通往几何之路无坦途。
爱琴海畔的古希腊作为西方文明的发源地,不仅涌现出大批科学、文学和艺术的大家,还诞生了诸如“几何之父”欧几里得这样的数学巨匠,他们的思想和著作随着时间长河流传至今,结成了熠熠生辉的人类智慧果实,奠定了现代文明的筋骨。
其中在数学方面,最重要的莫过于欧几里得所著的《几何原本》,他用公理法对当时的数学知识作了系统化、理论化的总结。
《几何原本》全书13卷。欧几里得在这部著作中,根据早期希腊数学家和思想家的实践和思考,整理形成定义和公理,并进一步论证。这确立了一套从公理出发,论证命题得到定理的几何学论证方法,形成了一个严密的逻辑体系,从而构成了历史上第一个数学公理体系。尽管欧几里得本人的手稿早已失传,但其在数学史乃至科学史上流传程度之广、影响之深远仍然令人叹为观止。牛顿、爱因斯坦等人都曾仔细研读,深受教益。
1570年版《几何原本》
在古希腊数学“黄金时代”中,欧几里得与阿基米德、阿波罗尼奥斯并称“三大数学家”。欧几里得出生于公元前330年的雅典,当时缺乏系统性的早期几何学已经由古埃及传入古希腊。而已经察觉几何学知识体系亟需整合的欧几里得为了完成这一重任,一边收集以往的数学著作和手稿,向专家学者学习,一边尝试写作,表达自己对几何学的理解。公元前300年,通过他的努力,传世之作《几何原本》终于定稿。至此,不仅几何学实现了系统化和理论化,欧式几何这个全新的领域也就此诞生。
牛津大学自然历史博物馆的欧几里得石像
“理性的精神”是《几何原本》想要根本表达的思想。它基本囊括了400多年数学知识精华。欧几里得以五公设五公理为基础,在书中给出了点、线、面、圆等基本定义,作为全书推理的出发点。后续12卷通过公理法,由简入难地提出其他定义和命题,构建了包括平面几何、几何代数、数论、不可度量以及立体几何的知识框架。
受到毕达哥拉斯学派、柏拉图哲学和亚里士多德逻辑学的影响,欧几里得在前人的成果基础上将零散的几何知识进行整理,拥有着较为科学的公理化结构和严密的逻辑体系,使得几何学作为一个学科单独出来。
当时的社会正处于需求生产力的阶段,实用主义盛行,《几何原本》的几何学知识帮助解决生活和生产方面的大多数实际问题,人们广泛流传和使用的同时,也受到了《几何原本》思想的影响,因此它具有一定启蒙的作用。
尽管如此,《几何原本》仍然存在缺陷,欧几里得提出的某些定义带有直观性,且含义模糊不清,它的公理系统不是完备的。后世的罗巴切夫斯基和希尔伯特等数学家不断尝试,解决了欧氏几何的不足,完善了几何公理化方法并将其推向更高的阶段。但无论如何,《几何原本》的地位还是毋庸置疑的,它借用数学的方法教给人们认识世界和改造世界的理性思想,成就了独特的文化作用,其影响远超数学本身。
《几何原本》在西方被认为是历史上最成功的教科书,它提出的理论公式和数学命题如今仍活跃在各年级的数学课本中。作为世界上最古老的数学著作,这本书最重要的价值是人类第一次尝试演绎一个体系,而之后的物理、化学和生物等学科都是以这种系统化、理论化的思维去构建一个体系,从而得到发展的。它帮助人类的多个学科和领域培养科学理性的精神,锻炼人类构建科学的认知结构,探索科学合理的探究方法。
现存的文献资料表明,早在13世纪中叶,《几何原本》就由阿拉伯商人带入中国,但直至明末清初才通过徐光启翻译之手流入民间,帮助中国的科技走向近代。徐光启与利玛窦合译的《几何原本》文字简练,书中的数学术语时至今日仍在使用。现代译本中,兰纪正、朱恩宽版本流传最为广泛。
利玛窦(左)和徐光启
【名家评论】
如果欧几里得未激发你少年时代的科学热情,那你肯定不是天才科学家。
——(美)爱因斯坦
【扩展阅读】
(美)约瑟夫·马祖尔著,吴飞译《雨林中的欧几里德》,重庆出版社,2006
(美)M·克莱因著,张祖贵译《西方文化中的数学》,复旦大学出版社,2004