2017年3月31日 星期五

[書評] 啟蒙的符號

前些日子對數學史萌發一些興趣,因此讀了不少關於數學史的相關著作。到了這學期決定選修台師大數學系的數學史,開課的老師是洪萬生。洪萬生老師想當然耳是台灣數學史方面的專家,經由洪萬生老師團隊翻譯或發表的數學史文章算得上多如牛毛。今天我想介紹的書是「啟蒙的符號:數學符號的誕生、演化和隱藏的力量(Enlightening Symbols: A Short History of Mathematical Notation and Its Hidden Powers)」,其作者為約瑟夫.馬祖爾(Joseph Mazur),他是著名代數學家麥克.阿廷(Michael Artin)的學生。









書背的介紹短短幾句便深深的吸引並震驚了我:

$2+3=5$,一個完美的數學句子,有主詞、連接詞和動詞。

只要一秒就能讀懂。
儘管我們都經常使用基本運算符號,例如『+』、『-』、『=』,
卻很少人知道數學符號大多是16世紀之後才開始出現的。
由於我先前讀的數學史幾乎都著重在數學知識的發展、計數記號的一些基本區別,因此究竟這些記號如何演變至今,或是從何處發展並流傳等等對我而言便是一概不知。
這本書的架構分為三部分:「數碼」、「代數」、「符號的力量」。


在這種架構下,我們可以類比的思考為一種常見的數學史架構:算術 → 代數 → 更加的抽象。


事實上,在第一部分中我們確實是在處理類似的想法,我們探究一些古代的數系及其計數方法,其中最應注意的便是「位值」、「零」概念,至於進位制在本書中的琢磨便沒有很多(這是我自己的感覺啦,雖然中間在探討各種計數法時也是有提到六十進位制的文明,但重點仍在記號上的處理)。


在此處,我必須提一下圖2.2(尼普爾泥板)給我的震驚。坦白說這張圖我在幾乎每本數學書中都看到過了,但這是第一次作者帶我們進入分析物件的討論,透過觀察,我真的去注視這張圖,思考其中記號可能代表的意義,於是發現了它事實上是張九倍數表。作者在很多實際的圖像上會給與許多發自內心的提問,儘管這些問題難解但卻異常重要,這些問題的解決往往標誌了一個時代的數學脈動。


在經過素樸的數碼演變,我們可以看到最初我們會採用截然不同的記法處理位值,如羅馬數字會用X代表10,L代表50,C代表100,M代表1000等,因此當我們在更高的數字表達上會遇上困難。令人驚異的是,希伯來文的數字表達竟然彷若印度數字(現今常稱之為阿拉伯數字,不過為求歷史事實性以下統稱為印度數字),只可惜礙於其筆順或書寫方向等因素對我來說頗困難,但其構思已經不離現在的數碼概念了。


在結束第一部之前,我們也值得去注意一個常見的數學史迷思:「歐洲之所以會使用印度數碼應歸功於費波那契。」關於這個段落的討論出現在本書的第七章與第八章,作者點出豐富的數學史論述:印歐數字究竟是何時傳入歐洲?


事實上根據一些文獻的資料我們可以發現早在費波那契之前就已經有這樣的數碼傳入了,但作者思考了一個很正常的問題:「是什麼原因讓他們未能體認這套印度系統的好處?」而我自己的看法如作者自己回答的相仿:印度數碼或許比我們想像得更令人畏懼!假使我們已經對其他的數碼系統十分熟悉時卻還需要跳脫現代的方法去學習其他系統恐怕是多麼的費力。





現在讓我們進入本書的第二部分,這部分的開頭讓我震驚的是一切始於「沒有符號」,作者表示他在多年前有一個很特別的機會獲准翻閱現存最早的歐基里德《幾何原本》的複本「MS D'Orville 301」,作者在那邊被要求用一支特殊的筆在歐基里德「MS D'Orville 301」的訪客簿上簽名,但當他一瞥剛簽完名的那一頁時遲疑了一下,因為我突如其來地了解到我的簽名很可能在那一頁上留存千年,而且只在牛頓的簽名下面十二行!


這本歐基里德的著作中幾乎沒有使用到任何符號(除了你要將字母也含括在內,不過我可以強調沒有使用任何數學符號),比如說第二卷的命題七:
如果一條直線隨機地切成兩段,直線上所張拓出來的正方形,會等於兩個線段各自張拓出來的正方形之和,再加上由這兩個線段所形成的長方形之兩倍。

但如果我們使用符號來表達,就可以發現他只是和平方公式的文辭版本。


進入代數的第一個門檻是由阿爾.花拉子密(al-Khwarizmi)他統整出一般性的文辭代數式子,運用基本的分類處理各種問題。接著我們可以把目光轉移到婆羅摩笈多,儘管我們對他的背景所知甚少,但他極有可能是最早把零當成數字的數學家(不過在書中也表示有人認為是來自於中國?),同時也是提出正負數相乘法則的人。說來奇怪,儘管歐洲數學普遍在我們心目中是發展久遠的學科,但關於無理數與負數的接受向來是中國早於歐洲許多,這或許是由於實用性價值的主導,我們並不在意實在性(reality)的問題。


讓我略去中間許多的閒話,這部份讓我印象深刻的事情關於次方與開方根的技術,這邊的記號繁複而詭譎,甚至連根號的拉長橫直線幾乎是神來一筆。現在我們可以稱之為群組線(vinculum)這個想法是由笛卡兒所提出的。等號則是由雷柯德在《礪智石》用雙子(Gemini)記號來省略aequalies這個拉丁詞彙,不過那時所使用的等號遠比現在「長」得多。


除了以上這些記號的事情,其實還有一些隱而未見的事情在發生,數學的閱讀方法是會改變的,而這種改變則體現在對於方程式的理解上(至少作者滿關注這點的,也可能是這個部分在談論代數,而古典代數自然著重在解方程式)。




現在讓我們進入最後一部分,這部分幾乎不再談論符號,轉而討論數學心理學,具體而言可能是人腦如何處理初等方程、符號代數或簡單數字命題的狀態。

我承認這部分是對這本書完全沒有預期的部分,但其中深入的討論卻相當有意思。更重要的是他直擊一個核心:究竟那些符號的表達能對顯目的讓我們大腦產生反應與運作,這似乎能標誌著一種優良的符號,如果能在龐雜的意象中捕捉到最純粹而鮮明地特質時,會不會這就是我們最完美的那筆呢?


在文末,我談談這本書我覺得較不足之處吧。如果可以,我會希望這本書談論更多的符號演進史,或者更清楚地比較各種符號在使用之間會促成不同的觀察?
前者可能諸如集合論的符號、向量的符號、矩陣符號,或諸如更多高等數學中會出現地函數、映射符號等;後者則如同數碼記法、文氏圖等會啟發出不同的解題方法。
讓我用書中的最後一句話再次結束這本書吧!

  數學之美-證明的優雅、解說的簡明、原創的巧妙、化繁為簡、有意義的連結-很大一部份,歸功於精巧而整齊的符號所啟發的功效。
ISBN:9789862354193
叢書系列:科普漫遊
規格:平裝 / 352頁 / 25k正 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
出版地:台灣
出版日期:2015/06/11

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