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无理数数学的殉道者——希帕索斯
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2023.12.03 河北

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闪耀的人类群星2023-07-31 19:12广东

希帕索斯(Hippasus)是毕达哥拉斯(Pythagoras)的得意门生,他是第一个发现无理数的人,他的生卒年月不详。

  

伟大的数学家毕达哥拉斯认为,世界上只存在整数和分数,除此以外,没有别的数了。但是,当一个正方形的边长为1时,对角线的长度m是整数还是分数,一直困扰着毕达哥拉斯和他的门徒。他们费尽九牛二虎之力,也无法确定m到底是什么数。这个问题引起了学派成员希伯斯的兴趣,他花费了很多时间去研究,最终断言:m既不是整数也不是分数,是当时人们还没有认识的一种新数。

从希伯斯的发现中,人们发现了一种新的数,除了整数和分数以外,还存在着这种数。那么,这种新数应该被起什么名字呢?整数和分数都可以表示成整数和整数的比值(整数可以看作整数和1的比值),因此,整数和分数被合称为“λογος”,意为“成比例的数”,英文为“rational number”。而希伯斯发现的这种新数不能被表示成整数和整数的比值,因此,这种数被称为“不成比例的数”,英文为“irrational number”。在引入中国的时候,“rational number”被翻译成了“有理数”,“irrational number”则被翻译成“无理数”。

希伯斯的发现,推翻了毕达哥拉斯学派的理论,动摇了这个学派的基础,为此引起了他们的恐慌。为了维护学派的威信,他们严密封锁希伯斯的发现,如果有人胆敢泄露出去,就处以极刑——活埋。尽管毕达哥拉斯学派规矩森严,希伯斯的发现还是被许多人知道了。他们追查泄密的人,追查的结果,发现泄密的不是别人,正是希伯斯本人。

毕达哥拉斯学派按着规矩,要活埋希伯斯。希伯斯听到风声逃跑了。希伯斯在国外流浪了好几年,由于思念家乡,他偷偷地返回希腊。在地中海的一条海船上,毕达哥拉斯的忠实门徒发现了希伯斯,他们残忍地将希伯斯扔进地中海。

虽然希伯斯遭遇不幸,但他的发现——“新数”依然存在。这一发现揭示了除了整数和分数以外,世界上还存在一种“新数”。这种“新数”指的是正方形对角线与边长之比,被称为“无理数”。当时人们认为整数和分数是人们已经熟知的,容易理解的数,因此将它们合称为“有理数”,而将希伯斯发现的这种新数称为“无理数”。

人们对真理的追求从未停歇。尽管当时毕达哥拉斯学派拒绝接受,但最终他们也开始了相关研究。公元前370年左右,柏拉图的学生欧多克索斯通过一种逻辑方法解决了无理数问题。他避免将无理数视为数,而是引入了变量的概念,用来表示线段长度、角的大小以及其他量与量的比,而不给定具体的数值。

发现无理数成为了第一次数学危机的导火索之一。这次危机让后人认识到几何学的某些真理与算术无关,几何量不能完全由整数及其比例来表示。相反,数却可以由几何量表示出来。

整数的至高地位受到了极大的冲击,这给古希腊的数学观点带来了严重挑战。然而,这次数学危机也催生了几何学在希腊数学中的特殊地位。在这个背景下,古希腊的几何学得以大幅度发展。希腊人开始从“自明的”公理出发,通过演绎推理建立了几何学体系。

然而,欧多克索斯的理论也带来了严重的后果。古希腊的数学界从一个极端跳到了另一个极端,将数学与几何完全分离开来。这导致数学家们纷纷转向几何研究,认为几何才是严谨数学的基础。

对无理数本身的研究和纯代数理论的发展,就此被搁置了近2000年

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