1+1=2 也算一个伟大的发现吗?

作者: 科学大院

来源: 科学大院公众号

发布日期: 2018-08-26

本文探讨了1+1=2是否算一个伟大的发现,通过不同人群的视角,特别是数学家的观点,展示了计数能力的重要性及其对数学和语言发展的影响。文章还介绍了人类和动物的计数能力,考古发现如伊尚戈骨骸,以及古巴比伦和古印度在计数方法上的创新,特别是位置计数法和阿拉伯数字的发明。

1+1=2 也算一个伟大的发现吗?这个问题在不同的人群中必然会得出不同的答案。让我们姑且把答案分为“否定”和“肯定”两种类型好了。如果去问问已经接受过启蒙教育的小朋友们,这个问题看起来就会十分“愚蠢”了。因为小朋友们很可能会回答,他知道 1+1=2,也知道怎么从1 数到10,他甚至能数到 100,老师刚刚在课堂上讲过,十分简单,他肯定不会把这个公式当成“伟大发现”。但如果是去问数学家呢?

数学家一定会告诉你,这个公式十分伟大,因为它代表人类已经掌握了计数的本领。可以说,让我们在数学考试中十分头疼的一切难题,都是从人类掌握数数技能之后才开始。我们现在无法想象,如果没有计数的能力,数学中一切抽象而复杂的内容要通过什么方式去表达。让我们从伸出自己的双手开始好了,你一定在猜测我想问什么:你的手总共有几根手指?

或许你蒙对了,真的在不知道“双”的概念时就伸出了两只手,那么你能回答“你的手总共有几根手指”这个问题吗?还是不能,因为你不会计数啊!我们可以大胆想象,如果不会计数,那么“数量词”这种东西,也不应该存在于世。这实在是太可怕了,如果没有计数能力,别说是数学不会有什么发展,就连语言文字都会变得一塌糊涂。提到这个问题,刚刚可能还对1+1=2的重要性讲得眉飞色舞的数学家们,就无法给出一个令人满意的答案了。

因为到现在为止,我们无法考证人类是从何时开始第一次使用计数能力的。正因为如此,我们也很难知道人类真正掌握计数能力的原因。或许可以这样理解:数字并不是人类发明创造出来的,而是如同原子、引力这类东西一样,原本就存在于自然界当中,我们不是创造了它,只是在运用它罢了。之所以会有这样的想法,是因为不光人类掌握着计数能力,很多动物也有着类似的本领。

比如蜜蜂,它们能够数出4种包含不同元素的图案,帮助它们顺利记住食物的来源,在复杂的环境当中生存下去。也难怪 19 世纪德国数学家利奥波德·克罗内克会说:“上帝创造了整数,其余都是人做的工作。”虽然我们现在无法判断,人类是从什么时候开始掌握了计数能力,不过依然有一些考古发现,可以帮助我们去理解远古人类对“数数”的认知。典型的案例之一,就是“伊尚戈骨骸”。

1960 年,比利时的地质学家在刚果民主共和国境内,发现了一些刻着线的骨头。这些骨头来自狒狒,上面的刻痕数量繁多,一开始被认为是当时的人们用来简单记事的,但数学家们认为,这些有22000 年历史的骨骸所拥有的丰富的数学意义,远远不是用来记事这么单纯。这则故事来自明朝著名教育家刘元卿的《应谐录》,教育我们不要偶然学会一点点东西就自以为了不起,更不要浅尝辄止。

除去这个意义之外,我们还可以从这个故事里发现一些数学上的意义。财主的儿子掌握了“一”,就如同几万年前的人类掌握了用一道刻痕来计数一样。我们有十根手指——好的,现在你有计数的本领了,终于可以数清楚你有几根手指了——数到十也没什么问题。可是,当数字达到“万”的时候,无论是刻痕还是手指,就不那么方便了。我们先来看看古巴比伦人是怎么应对的。

为了表达更大的数字,古巴比伦人创造性的将数字列成排,让数字的位置和数字的符号本身拥有了同样重要的意义。和我们现在习惯使用的十进制不同,古巴比伦人用的是60 进制。当时他们通过楔形文字来表达数字,一个纵向的细楔形表示1,好几个这样的楔形组合起来,可以表示 2 ~ 9,接下来,他们又创造了一个横向的粗楔形来表示10,多个 10 的楔形符号组合起来,可以表示 20、30、40 和 50。

通过这些符号,数字 1 ~ 59 就可以书写下来了。这听起来似乎没什么大不了的?真正有趣的事情,是发生在古巴比伦人记录60的时候。当表示60 这个数字的时候,他们并没有再用6 个 10 的符号进行组合,而是在左边开始写出新的一列,写入数字 1 的符号来表示。这就是所谓的位置计数法,它通过让数字待在不同的位置,用来表达出更加复杂、庞大的数值。

当古巴比伦人用60 进制来计数的时候,古印度人用10 进制作为通用的数字系统——和我们今天一样。换句话说,这个系统的数字以 10 位进制,逢10进 1。顺便要告诉大家,古印度人不仅是使用10 进制的先驱,也是我们现在常用的阿拉伯数字的发明者。这听起来似乎有些名不副实,但事实上,这套数字早是由古印度人发明的,后来由阿拉伯人带入欧洲。

它与罗马数字共存于欧洲长达数个世纪之久,因为书写简便等原因,逐渐成为主流。直到15、16 世纪,随着印刷技术的逐渐发展,识字的人越来越多,书写也越来越标准化,这套数字才定格成我们现在看到的模样。

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