
德语版编者序
六年前,德国施普林格出版社向我提议,在“从计数石到计算机”丛书中,除了收录像《几何学五千年》和《代数学四千年》这类数学分科史的卷册之外,再出版一部具有深厚文化史底蕴的通史,我第一个想到的就是汉斯·伍辛!一定要邀请这位国际著名的数学史家来承担这项工作,因为他在丛书第一卷“概述和传记”中,已经做过一番简要概述,由此证明了这位生活在莱比锡的德高望重的专家,对数学自发端以来的发展的整体把握,他拥有的数学史知识和洞察力,几乎没有一位年轻同行可以企及。
伍辛教授犹豫一阵之后,欣然接受了这项任务,并且特意提醒:“此书应该以人类文明发展的历史为背景,旨在向广大读者介绍数学从起源直至当代发展的全貌。”
伍辛在此方面的表现尤为出色。他生动描述了数学概念、符号和方法的产生和发展的背景,将其与历史事件、学者个人命运以及音乐、建筑、美术、宗教、医学、自然科学等领域的文化发展相结合,分析了新概念产生的动机和原因,新理论形成的契机和背景,以及在其他学科中的应用和相互作用。这一切贯穿于历史上不同时期、不同地区和不同文化圈中,其广度远远超出了数学史通常的描述范围。简言之,这是一部别具一格的数学文化史。
当然,以一册图书呈现的数学史,不可能对数学发展的所有步骤和细节进行详尽的讨论。由于相关的材料极为丰富,需要编写一部数学百科全书才能容纳下。因此,作者必须具备“留白的勇气”,他所做的选择必然带有主观倾向。
尽管如此,当我们将计划中的插图插入编撰好的文稿后,我们发现一册图书的篇幅已无法容纳。所以此书最终分成两卷,本书是上卷,讲述了从数学起源到17世纪的数学文化史。
说到起源,数学究竟在何时何地如何开始的呢?是从远古时代在骨片与石头上刻痕计数、以数为记开始,还是从陶片上的纹饰开始?抑或是直到约一万年前,狩猎采集者从游牧转为农耕、出现定居聚落,贸易与商品交换需要简单计算时,才产生了初等计算意义上的数学?又或者,只有当数学标志性的本质特征——抽象数学概念的形成及其相互关系的确立——显现出来时,我们才可以(才能够)称之为数学?大约发生在6000年前,即公元前4000年前,数学意义上的思维在中国、印度、美索不达米亚和埃及等大河流域的高度文明中发展起来,所以我们决定以《数学六千年》作为本书的书名。
这场文化史的时间之旅以扣人心弦的叙事为脉络,从计数、数字与图形的开端出发,穿越数千年的发展历程,一直延伸至下卷所描绘的20世纪数学在全球的传播,以及我们今天已然难以尽览的丰硕成果。
相对年轻、迅速发展的民族数学的各个层面也是本书关注的重点。然而,由于不同文化圈的发展存在时间的错位,按常规的编年体叙述非常困难或者根本不可能。因此,本书第一部分介绍了长期独立于其他文化圈的中南美洲,前哥伦布时期文化中的数学。令人惊讶地发现,玛雅人早在数百年前就使用了一种历法,其精确度高于我们今天仍在使用的格里高利历(公历)。随后,叙述了中国与印度直至16世纪、日本直至19世纪之前的数学发展。
《数学六千年Ⅱ:古希腊时期到中世纪的数学》介绍了数学从古代美索不达米亚和埃及的早期发展,到希腊人将其确立为一门科学,再到波斯人和阿拉伯人通过对古代遗产的进一步发展和传承,将其带入中世纪欧洲和文艺复兴的巨大发展的脉络。《数学六千年Ⅲ:文艺复兴和科学革命时期的数学》讲述了从16世纪末到18世纪初的科学革命开启新篇章的故事。17世纪的数学发展可以描述为:代数学发展为独立学科,笛卡儿(René Descartes)创立解析几何,费马(Pierre de Fermat)开启数论问题,第一台计算机器的建造,无穷小数学的早期历史以及这一学科17世纪在两位巨匠手中成型——天才牛顿(Isaac Newton)创立的流数术,与博学者莱布尼茨(Leibniz)创立的微积分。
本书部分内容的末尾,附有一张表格,该表格旨在总结这一部分涉及的数学核心内容与重要成果。
生动的描述得到了许多插图的支持:照片展示了文化和历史背景,世界各地的邮票反映了不同国家和地区对学者及其著作的重视,插图阐释了数学的内在关联。
本书中还有些图片,我们未能查明所有者或版权持有人,我们的相关询问未得到回复。恳请相关权利人及能够协助澄清个案的人士与出版社联系。
各个时期杰出数学家肖像的插图和地图是由传媒学者、共同主编维瑟米勒-科克(Heiko Wesemüller-Kock)负责设计和制作。本书的部分文稿、内容建议,以及全书的视觉设计——今日所说的版式设计,也均出自他手。对此我向他致以诚挚的谢意。
维瑟米勒-科克先生在哥特瓦尔特(Anne Gottwald)女士的协助下,经过非常费力和细致的工作,将提供的照片、幻灯片、素描、线稿、古籍内页与扉页等素材,通过计算机处理成可直接印刷的版式文件,其中尤其包括作者伍辛从其丰富收藏中提供的邮票。为此,谨向两位致以最诚挚的感谢。
我这里还要感谢数学与应用信息学研究所的员工戴维(Bettina David)、罗斯迈尔(Martina Rosemeyer)和赛弗特(Tanja Seifert),还有大学生贝尔(Daniela Baehr)、沃斯(Sylvia Voß)以及科研工作人员卡尔德维(Mark Kaldewey),感谢他们将手稿在计算机上制作成可付印的排版文件。
我特别感谢同事福尔克斯(M.Folkerts)、卡勒(Kahle)、普克特(Purkert)、乌尔里希(Ullrich)和索纳尔(Sonar)对文稿仔细审阅,并提出了补充和修改的宝贵建议,感谢同事贾法里-纳伊尼(Djafari-Naini)和库尼茨奇(Kunitzsch)对“伊斯兰世界的数学”部分所做的注释和更正。
我要特别感谢作者伍辛,感谢他的倾力投入,感谢他认真对待我的建议,并接受我对文字与插图的补充意见和贡献。
我衷心感谢数学与应用信息学研究所所长福斯特(Förster)教授和远程与继续教育中心主任瓦格纳(Wagner)教授在项目实施过程中提供的经济支持。
我还要感谢海德堡施普林格出版社和责任编辑海涅(C.Heine)先生,他们采纳我的各项设想,并使本书拥有精良的装帧制作。我还要感谢科勒(Köhler)女士在将文稿排版为TeX版本过程中提供的支持。
希望本书能够吸引广大的读者,让尽量多的中小学生和大学生消除对数学的恐惧。此外,也让更多人了解到:这门常被视作枯燥、艰深的学科,其实与其他科学、与人类命运、与地球上六千年的文化发展紧密交织在一起。
2008年1月,希尔德斯海姆海因茨-威廉·阿尔滕(Heinz-Wilhelm Alten)
第一部分 数学的起源和民族数学/007
第1章 计数、数字与图形/009
1.1 引言/009
1.2 数字和数词/011
1.3 几何学的起源/017
第2章 民族数学/021
2.1 引言/021
2.2 民族数学的核心维度/022
2.3 非洲案例:索纳几何/025
第3章 阿兹特克、玛雅与印加的数学成就/029
3.1 引言/029
3.2 前古典期/031
3.3 阿兹特克文明:日历计算和加盖外壳的金字塔/032
3.4 玛雅文明:神殿、金字塔和神秘的字形/036
3.5 纳斯卡线条之谜/041
3.6 印加文明:多边形堡垒石墙与太阳圣所/043
第二部分 东亚和南亚的数学发展/049
第4章 中国古代数学/051
4.1 引言/051
4.2 数字表示与算筹/060
4.3 中国古代数学的几个高峰/063
4.4 小结/072
第5章 日本古代数学/073
5.1 引言/075
5.2 引入中国古代数学/074
5.3 日本古代数学的复兴/076
5.4 核心成就与代表人物/079
5.5 小结/083
第6章 古印度数学/085
6.1 引言/085
6.2 发展脉络/087
6.3 古印度数学的重要文献和人物/090
6.4 古印度几何学/092
6.5 古印度三角学/093
6.6 十进制的形成/095
6.7 古印度算术和代数学/098
6.8 小结/100
第三部分 北非和西亚的早期数学/103
第7章 古埃及数学/105
7.1 引言/105
7.2 古埃及天文学/109
7.3 数学纸草书/111
7.4 记数系统与计算技术/113
7.5 堆问题与品质数计算/116
7.6 代数学问题/118
7.7 几何学问题/119
7.8 小结/122
第8章 美索不达米亚(巴比伦)数学/123
8.1 引言/123
8.2 楔形文字的发展/125
8.3 数字书写方式与数表/129
8.4 美索不达米亚几何学/132
8.5 美索不达米亚代数学/139
8.6 小结/141
参考文献/143
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