數(shù)學(xué)是學(xué)校教育各階段中最重要的學(xué)科,,支撐數(shù)學(xué)教育體系的是一些定理和公式,。通常,數(shù)學(xué)教師會在教學(xué)中簡單講解定理和公式的發(fā)現(xiàn)故事,,但這種講述顯得過于簡略且零散,,相比數(shù)學(xué)定理和公式的復(fù)雜程度,,顯得吸引力不足,很難充分激發(fā)學(xué)生的興趣,。盡管多部科學(xué)史,、數(shù)學(xué)史科學(xué)專著以及相關(guān)的科學(xué)家傳記作品,可以為讀者提供更為詳細(xì)的發(fā)現(xiàn)故事敘述,,卻帶有較強(qiáng)的專業(yè)性,。
美國科普作家、普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)博士,、2012年“美國數(shù)學(xué)聯(lián)合會年度傳播獎”得主達(dá)納·麥肯齊就談到,,公式是數(shù)學(xué)與科學(xué)的命脈,但在數(shù)學(xué)家與公眾之間,,往往橫亙著一條宏大的文化鴻溝,,人們因為不使用公式這種語言因而難以理解和適應(yīng)。因此,,激發(fā)學(xué)生對數(shù)學(xué),、科學(xué)的興趣,培養(yǎng)更多的數(shù)學(xué),、科學(xué)愛好者,,需要用詩意文字來展示數(shù)學(xué)之美,需要相對完整而富有趣味性的講述一個個數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程故事,,需要闡明數(shù)學(xué)定理和公式為人類帶來了哪些璀璨的文明成果,,并改變了人類歷史進(jìn)程,。
《無言的宇宙》是達(dá)納·麥肯齊撰寫的一本數(shù)學(xué)科普作品。這本書講述了數(shù)學(xué)史上24個有關(guān)數(shù)學(xué)公式的發(fā)現(xiàn)故事,,并將之串聯(lián)起來,,勾勒介紹了數(shù)學(xué)之于人類認(rèn)識自然、宇宙的演變過程,。
全書開篇就指出,,數(shù)學(xué)一開始就是認(rèn)識宇宙的工具。這門學(xué)科脫胎于測繪,、稅收,、建筑和天文學(xué),古希臘哲學(xué)家將之視為純理性的科學(xué),,認(rèn)為它能穿透實際世界虛幻的表面,,洞悉實質(zhì)。而在古代印度,、中國,,數(shù)學(xué)在更長時間中從屬于天文學(xué)。中世紀(jì)的伊斯蘭世界繼承了古希臘和古印度兩大不同的數(shù)學(xué)穿透,,將之發(fā)揚(yáng)廣大,,再傳播到西歐。
盡管在古代巴比倫,、埃及,、印度和中國,都已經(jīng)形成與今天一樣的“等式”概念,,但等號卻是在1557年才首次亮相,。而在19世紀(jì)之后,等式概念又受到了顛覆性挑戰(zhàn),,數(shù)學(xué)進(jìn)一步復(fù)雜化,超越普通人思維,。零最早出現(xiàn)在古印度(公元628年),,數(shù)學(xué)家婆羅摩笈多還闡述了復(fù)述的概念。數(shù)學(xué)概念的提出和獲得普遍應(yīng)用,,很多情況下會相隔較長時間,。
古希臘哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯認(rèn)為,,世界萬物都是由數(shù)字統(tǒng)治的,,這個判斷是在計算機(jī)時代才顯示出其正確性。畢達(dá)哥拉斯還提出了“完全數(shù)”,、“質(zhì)數(shù)”等數(shù)學(xué)概念,。同期的東方,,《九章算術(shù)》則同樣成為數(shù)學(xué)的開創(chuàng)性著作,這本匿名著作的點評人劉徽測出了圓周率小數(shù)點的四位準(zhǔn)確數(shù)字,。古代數(shù)學(xué)就這樣在不同古文明背景下延續(xù)發(fā)展著,。
數(shù)學(xué)史上的芝諾悖論相當(dāng)有名。假設(shè)你認(rèn)為從A點去B點是可能的,,芝諾會與你辯論,,說在到達(dá)B點之前,你必須完成這段路程的一半,,在完成半程之前又必須完成半程的半程,,以此類推,你永遠(yuǎn)不可能從A去B,。中國古代也有哲學(xué)家提出過類似的悖論辯題“一尺之棰,,日取其半,萬世不竭”,。書中點評指出,,這實際上代表著此前一直處于靜止?fàn)顟B(tài)的數(shù)學(xué)定理、公式,,遇到了運動狀態(tài),,沒有人能讓時間停止,不可能出現(xiàn)“日取其半”的極限無窮,。
中世紀(jì)后,,數(shù)學(xué)及以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的其他自然科學(xué),發(fā)展速度進(jìn)一步加快,。開普勒提出了三個數(shù)學(xué)定律,,而后被牛頓所證明。天才數(shù)學(xué)家費馬提出了多個定理和公式,,這很大程度上影響了之后的數(shù)學(xué)發(fā)展,,時至20世紀(jì),人們?nèi)栽谠O(shè)法證明費馬定理,。牛頓和萊布尼茨分別創(chuàng)立了微積分,,兩人分別側(cè)重于物理學(xué)和傳統(tǒng)哲學(xué),這項成果被證明革命性的改變了數(shù)學(xué)傳統(tǒng)用途(測繪,、天文等)的精確性,。18世紀(jì),歐拉開創(chuàng)了數(shù)學(xué)家大膽向同行和公眾公布研究成果及進(jìn)展的方式,,打破了過去很多個世紀(jì)內(nèi)數(shù)學(xué)家將學(xué)術(shù)發(fā)現(xiàn)隱匿不發(fā)的傳統(tǒng),。這些為19、20世紀(jì)新代數(shù),、群論,、非歐幾何等一大批數(shù)學(xué)新成果的涌現(xiàn),,為工業(yè)革命、第二次工業(yè)革命,、新科技革命潮流的到來鋪平了道路,,提供了可信賴的理念和工具。