“無窮小”的爭論:一個小小的數學概念竟然震撼了整個數學界?

提到"無窮小",想必很多人對它的印象還停留在中學時老師教授的概念:以數0爲極限的變量,無限接近於0。

或許很多人會心存疑問:這樣一個大家再平常不過的概念,又有什麼值得特別言說之處呢?事實上,只要稍加了解數學歷史,尤其是微積分發展歷史,就能知道這個小小概念對於整個近代數學的發展,甚至現代科技的發展有着至關重要的作用。

無窮小是分析學中的重要概念,在十七、十八世紀微積分誕生初期,數學家們對無窮小的觀點各持己見:無窮小究竟是不是零?無窮小及其分析是否合理?由此而引起了數學界甚至哲學界長達一個半世紀的爭論,造成了第二次數學危機。

“無窮小”的爭論:一個小小的數學概念竟然震撼了整個數學界?

微積分的創始人牛頓與萊布尼茨(圖片來源於網絡)

實際上,早在微積分發明之前,無窮小就已經在歐洲學術界掀起"血雨腥風",擁有迥然不同的宗教和政治背景的歐洲思想家和學者們,都曾經不知疲倦地圍繞"無窮小"這一概念爭論不休,甚至做激烈鬥爭。這場鬥爭的知名度雖然遠不如後來牛頓與萊布尼茨就"微積分之父"的名號之爭,但論激烈程度,完全不亞於後者。

"無窮小"的思想實際上最初是在哲學範圍內提出的。

“無窮小”的爭論:一個小小的數學概念竟然震撼了整個數學界?

公元前6世紀,畢達哥拉斯及其追隨者聲稱"萬物皆數",意思是說,世界上的所有事物都可以用整數或者整數的比值來進行描述。公元前5世紀,阿布德拉的德謨克利特用無窮小計算了圓錐體和圓柱體的體積。接着,埃利亞的芝諾提出了若干悖論,說明無窮小會導致邏輯上的矛盾。

芝諾最着名的悖論之一是"阿喀琉斯追烏龜"。阿喀琉斯是古希臘神話中善跑的英雄,在他和烏龜的競賽中,他的速度爲烏龜的10倍,烏龜在他前面100米開始跑,他在後面追,但他不可能追上烏龜——因爲在競賽中,追者首先必須到達被追者的出發點,當阿喀琉斯追到100米時,烏龜已經又向前爬了10米,於是,一個新的起點產生了;阿喀琉斯必須繼續追,而當他追到烏龜爬的這10米時,烏龜又已經向前爬了1米,阿喀琉斯只能再追向那個1米。就這樣,烏龜會製造出無窮個起點,它總能在起點與自己之間製造出一個距離,不管這個距離有多小,但只要烏龜不停地奮力向前爬,阿喀琉斯就永遠也追不上烏龜。然而,我們憑經驗可以得知,阿喀琉斯會追上烏龜,從而導致了一個悖論。

“無窮小”的爭論:一個小小的數學概念竟然震撼了整個數學界?

阿喀琉斯永遠也追不上烏龜(圖片來源於網絡)

由於無法解決無窮小導致的悖論,在此後相當長的時間裏,數學家們都選擇迴避無窮小,繼而關注幾何學清晰的系統化演繹推理,後來,歐幾里得幾何漸漸成爲了數學格式和方法的典範。

直到16世紀,新一代數學家才重新開始研究無窮小的問題。他們不再試圖攻克這個古老的悖論,而是直接以此作爲基礎,繼續推導下去,使大量原本難以計算的數學難題得以解決。這一發現震撼了整個數學領域。但是,這種做法遭到了種種阻礙與打壓。無窮小的支持者與反對者的對抗,竟然持續了幾個世紀,支持無窮小學說的數學家因此受到封殺,甚至軟禁,前程受到極大威脅。

着名歷史學家和數學家阿米爾·亞歷山大在《無窮小:一個危險的數學理論如何塑造了現代世界》一書中,詳細闡述了無窮小學說在16—17世紀的歐洲學術界引起的思想大戰。在這場大戰中,爲了發展或者消滅無窮小學說,置身其中的每個人都費盡心力,其中包括衆多着名的哲學家與科學家,如伽利略、托里切利、霍布斯等。

“無窮小”的爭論:一個小小的數學概念竟然震撼了整個數學界?

值得一提的是,本書並不僅限於討論無窮小的鬥爭史,作者顯然有更宏大的野心,他將無窮小視爲現代科技世界的基石,着眼於當時無窮小大戰的兩個主戰場——意大利與英國。隨着無窮小在意大利被徹底消滅,而在英國取得勝利,兩個國家走上了全然不同的發展道路。

在意大利,知識創新得不到鼓勵,社會流動性幾乎不存在,整個意大利幾乎處於停滯不前的狀態。而在意大利逐漸落後的幾年裏,英國逐漸成爲最有活力、最有遠見以及發展最快的歐洲國家。在亞歷山大看來,這場關於無窮小的鬥爭,其影響範圍遠遠超出了數學界,甚至也超出了科學和技術領域——更是一場關乎現代社會的面貌的鬥爭。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章