分享

墨子在数学上的贡献是什么?与欧几里得相比,谁走得更远?

 襄子的箱子 2023-07-18 发布于上海
成为襄子特别读者
点击上方「襄子的箱子」→右上角菜单栏→设为星标

这是【疯狂的智人】第 084 篇文章
疯狂的中国数学家】第 02 篇文章

那是一个群雄逐鹿的年代,那是一个百家争鸣的岁月。中国历史上再也找不出这样的一段时期,无比光辉,又无比激烈。

在诸子百家中,墨家可谓是最特立独行的那一派。然而,吊轨的是,墨家在很长一段时间都被人遗忘,甚至逐渐消失在了历史的长河之中。

相比于墨家在后世长期霸占冷板凳的地位,在战国时期,墨家可是响当当的一个学派,足以和儒家唱对台戏。墨家的政治主张是平和的,是反战的,讲的是人与人之间无差别的爱,与儒家讲究的人与人之间有差别的爱相对立。墨家在人民群众中有着较为严密的组织系统,与统治者之间显得格格不入,这是其消亡的一个原因。

当然,墨家自创始人墨翟去世之后,便陷入了分裂,有相里氏之墨,相夫氏之墨,邓陵氏之墨三个学派,这种分裂也是墨家消亡的一个原因。

在先秦百家中,墨家可以说是最具特色的那一个学派,当其他百家都讲着如何治国,如何管理百姓,如何富国强兵,以及如何修身养性的时候,墨家是那个仅有的拥有科学雏形的学派。

墨家是诸子百家中,最具方法论意识的那一家。《墨子·经上》有云:“法,所若而然也”。这也就是说,法则是遵循着它,能够达到预期的结果。

墨家的创始人墨子是战国时期的宋国人,曾在宋国为官。除了在政治上与哲学上的建树,墨子也是中国历史上第一个站在理性的高度对待数学的科学家。

科学的起步,往往随着定义而生,只有我们对某一个事物进行了精准的定义,那么接下来才会有所发展,尤其对于数学来讲。墨子与其弟子留下了《墨子》一书,其中,《经上》、《经下》、《经说上》、《经说下》、《大取》和《小取》被称为《墨经》,或《墨辩》。

《墨经》对于数学问题有十分具体的思考,里面有关数学的命题大概有二三十个,集中讨论了基本的数学概念,特别是几何学方面的问题。如关于量、圆、方等的概念,关于点、线、面、体等各种几何要素及其相互关系的考察。

比如在《经上》中,墨家定义了圆,“圆,一中同长也”。这样的定义放在现在来讲都是十分准确的。何为圆?即从中心点到周边任何点的距离都相等,这样的点连成的曲线就是圆。除此之外,还有关于平行与垂直的定义,比如同样在《经上》中有云“平,同高也”。意思是说,同样的高度就是平。在欧几里得的《几何原本》中,关于平行线的定义是“平行线之间的共同垂线相等”。

接下来,《经上》又说“直,参也”,其中的“参”,同“叁”,意思是说,三点共线即为直线。除此之外,还有“同长,以正相尽也”,“中,同长也”与“倍,为二也”等定义。

类似这样的思考、定义或命题在《墨经》中还有不少,从这些定义中不难看到墨家学派从事生产或知识实践的影子,当然,这些定义或概念的形成在很大程度上也与墨家的逻辑知识有关。

然而,墨家对于数学的贡献也就仅限于此了,并没有再往前发展一步,毋宁说,这是一种遗憾。有人认为,墨家中关于数学的思考是具有颠覆性的,是远超古希腊《几何原本》的存在。对此,笔者不敢苟同。墨家在数学上的贡献,的确是开中国之先驱,但就整体数学的发展上来讲,《几何原本》无疑要比《墨经》更具有完备性与可发展性。

数学,是一座建立在公理之上的大厦,如果离开了公理,数学的大厦只能是水中镜月。

在墨子生活的约100年后,在古希腊,诞生了数学的集大成者欧几里得。在欧几里得之前,古希腊就已经有了完备的数学体系,但都是零零散散的。因此,欧几里得在数学上的最大贡献在于提供了一套研究数学的范式,也就是公理化。

那么,什么是公理化呢?

公理化是一种方法,属于方法论的范畴,指的是,在一个数学理论系统中,从尽可能少的原始概念和一些不加证明的公理出发,用纯逻辑的方式来演绎出一套完整自洽的数学体系。

《几何原本》共有13卷,其中包含了465个命题或定理,每个定理都不是凭空想象出来的,而是基于前面的论述,或说上一个命题。就像多米诺骨牌一样,一个定理只要确定了,就可以不断向前演进,推倒众多的骨牌。

而其中最重要的,就是那个第一张牌。欧几里得总共给出了10条公理,其中前5条是一般性的公理,后5条则是假设,被称为公设,但现在一般也都将其称为公理。

前5条的一般性公理非常简单,如下:

  1. 1.    等于相同量的量,彼此相等。比如说a=b,b=c,则a=c
  2. 2.    如果等量加上等量,和相等。比如说a=b,c=d,则a+c=b+d
  3. 3.    如果等量减等量,差相等。比如说a=b,c=d,则a-c=b-d
  4. 4.    彼此重合的事物是相等的。
  5. 5.    整体大于部分。
公理有着天然的缺陷,即无法证明,因此,公理显然是越少越好,越简单明了越好,否则根据这些公理延伸出来的数学世界,其本身就不稳固。
除了前边五条基本公理之外,欧几里得还有后五条公理,相比于前五条的显而易见,后五条就差了点味道,尤其是第五条:
  1. 1.    可以从任意点到任意点画一条直线,这也被称为直线定理。
  2. 2.    一条有限的直线可以在直线上连续地延长。
  3. 3.    给定一个圆心和半径,这个圆心和半径可以是任意的,可以画一个圆。
  4. 4.    凡是直角都必然相等,这也被称为垂直公理。
  5. 5.    如果一条直线与另外两条直线相交,某一侧的两个内角之和小于两直角,那么这两条直线无限延伸,就会在这一侧相交,这也被称为平行定理。
前面4条还算是显而易见的,没有任何问题,但第5条就显得有些奇怪,似乎看上去并不是那么明显。后世对于第5条公理的解说也多种多样,很多人也换了一种表达方式来阐述这条定理。到了高斯那个时代,就有很多人对这条定理产生了怀疑,高斯本人也做过一些假设。
我们可以来做一个实验,比如三根筷子,或者三根牙签也行。第一根牙签a平放在桌子上,第二根牙签b与第一根牙签保持垂直,垂直放在桌子上,第三根牙签c向下倾斜,与第二根牙签b相交,第二根牙签b与第一根牙签a的夹角是90°,而第二根牙签b与第三根牙签c的夹角明显小于90°,加起来就小于两个直角,也就是180°。问题来了,这第一根牙签a与第三根牙签c如果无限延伸下去,它俩不会相交啊。
因此,后人在此基础上,创造了非欧几何,罗巴切夫斯基和黎曼成了非欧几何的奠基人。
这样相比较而言,我们可以发现,墨子与欧几里得依然还是有差距的。平心而论,欧几里得走得比墨子更远。因此,对于“古希腊有欧几里得,我们先秦有墨子,墨子比欧几里得伟大多了”诸如此类的言论,笔者实在是难以苟同。
墨子只是给数学的一些基本概念下了定义,这些定义是数学的根基,但在这些定义之上,墨子并没有再进一步,形成一套公理化的体系。
当然,笔者并不是因此而否定墨子的贡献,与其去争论墨子和欧几里得究竟谁是爸爸,不如回到当时的历史环境中,去分析一下为何会有这样的差距。
首先,欧几里得并非是横空出世的,在他之前,古希腊就已经有很多人对数学问题有过系统性的研究,比如西方哲学之父泰勒斯,再比如数学中的战斗机学派毕达哥拉斯学派。欧几里得生活的那个年代,各家对于数学都有自己的研究与成果,有的倾向于圆,有的只研究数,有的则独爱直线。而欧几里得是将这些人的成果整合起来,创立了一套公理化的体系。也就是说,他也是一个集大成者,如果没有先人的那些研究,想必单凭欧几里得一人之力,是很难完成这一项数学上的创举的。
因此,我们可以认为,《几何原本》完成于欧几里得之手,但其成就也是建立在前人的基础之上。
反观墨子,我们会发现,他在当时的那个时代,绝对是独一无二的,是凭借一己之力完成了迈向数学大厦的第一步。从现存的史料中来看,在墨家之前,华夏大地上的数学不仅是零散的,还是非主流的。古往今来,数学与天文学就像一对孪生兄弟一样,有着密不可分的关系。天文学在古代有着悠久且完善的系统,比如如何测定太阳与地面之间的距离,早在先秦时期,中国古人就有了完备的一套思想与工具,但也仅限于此了。在墨子之后,墨家很快就衰落了,被人遗忘了,他的研究成果到了无人继承的地步。
除了数学之外,墨家在政治上、哲学上都有着巨大的贡献,而欧几里得可以说是单纯的数学家。就先秦的大环境而言,单纯的数学家是很难有所成就的,那些治国安邦之道才是显学,才能赢得君王的青睐,否则只能被时代所掩埋,所抛弃。
与其他百家不同,墨家的动手能力也很强,擅长制造各类机械,是先秦时期的工程师。要制造机械,数学是必不可少的工具,无论是数字的测算还是几何学,在当时的横向对比中(就中国而言),墨家无疑是处于遥遥领先的地位。然而,很遗憾的是,这样的一个先进学派,在中国的历史长河中始终处于默默无闻的状态。我们这些后人可以摆脱历史的局限性,重新发掘其中的先进思想,但若是无脑将其捧出来,当做“圣人”一样吹嘘,一样膜拜,试问,墨家弟子在九泉之下,该作何感想呢?
这就好比,一个人活着的时候遭受周围人的歧视与白眼,在他饥一顿饱一顿的生活状态下,无人关照他的死活。直到他入土之后,又重新被人从棺材板里搬出来,被人化了妆,穿上了靓丽的衣服,被抬着一起招摇过市。
他是愿意被隆重珍藏于宗庙之中,还是宁愿“曳尾于涂中”呢?
还有一点最为重要,即墨家的学说无人继承。就这点来看,欧几里得无疑是比墨子幸运多了。《几何原本》就问世以来,就一直没有被人遗忘过。它不仅仅是关于数学的讨论,更是提供了一套数学方法论上的范式,它也是在教人们怎么思考。
《几何原本》在教你如何用逻辑思考任何事情,如何从最基本的几个公理出发,一步一步建立一个复杂的理论,每一个新的事物,都可以从原有的事物中找到关联。毫不夸张地讲,欧几里得的《几何原本》塑造了整个西方人的思想,甚至在文学、政治学领域中,西方人也都基于欧几里得的习惯,从一些不证自明的公理出发,推导出整个自洽的思想体系。
现在我们碰到一些人,会告诉他,不要信口开河,不要胡言乱语,说话要有根据,讲证据。这已经成为了现代社会的一条共识,其根本,就来自于欧几里得的《几何原本》。
数学家E.T.贝尔曾说过:“欧几里得教导我,没有假设就没有证明。因此,在任何论证中,都要先检查其假设。”
如今,任何从事科学研究的人,都将“公理化”视为自己的信条。很难想象,若是人类至今还未掌握这个技能,可能科技的发展也就是东一榔头西一棒子,无法形成系统而又自洽的体系,可能事到如今,我们每天都还在重新发明轮子吧。
数学在中国古代的发展,都缺失了其中最重要的一环,即无人继承。因此纵使有那些聪慧的头脑,也始终只是独自奋斗在数学的第一线。史书中要记载的人太多了,那些王侯将相,那些帝王世系,将数学家的光芒都给掩盖了。
墨家跨出去的那一步,在历史的岁月中,显得孤独而又无助,每每想到此事,无不让人遗憾良久。
但是,数学从不会消失,它的火光纵使微弱,也总能点亮一个又一个伟大的灵魂。

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多