笛卡尔:数学家、哲学家与物理学家的多重身份

作者: 方弦

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-04-08

笛卡尔不仅是著名的数学家,还是哲学家和物理学家。他的贡献包括解析几何的发展、现代哲学的开创以及光学的研究。他的名言“我思故我在”体现了他的理性主义思想。

除了是个数学家,笛卡尔还是著名的哲学家和物理学家。如果为笛卡尔制作一份简介,那么他的生平会是这样的:

笛卡尔,1596年出生于法国布列坦尼地区的一个小城市,父亲是当地议会的议员,而母亲在生他不久后就去世了。笛卡尔自幼体弱多病,还因此耽误过学业。18岁时,他进入了普瓦捷大学,根据父亲的安排攻读法律。后来,为了成为军官,他投笔从戎,从事军事工程师的工作,这也为他后来转为研究数学打下了基础。

笛卡尔在数学上的建树不仅限于解析几何。作为现代数学的早期开拓者,他创制的很多符号和理念都沿用到了现在,比如以上标表示乘方就来自笛卡尔。他还将几何原理应用到光学,结合他发现的光的折射定律,给出了彩虹的具体形状。

但他最重要的建树还是在哲学方面。人们普遍认为笛卡尔是现代哲学的开创者,出于他的数学和物理研究经验,他认为,人能够用纯粹的理性思考来认识这个世界,但在证据确凿之前,应当对任何结论保持怀疑。他的想法被后人称为理性主义。哲学名言“我思故我在”就出自笛卡尔。

一个寒冷的初冬晚上,笛卡尔独自钻进了一个暖炉房。在半睡半醒之间,他做了三个光怪陆离、关于鬼神的梦。醒来之后,他认为这就是神给予的指引,告诉他,他的任务就是通过科学研究来探索世间的真理。尽管可能只是一厢情愿,但这一夜推动了他成为了流芳后世的数学家和哲学家,而不是一名二流的律师。

笛卡尔一开始提出的坐标系,并不是现在我们常用的直角坐标系,它的坐标轴只有一根横轴,而纵轴是后人为了方便才加上去的。有了坐标系,平面上的每个点就都可以用横坐标、纵坐标来表示。而不同的几何图形,也可以用关于横坐标x和纵坐标y的方程来表示。直线是一个方程,圆也是一个方程。它们虽然看起来南辕北辙,但有着相同的本质:都是方程。

解析几何这种数形结合的观点同样大大推进了几何学本身的研究。在这种观点下,古希腊的三大尺规作图难题——倍立方、化圆为方、三等分角,都被证明是不可能完成的。尺规作图是只用圆规和直尺,解决平面几何中的画图问题,在数形结合的观点下,后人证明了,这三个问题对应要作出的长度,都不是任何圆和直线的方程组的解。也就是说,用尺规作图无法作出对应的长度,三大难题无法解决。

在计算机出现之后,解析几何更是大有用武之地。通过将几何问题转化为代数,很多问题我们便可以交给计算机来解决了,尤其在需要海量计算的时候。由此我们能解开非常复杂的方程组,通过代数计算证明几何命题不再难于登天。

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