新浪科技讯 北京时间11月1日消息,一些人认为,数学本身就存在于自然界中,等待被人们发现;而另一些人认为,数学完完全全就是人类大脑的创造。时至今日,这个问题依然没有确切的答案。
对大多数人来说,解决数学问题和记住一长串数学公式是相当困难的。但是,你有没有想过,数学这门学科是否本身就存在于宇宙当中,等待被人发现?或者,数学只是有些人故意发明出来的东西?这些问题的答案就像微积分运算一样复杂。
毕达哥拉斯定理,即我们熟知的勾股定理信不信由你,数学已经成为我们当今世界的中心。我们的智能手机、汽车、建筑甚至天气预报,都要依赖数学。从古至今,研究数学的哲学家们一直在争论一个重要的问题:数学究竟是被发现的,还是被发明的?
有些人认为数学就存在于我们的内心,数学所研究的对象是我们创造出来的。也有哲学家认为,数学独立于我们的思想而存在,与人类存在无关。但真相究竟是什么?我们只能在发明或发现之间进行选择吗?想要知道真相,首先让我们来了解一下数学的历史。
柏拉图是古希腊著名的哲学家和数学家,他认为数学实体是抽象的,独立存在于它们的世界中,在空间和时间之外数学的历史有多古老?
数学的故事和人类一样古老,它已经从与牲畜数量有关的简单算术,发展成为对一个物体进行复杂研究的抽象概念。直到公元前600年,当人类文明稳定下来,各种职业开始出现时,数学才有了初步的发展。人们用数学来测量土地,或者计算个人税收等。后来,在公元前500年时,罗马数字出现了,它们至今仍然被用来表示数量。
科学家认为,像加减这样的基本数学函数可能在几千年前同时出现于印度、埃及和美索不达米亚等许多地方。高等数学可以追溯到2500年前的希腊,当时的数学家毕达哥拉斯给出了一个著名的方程——毕达哥拉斯定理,也就是我们常说的勾股定理。不过,历史学家相信这个定理——平面上的直角三角形的两条直角边的长度平方和等于斜边长的平方——早在毕达哥拉斯出生的一千年前就已经在世界各地广泛应用。
黄金比例公式从那时起,越来越多的数学家开始努力扩展他们对数学的理解。然而,对于接下来这个重大的问题,还没有人能找到确切的答案。
数学本身就存在于宇宙中吗?
在历史的某些时刻,人们发现,有些东西在他们进行数学运算之前就已经存在;在另一些时候,人们会认为是自己发明了不同的方程和方法,将脑海里的东西记录下来。
自然界中的黄金比例有人认为,与灯泡、电视等物品不同,数学并不是一项发明,而是一种发现。这种观点背后的思想是,数学存在于上帝或柏拉图式的思维世界中,而人类所做的就是发现它——这一立场被称为柏拉图主义。古希腊思想家和数学家柏拉图认为,数学实体是抽象的,独立存在于它们的世界中,在空间和时间之外。
有些数学思想非常基础,即使你没有发现,别人也会发现。数学是科学的语言,它的结构是自然、固有的。即使宇宙明天就消失,永恒的数学真理也仍然存在。我们有责任去发现它,理解它的功能,并在我们的知识基础上找到可以控制物理事件的解决方案。
许多数学家都支持这一观点。他们发现了许多永恒的真理,而这些真理——比如没有最大的质数,小数形式的圆周率可以无限延伸等——与发现它们的头脑无关。
数学本身可以在自然界中表现出来,并蕴藏着许多普遍问题的答案。在自然界中,我们经常可以找到一个与数学有关的例子——黄金比例。
赛菊芋属植物的花瓣呈斐波那契数列的模式黄金比例与斐波那契数列
黄金比例描述了宇宙中最可预测的模式。它描述了从原子、飓风、人脸、人体到银河系的一切。黄金比例是两个部分a和b的比例等于(a+b)除以较大的部分a的值,约为1.618,用希腊字母φ 表示。它也被称为神圣比例。
黄金比例源于斐波那契数列,以意大利数学家列奥纳多·斐波那契的名字命名。数百年来,斐波那契数列一直令许多数学家、科学家和艺术家着迷。在这个数列中,每一个数字都是它前面两个数字的和,即0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,……
我们可以在身边的各种事物中看到斐波那契数列,例如贝壳、动物、金字塔和其他意想不到的地方。花瓣也遵循斐波那契数列。如果仔细观察,你会发现一朵花的花瓣数可能是以下几种之一:3、5、8、13、21、34或55。例如,百合有3片花瓣,波斯菊有8片花瓣,玉米万寿菊有13片花瓣,菊苣和雏菊有21片花瓣,米迦勒雏菊有55片花瓣。这些现象支持了一个论点,即数学函数一直在自然界中存在着,我们所做的只是发现它们。
用于显示零下温度的负整数数学是我们创造的吗?
有些人反对数学被发现的观点,比如反柏拉图学派,他们认为数学是被发明的。换言之,数学是人类的一项发明,其设计方式可以恰当地描述物理世界。为了满足我们的需要,人类的头脑不断创造出各种数学概念。
如果宇宙明天就消失了,那么每一个虚构的想法,比如足球、国际象棋或我们发明的任何活动都会消失,数学也是如此。
人类可以通过观察自然界中出现的模式来了解宇宙的运作。通过从周围世界中抽象出形状、线条、群组等元素,我们创造出了数学概念,并将这些概念联系起来,以达到某种目的,或者只是为了好玩。
几何学和算术的发展来源于我们观察和区分形状的能力,如圆形、三角形等。我们也用几何来区分直线和曲线。
一开始,我们用的是自然数1,2,3……等来计算我们周围物体的数量。后来,我们发明了更多的概念,如负整数、有理数、无理数、复数等等。这些数学概念的扩展都是为了服务于我们的各种目的。
打个比方,如果水银计的温度降到0度以下。那么,为了说明一个小于零的数,我们就会引入负整数的概念,并写成-10℃或-25℃。正是由于这种基于周围所见而创造出新概念的过程,我们的确也可以说,数学诞生于我们的感知和心理设想。
有些人认为数学是一项发现,有些人则认为它是一项发明,这两种观点之间的争论可能会永远持续下去。考虑到这个问题已经存在了两千多年,在短时间内,我们应该不太可能找到完美的答案。不过,显而易见的一点是,数学并不在乎我们是否认为它是被发明的还是被发现的,或者两者在其存在中发挥了何种作用。不管我们对此的观点如何,数学都会客观地发挥它的作用,继续为人类造福。(任天)