被爱因斯坦说不爱智识的日本人,曾沉迷于做数学题,并独立于西方造出了一套几何体系

作者: Tony Rothman 等

来源: 把科学带回家

发布日期: 2018-07-10

本文讲述了爱因斯坦对日本人的偏见,以及日本人在被西方文明封闭的情况下,独立创造出一套几何体系的历史。文章详细描述了日本人对几何学的痴迷,以及他们在没有西方影响的情况下,如何发展出独特的几何学,包括算额的制作和研究。最后,文章指出,歧视和偏见往往来自无知,即使是爱因斯坦也无法免俗。

近日,爱因斯坦被爆说了一些有种族歧视嫌疑的言论。1922年,当爱因斯坦在远东和中东游历时,他在旅行日记中写下了这样的文字:中国人是“勤劳、肮脏、迟钝的人”,“中国人吃饭时不坐在长凳上,而是像欧洲人在茂密的树林里大小便时那样蹲着。一切都安静、肃穆。连孩子也无精打采,看起来很迟钝。”他对日本的描述则是,“(日本)这个国家对智识的需求似乎没有对艺术的需求强烈——天生的性情?

”爱因斯坦因为这些歧视性言论引起了网友们的疯狂抨击。但是,他针对日本的一部分言论不是完全没有道理,另一部分则错得离谱。

日本人在热爱艺术方面的确很痴狂,甚至到了为了美学,在被西方文明封闭了几百年的情况下,创造出了一套独立的几何体系。他们在这套几何体系中证明的一些定理领先西方数百年。1543年,葡萄牙的商船首次来到日本,这是日本第一次接触西方文明。

西方的传教士不但带来了圣经,还带来了欧几里得的《几何原本》。自此以后,几何学就在日本上下火了起来,很快变成了日本的全民休闲活动。对于日本的佛教和神道教来说,欧式几何学也充满着非人间的神圣的美,因此备受珍视。

不过很快,日本政府就意识到了西方文明可能动摇自己的统治。因此到了1635年,几乎所有的天主教堂和圣经都被摧毁了。

为了巩固统治,那时的日本德川幕府公开宣布闭关锁国,禁止葡萄牙和西班牙的船队靠岸,任何西方的文化都被是被禁止的,其中就包括西方的科学知识。在1639-1854年间,日本处于与西方世界完全隔绝的封闭状态中。所幸的是,欧几里得的几何学由于得到了佛教和神道教的青睐而逃过一劫,并且在日本开始独立演化。

图中,左边的妇女和儿童正在学习使用日式算盘。右边的教师正在教授几何算法。你可以想象,一些僧侣组成了学习小组,聚在一起钻研数学题,并共同探讨新的数学工具。正是在这段自闭期间,一套日本本土的几何体系在江户时代生根发芽,枝繁叶茂。因此,日本的传统几何学也被称为日本寺庙几何(Japanese Temple Geometry)。

由于得到了宗教庇护,几何学也开始渗入民间。在这自我封闭的200多年里,武士、商人、农民实际上普遍爱好数学,尤其嗜好几何问题。比如,日本著名数学家、人称“算圣”、“日本牛顿”的关孝和就出生在这个时代。关孝和在求弧长时,差不多和牛顿同时创建了插值公式。这个时代的日本人制作了许多彩色的木版画,上面描绘了各式各样的几何问题。这些木板被称为算额(sangaku),就是带有数学题的木板的意思。

它们被悬挂在佛教和神道教寺庙的墙壁和屋顶上。学者们猜测,算额的传统始于17世纪。目前最古老的算额可追溯到1683年,它位于栃木县内。另外一块古老的算额是1686年的,位于京都。由于对数学题的需求巨大,1789年,日本开始印刷制作算额的册子。一直到19世纪这样的数学题册字还在印刷制作。

从各种意义上来说,算额都算得上是艺术品。大多数算额问题都颜色鲜艳,但没有给出解法,只有答案。

算额虽然以几何问题为主,但有时也有一些其他数学问题,比如丢番图方程(diophantine problems)。从仅存的算额木匾来看,许多算额的问题属于欧几里得几何问题,但是它们和我们现在中学的那些问题很不一样,因为算额最钟爱的图形是圆和椭圆。一些算额的问题很简单,小学生也能解决,另一些问题很难,需要借助微积分的知识。

一些算额得到的结果甚至超前西方几百年,它们对于意大利数学家马尔法蒂的六圆定理(Malfatti theorem)、开世定理(Casey theorem)、弗雷德里克·索迪在1937年证明的六球连锁定理(Soddy hexlet theorem)的证明和解决早于欧洲。然而,到了19世纪,寺庙几何学开始在日本衰弱。

1854年,美国海军将领马休·佩里(Commodore Perry)的黑船开到了日本,日本被迫打开国门。这段耻辱的记忆在日本人头上挥之不去。由于感受到了西方的强大,自己的落后,在此后的很长时间里日本人深以本国的寺庙几何为耻。他们认为微积分和其他先进的西方科技才值得学习,算额这门古老的传统也因此被贴上了封印。

1872年,日本官方禁止学校教授包括算额在内的寺庙几何,许多寺庙的算额木匾甚至被拆毁了,目前仅有900块不到的算额流传了下来。这样的结果就是,现在除了少数传统日本数学爱好者和研究者以外,普通日本人也对算额一无所知。20世纪60年代的时候,一个叫做深川英俊(Hidetoshi Fukagawa)的日本高中数学老师为了更好地教授传统数学,决定学习日本的数学史。

一次,他无意地发现了一本旧书中对算额的描述,这让他惊呆了,因为有数学博士学位的他从来没有听说过这门传统数学。

他开始游历日本,搜集和研究算额。为了读懂算额上的内容,他还自学了汉文,也就是日本的汉语,因为在江户时代,数学和科技文献往往都是用汉文写的。在潜心研究多年后,1989年,深川英俊和英国几何学家丹尼尔·佩多(Daniel Pedoe)出版了第一本关于算额的英文书籍。来看看深川英俊整理的一些算额。

上面的算额在西方被称为阿波罗垫片(Apollonian gasket),它是一个著名的分形图案。

这是1824年群马县的一块算额上的几何问题。若三个圆相切,那么它们的半径之间有什么关系?是不是有中学几何题的既视感?这是1825年的一个算额问题。一个圆柱穿过一个球体,并且和球体的表面相切。这是神奈川县的算额题,可追溯至1822年。

算额上的原文是这样表述的:今有如图球内容日月球其缺隙环容逐球外球径三十寸日球径一十寸月球径六寸甲球径五寸问逐球径几何翻译成现代的语言解释就是:2个球互相接触,它们和绿球也互相接触。蓝色的球和相邻的蓝球接触,并和绿球接触,那么一共有多少个蓝球?它们的半径之间有什么关系?写着六球连锁定理问题(最左)的1822年的算额这个算额问题比弗雷德里克·索迪的定理的提出还要早一个世纪。

索迪是著名的英国化学家,他和欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)共同发现了元素的嬗变(一种化学元素转化成另外一种元素)。看来,歧视和偏见往往来自无知。这点,连爱因斯坦也无法免俗。

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