
如果没有科学的数学化和代数的发展,现代科学的重大成就将无从谈起。
数学发展至今,已成为科学世界中拥有100多个主要分支学科的庞大“共和国”。而如果按照研究方向来分,代数学、几何学、分析学几乎构成了整个数学的本体与核心,尤其是代数学,作为重要的数学分支学科之一,对数学有着基础性的意义。
代数(algebra)一词最初来源于公元9世纪阿拉伯数学家、天文学家阿尔·花拉子米(al-Khowārizmī)一本著作的名称,书名的阿拉伯文是‘ilm al-jabr wal muqabalah,直译应为《还原与对消的科学》。而它的出现,曾经历了一段漫长的历史时期。

代数最初是用文字表述的,大约在公元前2000年,巴比伦算术已经演化出一些用文字表述的代数解题方法。他们既能用相当于代入一般公式的方法,又能用配方法来解二次方程,还讨论过某些三次方程和双二次方程。
方程问题是古典代数的主要内容,除了巴比伦,在古代中国、印度、阿拉伯等国家对方程的认识也都有着悠久的历史。
苦恼的是,如何去表示一个方程却一直很困难。因为用字母代替未知数,用符号表示代数式这种方法自创立至今也不过400年的历史,而在这之前都是用文字叙述的,为了简明地列出方程,古人们想了许多改进办法。
第一个重要的人物就是活动于公元250年前后的丢番图,他是解方程的大师,被称为代数学的鼻祖。他的著作《算术》中绝大多数篇章谈的都是方程,并且在解某些不定方程时展示了出惊人的巧思。可惜每道题他都用特殊的方法去求解,而不是给出一般的解法。而且他虽然知道负乘负得正,但如果解方程时得出负根,他就觉得不合理,只承认正根。
这些缺陷直到波斯人花拉子米(Muhammad ibn Musa al-Khwarizmi)在巴格达智慧宫写出《代数学》一书才得以解决。其实,这本书原名叫做“还原与对消的科学”,对消就是把等式两端相同的项消去或者合并同类项。例如a2+3b=a+5b这个方程,可以通过对消得到a2=a+2b。还原就是将某一项移到方程另一端变成它的负数。例如,a2-3b=a+5b这个方程,可以通过还原得到a2-a=8b。

这两种方法适用于所有的方程运算,因此正好解决了丢番图代数的最大缺陷。“还原”的阿拉伯文读作al-jabr,传入西欧后变成了代数学的名字,可见花拉子米的新方法对初等代数学的发展有着何等深远的影响。
不仅如此,花拉子米还承认二次方程的负根和无理根。无理根就是说方程的解为无理数。这相比古希腊数学来说也是一个进步。因为自从毕达哥拉斯学派发现无理数以来,希腊数学家一直无法正确解释它,所以就倾向于否定它。花拉子米虽然也没有对无理数的性质给出合理的解释,但他至少承认了无理数的地位。
其实就连把未知数叫做“根”也是从花拉子米开始的。传入西欧之后,“根”不仅用来指方程的解,同时也指一个数的方根,例如2的平方根是±1.1421……
当然,花拉子米的代数学也是有缺陷的,因为他没有使用代数符号。例如a2+10a=39,花拉子米会表述成“一个平方数及其根的十倍等于三十九”。
即便如此,《代数学》依然是一本伟大的数学著作。书中第一次明确提出了二次方程的一般解法,同时,还提出了“移项”“合并同类项”等方法。以后,方程的解法被作为代数的基本特征长期保留下来,诞生了花拉子米的代数学。

此外,花拉子米还有另一本重要的数学著作《算术》。这本书的最大特色是改进了计算方法——在“黑板”上用印度数字(也就是阿拉伯数字)进行计算。传入西欧后,它逐渐取代了传统的算盘计算方法。花拉子米的拉丁文拼写也变成了算法的名字,可见他的影响之大。

花拉子米之所以能有这番学术成就,与智慧宫兼收并蓄、崇尚知识的作风分不开。因为大量来自希腊、波斯和印度的文献都汇集到智慧宫并翻译为阿拉伯文,为花拉子米的数学成就奠定了基础。需要指出的是,还原与对消这两大方法就连印度人也不知道,因此它们是花拉子米的原创性成果。

花拉子米的《代数学》一书,奠定了以方程论为中心的古典代数学学科的基石。此书的理论易学易懂,又能联系许多实际问题,适合当时人们的各种需要,因此流传久远。
13世纪传入欧洲,对欧洲文艺复兴时期的代数学影响极大,被奉为代数学教科书的鼻祖;

在花拉子米以后的几个世纪中,代数学发展缓慢。直到1591年,法国数学家韦达第一次在代数中系统地使用了字母。这种代数从过去以解决各种特殊问题且侧重于计算的数学分支,发展成为一门以研究一般类型问题的学科,使代数学的发展插上了翅膀。
韦达认为,代数是施行于事物的类或形式的运算方法,算术只是同数打交道的。所以,当时人们把代数看成是关于字母的计算、由字母表示的公式的变换以及解代数方程的科学,这标志着古典代数学的真正确立与完善。