,但数字可以勾勒。

现代社会,数字在日常生活中已经无处不在、不可或缺,以至于我们常常忘记了,数字的产生是一个多么伟大的想法,是祖先为我们打造的宝贵遗产。

有了数字,人类逐渐明白,他们发明了一种神奇的工具。如同火的运用照亮了人类生活的黑暗,数字的运用照亮了人类狭隘的视野,使得他们能够以一个无比广阔的视角,去书写、分析和理解周围的世界。

此时的人类才发现,那是一个无比美丽的新世界。

公元前6世纪,古希腊一个睿智的哲人,从数字中推演万物,用数字囊括万方,最终形成了他的哲学概念:一切皆数。

他就是毕达哥拉斯,最著名的发现就是我们上学必须学的数学定理:勾股定理。

而他的神奇还远不止于此。在他的信徒眼中,他就是神,比如他们相信,毕达哥拉斯能够在空气中凌波微步;毕达哥拉斯死了还能复活,毕达哥拉斯拥有预言和行医的才能;毕达哥拉斯能够命令动物;毕达哥拉斯有一条纯金大腿……

当然,靠谱的说法是,毕达哥拉斯最大的贡献,是创建了一个完全依靠数字解释万物的系统。

他认为数字衍生出来几何图形,图形又产生了火、水、土和空气四种物质元素,这四种元素又是一切生命的构成。奇数代表阳性(男性)的,偶数代表阴性(女性),数字10用圣十结构的三角形表示。

毕格拉斯是最早的试图用数字勾勒所有的美好事物,让数字成为宇宙和谐与完美的象征。

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2016年3月10日,全世界的目光都聚焦在韩国首尔。一场特殊的围棋比赛,就要在世界最优秀的围棋选手李世石和拥有最先进算法的电子计算机——阿尔法狗之间展开。

在过去,从来没有任何一台计算机能够在围棋这个领域击败人类。围棋的战术战略需要玩家具有大量的直觉和创造力,即使计算机的计算能力再强,也很难找出能够模拟直觉行为的算法。

开赛一个小时后,双方已经下到了第37手。场面看上去很焦灼。然后,阿尔法狗下了一手震惊了所有观战专家的棋。它决定,黑子落在O10的位置。

正是这一手超出人类理解能力的妙棋,击败了人类最优秀的棋手,也让数字化的人工智能开始呈现出超越人类的趋向。

阿尔法狗出现的意义,就在于机器开始具有了直觉和独创性,它超越了过去机器系统思考的方式,而是通过自我学习,根据概率权衡所有可能。

伽利略在1623年撰写的《试金者》一书中,提出了数学的重要意义:

真理早已写在宇宙这部大书上。它以数学语言写就,其字符是三角形、圆形和其他几何图形。没有这些,凡人连一个词也读不懂;没有这些,人们就在暗黑迷宫中徘徊。

今天,人类用数学打造的计算系统,已不仅仅可以用来勾勒现实世界,甚至可以开始描画未来蓝图。

(三)

美交相辉映,追寻大美才最美。

150万年前,旧石器时代的初期。人类祖先还是直立人的时候,在一个营地的角落里,一个原始人正在聚精会神打磨燧石。

营地周围,有野兽低沉地怒吼,有冷风呼啸而过。他丝毫不为所动,摩挲着手中的石块,敲掉了左边一侧的边缘,歪着头观察了一下,又敲掉了右边一侧。

就这样敲敲打打了很长时间,一个接近等腰三角形的手斧,逐渐显出了雏形。

到底是因为这种几何构造的实用性,还是仅仅出于某种审美的眼光,让我们的原始老祖宗坚持打造出了这种具有对称美的粗糙工具。

也许此时他们的头脑中,已经构建了一个抽象的形象。也就是说,我们的老祖宗在150万年前,就已经开始“搞数学”了。

1万年前,美索不达米亚平原,新石器革命刚刚开始。伴随着游牧民族的定居,人类对火和土的使用技巧日臻成熟,开始烧制日常使用的陶器。

尽管当时制作陶器的工艺十分粗糙,但人类对陶器之上装饰花纹的美观性,却呈现出谜一样的执着。

有三角锯齿状,有互相缠绕状,有人字交错状,他们自觉地运用对称、旋转、平移等方式,进行各式的几何变换。

这些上古时期的陶器制作者们,可能还没有意识到,他们其实已经开始了构建一门美妙学科的伟大工程,那就是数学。

公元前3000年,随着黏土板上字符的出现,数字获得了自己的符号,人类在楔形文字的基础上,再次前进了一大步。

为了表示8只羊,人们不再使用8个表示羊的符号,而是写一个数字8,然后再画上一只羊的符号。

从这一刻起,数字从现实中被抽离出来,开始独立存在,这标志着数字的诞生。从此,数字具有了抽象性,人们能够从更高层次观察数字。

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与此同时,人们开始讨论数字究竟是什么。

人们争论着1是不是数字,因为数字是为了记录超过1个以上的东西而存在的啊,因此从2开始才是数字,是不是听起来好有道理的感觉?

随着人类的进化和社会的发展,越来越多的数不断被发明发现,后来出现的零、负数,甚至虚数,他们一次又一次的引发了人们激烈地探讨,也一次又一次地拓展了人类的思维边界,激励着人类一次又一次地重新出发。

而那些数字中蕴含着的至美旋律,也吸引着一代又一代的哲人学者,穷其毕生追寻天地大美。

古希腊历史上第一位伟大的数学家泰勒斯,应该是人类历史上第一个准确地预测了日食的人。由于思考数学问题精神太集中,在一天晚上,人们看见他一边散步一边仰着头观察天上的星星,然后扑通一声掉进了井里。

人类历史上最伟大的发明家,解题者阿基米德,曾经发明了杠杆原理,浮力原理和螺旋抽水机。在罗马军队攻占了自己居住的城市的时候,他还在专心致志研究着几何问题,根本不知道周围发生了什么,向身边的士兵漫不经心的说,别弄乱了我的圆形。结果被恼羞成怒的士兵,一剑刺穿了身体。

但最终,攻占希腊的罗马军队指挥官,为阿基米德修建了一座宏伟壮丽的坟墓。数学家虽死,但孜孜不倦探索追寻数学之美的精神,却一直延续传承至今。

随着电子计算机和人造卫星时代的到来,数学看似已经消失了,其实他们一直都在,只是已经隐藏进了那些复杂电子设备处理器的核心部位。

当我们驱车千里遍游壮美河山的时候,是汽车的导航系统,使用三角学原理,用正弦余弦计算角度定位,向我们忠实而准确地指示,前方该向左转还是向右转。

当我们玩着电子游戏,在虚拟世界开疆拓土的时候,其实是电脑应用数学模型为我们合成了视频图像。

未来的数学将会发展到什么地步,我们很难预测。但可以确定的是,它一定会给我们带来更多关于未来的惊喜,还有未知的美丽!

通过法国人米卡埃尔·洛奈这本《万物皆数》,我们经历了一场数学发展的神奇之旅,从中领略了数学的奇妙与优雅。更应该感谢的是,数学在历史的长河中一步步引领人类不断探索和发现了天地大美,我想,这也许是数学给人类的最美礼物。

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