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01
毕达哥拉斯
“万物皆数”解析世界的构成

毕达哥拉斯(Pythagoras,公元前580至公元前570之间—约公元前500)

《历史上最伟大的10个方程》一书的作者在其引言中讲道:“人们一旦理解了某个重要方程,就能窥见比我们感知的更深层面上的世界结构,揭示世界本身与人们经验之间的深层联系。”此书第一篇文章便是《文明的基础——毕达哥拉斯定理》。毕达哥拉斯,是梵蒂冈壁画《雅典学派》(画家拉斐尔在意大利文艺复兴时期所作)中突出描绘的一位古希腊重要学者。

毕达哥拉斯生于爱琴海的萨摩斯岛,后来移居到古希腊海港克罗顿(今属意大利),并在那里创立了“毕达哥拉斯学派”。他组建这个组织严密的学派是为了更加深入地研究数学和哲学等。在这个学派中,毕达哥拉斯及其追随者们认为“万物皆数”,西方以他的名字命名的毕达哥拉斯定理就是这一思想最好的佐证之一。

实际上,直到今天,谁也不能证实第一个证明了毕达哥拉斯定理的就是毕达哥拉斯本人。但有一种说法是,西方用毕达哥拉斯的名字为该定理冠名,大概是因为他第一个对自己所写的证明做了记录,并被后人保存了下来。还有另一种说法,并不是因为传言他首先指出了这种数形联系,而是因为他设计了一种从数学上证明它之所以如此的推算方法。事实上,这一定理的证明路数之多,是其他数学发现难以比拟的。在古代中国,它被称为“勾股定理”。

今天,人们都知道如何表述这一定理:“直角三角形两个直角边长度的平方和等于斜边长度的平方。”(见题图右下角的数学公式: a 2 + b 2 = c 2 )。对当时的毕达哥拉斯来说,按部就班地运用一些基本方法证明直角三角形具有共同的性质,并不是最令人惊讶的事情,倒是他坚信数字里蕴含着一种神秘力量的思想更加伟大。他认为,从某种意义上讲,数字是有生命的,要么阳性,要么阴性;要么美丽,要么丑陋。他还认为“10”是最好的数字,因为它是头4个正整数之和:1+2+3+4=10,算作“十全十美”。

虽然毕达哥拉斯毫不怀疑万物皆数思想的正确性,但他仍然为一些看起来似乎不存在的数字感到困惑。当他把定理应用于一个两直角边相等的直角三角形时出现了问题——1的平方仍是1,1加1得2;但是他已经指出2是一个素数,因此找不到一个有理数的平方等于2。这个问题引发了第一次数学危机,也可以称为无理数危机。无论如何,是毕达哥拉斯创建了“万物皆数”这一简洁而又深刻的思想。今天,后人已经将其发展成“数学宇宙 ”的学说。

古希腊毕达哥拉斯学派遵循着“哪里有数,哪里就有美”这一古老信条。而且他们发现,数字比例不仅存在于数学领域,同样可以用来进行音乐创作 。这样一来,毕达哥拉斯应该算作人类有记载以来第一位既是纯粹的数学家又是首位证明数字中的比例可用于音乐的人。数学可谓人类理性与想象的接口,它将现实与虚拟结合得天衣无缝。毕达哥拉斯与后来的开普勒、爱因斯坦等都是音乐伴随寻求真理的杰出人物,而在这方面,毕达哥拉斯堪称开先河者。

创作感言

毕达哥拉斯是最早的纯粹数学家,同时又是将数学与音乐融合的人,所以,我竭力将数形结构元素融入其科学肖像的创作之中,表现数学定理图形与音乐感相结合的直观艺术形象。考虑到他讲究几何比例和音乐韵律,其科学肖像中,我让其脑、眼、鼻、耳、口等都呈现出几何图形和隐约的律动条纹,其中较为突显的鼻部呈现出一个数字直角三角形,他那聪明绝顶的脑袋更显现出智慧的光芒。他正在书写的方程式是经典的“毕达哥拉斯定理”,采用光谱色是为了更加醒目地强调数形定理的美妙。 4+ZkHoMtGPYHf1SH7+f7+4DBFdoRsa6AM3yQvWEpRuIMUeeLlKIiotC+TGeoSzXf



02
哥白尼
虔诚之心激发“日心说”思想

尼古拉·哥白尼(Nicolaus Copernicus,1473—1543)

哥白尼生前是一位波兰神父,但他的神职工作并没有给世人留下太多记录,倒是他业余的天文观测及其思想,实际成为近代科学革命的原点,将自然研究从神学中解放了出来。他用一种有关行星运动的“日心说 ”体系取代了公元2世纪托勒玫提出的地心体系。显而易见,哥白尼的理论引起了我们宇宙观历史上的一次革命,并引起了人类整个哲学观念的巨大转变。

早年,哥白尼在意大利求师访友,重读了古希腊和古罗马的哲学著作。经过长时间的研究和观测,他基本上弄清楚了地球运动的问题,并了解到古希腊萨摩斯岛的哲学家阿利斯塔克(公元前3世纪)等人的思想,即地球和其他行星是围绕太阳运行的。哥白尼不但确信这一思想的正确性,还于40岁时写了一本小册子,提出了日心说的初步框架,但是这本手写的小册子仅在他的朋友中流传。后来,哥白尼又花了很多年时间进行观测、计算和研究,将完善后的内容写进了他那本伟大的著作——《天体运行论》。在此书中,他系统地描述了他的日心说思想,并给出了充分的证据。

虽然阿利斯塔克早在哥白尼之前1700多年就提出了“日心猜想”,但却从来没有为自己的理论提供充足的细节,证明并使之成为有科学价值的东西。所以,将科学的日心说之大部分贡献归于哥白尼是恰当的。在细节上解决了这一假说的数学问题后,哥白尼将其转化成了一种有用的宇宙学体系,一种可以用来预测天象,并检验很多天文观测的理论。同时,它还可用于与托勒玫的地心说进行有实际意义的抗衡。

如果我们仅仅考虑哥白尼的日心说思想对科学技术的直接影响,就会忽略其真正意义。他的著作是伽利略和开普勒两人工作不可或缺的“序幕”;而这两人的研究为牛顿力学做出了巨大贡献——正是基于他们的发现,牛顿提出了其万有引力定律和运动定律。所以,从历史的角度来看,哥白尼日心说思想的提出不仅是现代天文学的开始,也应该成为现代科学的起点。

《天体运行论》于1543年出版,当一本印好的书被送到哥白尼的病榻前时,他已处于弥留之际。在书中,他正确地描绘了地球及其他行星围绕太阳转动的画面。尽管他的理论并没有那么完美无缺,但他的书还是迅速引起了人们的极大兴趣,同时也促使了其他天文学家对行星运动进行更精确的观测。其中最知名的便是丹麦天文学家第谷——正是从第谷积累的观测数据中,开普勒推导出了行星运动三定律。可以认为,从哥白尼天文学革命到牛顿物理学革命,实际上存在着一条科学革命中的逻辑链条。

哥白尼革命拉开了现代科学发展的序幕,这与他具有艺术家般的直觉和转换视角看问题的能力是分不开的。最终,他成为创绘日心说思想新图景的伟大画师。

创作感言

我在创作的题图中,突出了哥白尼那艺术家般的长发、薄薄的嘴唇和坚毅的目光。我将他在《天体运行论》中的“日心说”插图放置在他的胸口,象征着这位神父将他的虔诚之心奉献于他的至上学说,并将那个时代日月星辰的画法作为其光辉形象的背景——太阳正挣扎着向上爬行并清除阴霾,欲借助日心说的思想威力确定其应有的地位……而哥白尼从下端象征着中世纪黑暗与神学思想禁锢的黑色大地中脱颖而出,其签名似铮铮铁骨,烘托着上方他转换视角所创立的“日心说”。 4+ZkHoMtGPYHf1SH7+f7+4DBFdoRsa6AM3yQvWEpRuIMUeeLlKIiotC+TGeoSzXf

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