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發達了兩千年的中國數學在近代落后,吳文俊怎么看
關鍵字: 吳文俊中國古代數學【文/ 觀察者網 孫武】
5月7日,首屆國家最高科技獎獲得者、著名數學家吳文俊院士去世。
上世紀70年代后期,吳文俊開創了數學機械化領域,提出了用計算機證明幾何定理的“吳方法”,享譽世界。而這項成就源于他對中國古代數學的重新認識,他在涉足中國古代數學史時發現,貫穿中國古代算術的機械化思想,非常符合現代計算機的思想,這促使他想二者合一,解決一些數學問題。他開始選擇了初等幾何定理證明作為嘗試。
中國自古以來是一個數學先進的國家,自秦漢到宋元,數學發展世代不絕,到十三四世紀,更是達到鼎盛時期,在許多領域內遙遙領先于世界。日本著名數學史家三上義夫說:“中國之算學,其發達已有二三千年的歷史,以算學之發達,包含于如此之大文明中而有如此久長之歷史,世界諸國未嘗有也。”相比之下,古希臘幾何學在盛極一時之后,大約一千年的時期中幾乎完全停滯。
然而,到了元代中期以后,中國傳統數學逐漸衰落,到了清初幾成絕學,16世紀后歐洲數學突飛猛進,讓中國望塵莫及。中國近代數學為什么會落后?中國傳統數學為什么未能發展成近代數學?在緬懷吳文俊院士之際,這個重大問題有必要再次被關注。
對中國古代數學,吳文俊是“口出狂言”的,他在《中國古代數學對世界文化的偉大貢獻》中指出,近代數學之所以能發展到今天,主要是靠中國(式)的數學而非希臘(式)的數學,決定數學歷史發展進程的主要是靠中國(式)的數學而非希臘(式)的數學。
主編吳文俊與《中國數學史大系》四位副主編
他在《對中國傳統數學的再認識》一文中說:
“要真正了解中國的傳統數學,首先,必須撇開西方數學的先入之見,直接依據目前我們所能掌握的我國固有數學原始資料,設法分析與復原我國古時所用的思維方式和方法,才有可能認識它的真實面目。”
根據原始資料,吳文俊駁斥了以下幾條詆毀:
1 中國傳統數學中從來沒有出現過素數與因子分解,因此中國古代沒有數論。
2 中國傳統數學中從來就沒有平行線概念的痕跡,因此中國古代沒有幾何。
3 中國古時未曾出現過文字代表數字以及討論根的性質一類工作,因此中國古時沒有代數字。
4 中國典籍中從未出現過歐幾里得《幾何原本》中的演繹證明方式,因此中國古代數學沒有邏輯思維。
5 中國古代數學從未考慮過無理數或實數這樣的概念,更沒有復數的痕跡,因此中國古代沒有數系統甚至沒有數學。
比如第一條,中國雖沒有素數與分解因子的概念,但有最大公因子的概念及其求法:“以少減多,更相減損,求其等也”(《九章算術》)。利用這種“求等”方法,中國剩余定理更是數論上的杰作,在解決同余式問題時,對于有著天文數字般大數的問題,能輕易地獲得答案,而如果依靠分解因子,即使用現代的計算機也不容易完成計算。
以上這些,都是“小Boss”。真正的“大Boss”,也是西方學者否定東方數學價值的唯一“實證”,就是“近代數學產生于歐洲,而未發生在中國。”由此說明,中國數學體系有自身的弱點。
什么弱點呢?總結來總結去,無非是三點:
1 中國傳統數學缺少嚴格求證的思想,阻礙了數學的抽象化、系統化。
2 從未自發地發明任何公式的符號方法。
3 偏重計算、依賴算具,限制了數學方法的改進流傳。
一直以來,《幾何原本》的公理化體系,被視為西方科學誕生的源頭,被捧到至高無上的地位。實際上,中國傳統數學在抽象性方面比起古希臘數學毫不遜色。古希臘人證明了無理數存在,但因為無法構造出無理數,造成了第一次數學危機。而中算家不僅構造出正、負數,使“方程”暢行無阻,還用十進分數的無窮序列來逼近無理根(劉徽的求微數法),已達到了現代實數系理論的雛形。
古希臘的論證幾何與形式邏輯非常杰出,但古希臘人竭力避免抽象的數,而數作為計算對象的抽象性勝過直觀的幾何圖形,這也造成了古希臘人在計算方面的落后。
計算與邏輯都是數學方法不可或缺的。中國傳統數學的特點是形數結合,以算為主,使用算器。
如果把電子計算機看作對應于算籌的硬件,那么中國古代的算術可以看作軟件思想,可以比作計算的程序設計。中國古代數學著作中的“術”,都是一套描述程序化算法的程序語言。比如,“方程”這一籌式,以遍乘、直除(累減)為基本變換,“方程術”就是反復施行這兩種基本變換而逐個消元求解的演算程序。中算中的“方程”相當于現代線性方程組的增廣矩陣,演算程序相當于矩陣的初等變換。
前面說的中國剩余定理,即“大衍求一術”,就在籌算程序設計上達到了很高水平。如果說古希臘數學家以發現定理為樂趣,那么中國算學家就是以創造精致算法為己任。
雖然以算為主,但中國傳統數學并非沒有理論證明。趙爽、劉徽、祖沖之等人,都在對算經的注釋中“寓理于算”,可惜許多口授師傳、記錄在注釋中的算理,包括祖沖之父子的論著在內,都已失傳或殘缺。
而流傳至今的劉徽《九章算術注》,包含著豐富的邏輯內容,對率、正負數、方程等重要數學概念都給出了精辟的定義,涉及了歸納、演繹的推理方法,兼用了綜合法、分析法甚至反證法等證明方法。劉徽的《九章算術注》表明,中國傳統幾何學以勾股形代替一般三角形來處理直線形的問題,避開了角的性質和度量、平行線和一般相似形等繁瑣理論,卻達到異曲同工的實際效果,而且理論建筑更簡明扼要。
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