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数学六千年Ⅰ:数学的起源和早期发展

  • ISBN:978-7-5428-8713-9/ N·1299
  • 著译者:[德]汉斯·伍辛 著 陈 巍 译
  • 出版时间:2026年7月
  • 定价¥46.00
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  • 开本/字数:16开
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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)

导言
数学史——作为我们文化史中极富趣味的一部分——既扣人心弦、富有教益、兼具通识价值,又能让数学学习变得更加轻松。

关于数学发展及其分支的论述著作极为丰富,涵盖人类发展的各个地区与时代,也包括对整个数学的通论性阐述。其史学研究文献浩如烟海,几乎已无法尽览。国际上设有一个数学史研究委员会,其成员跨越国界,在各大洲密切合作。这一科学史的专门方向在全球范围内正迅速发展。

每一位数学史专家,按照其科学目标和爱好,面临着一系列研究课题:

问题史、概念史、数学内部关联。例如:方程求解、数的概念、公理化、抽象化

数学与自然科学。例如:牛顿物理学与微积分的起源

传记研究。例如:高斯的生平与著作;何谓创造力

机构与组织形式。例如:科学院、大学、数学学派

作为文化组成部分的数学。例如:数学与艺术、文学、音乐

数学的社会环境。例如:与技术、哲学、宗教的相互关系,与政治事件的关联

作为通识教育一部分的数学。例如:学校数学教学、工程师培养

原始文献的历史批判分析。例如:寻找与解读原始文献、语言障碍、过度诠释的风险

作为动态发展过程的数学。例如:基本思想的影响史、发展动力、前瞻性思考

数学的应用。例如:自然科学与工程中的分析学、计算机技术中的布尔代数、密码学中的数论、经济学中的统计与优化

当然,以上的列举并不全面,排名也不分先后。这份清单隐藏了数学史和史学编纂之间概念的差异,史学编纂的任务是把数学的发展和演变作为历史进程来研究。史学编纂是关于历史的科学,而数学史是数学在时间和空间上,在所有地区和文化中,从开端直至当代的发展过程,包括数学与人类历史的所有关系。

数学的史学已成为历史学的一块独立自主的领域,同时也是数学本身的一个分支学科。另外,它还依赖于研究者的观点和研究者所处的环境。人们时常提出这样的观点:每一代人都必须重新书写属于自己的历史。

施普林格出版社出版的专著《几何学五千年》(2005)与《代数学四千年》(2005)获得了高度赞誉。这两部著作撰写精良、配图出色,深刻展现了这两大数学核心领域的思想内涵与历史脉络。

施普林格出版社由此萌生了一个构想,策划一部跨学科的数学史学著作,语言通俗易懂、公式精简,却拥有丰富的文化、哲学与历史关联,覆盖各个时代与文明。

几十年的教学经验告诉我,这个写作项目既极具吸引力,又充满风险。直到五六年前,经过深思熟虑,我才最终应允——尽管我明白,接手这样一项工作,在某种意义上近乎一种学术上的冒险。

同事们的支持,尤其是对“史学之父”希罗多德创作宗旨的回顾,让我更愿意积极投入这项工作。公元前460年至前430年,希罗多德游历了波斯帝国、埃及、西西里与意大利南部,肯定了当地各族人民的成就,为的是不让人类的事迹因岁月流逝而湮没,不让伟大的功业与奇观默默无闻地消逝。他尤其赞颂希腊人的成就,并记述了当时的历史事件,特别是希波战争。

他将自己的代表作称作(拉丁文)histories apodexis,大意可译为探究成果的呈现、考察和记述。这一名词源自historein,意为:通过亲身观察或问询去考察、探究、获知。“历史/史学”(Historik)一词便由此而来。

本书也应该被理解成“探究与考察”。探究展现数学发展过程中本质的变革与关键事件,不触及专业的细节。就“探究”的本义而言,本书不可能也不追求成为一部完整的数学史——无论如何,受限于篇幅,单凭一位作者也无法做到。对探究内容的选择自然带有主观性。读者和作者一样,都会痛心地感受到不少缺失。作者必须拿出“敢于留白”的勇气。作为弥补,书中列出了大量可供深入研读的参考文献。

书中篇幅相对较长的原文引文,旨在展现数学家的行文风格与思想方式。

读者将会注意到,时间顺序并非本书的首要原则,反而时常被打破——这是有意为之。作者力求通过回溯早期与史前史来阐明数学的内在关联,即便存在少量重复也在所不惜。理想情况下,各个章节均可独立阅读;整部书稿并非采用从头到尾的线性结构。

本书首先并非面向专业数学史研究者,尽管希望这些“探究”也能引起他们的兴趣。

它也不是数学教科书:读者通常需要具备基本的数学概念与方法知识,以及对相关政治、哲学典故的了解。

最后我要向我仙逝的业师们致以最诚挚的缅怀,他们是:

施内(W. Schnee)、贝克特(H.Beckert)、京特(P.Günther)、萨利耶(H.Salie)、伊尔贝格(W.Ilberg)、门策尔(W.Menzel)、哈里希(G.Harig)、尤什克维奇(A.P.Juschkewitsch)、斯特鲁伊克(D.J.Struik)和霍夫曼(J.E.Hofmann)。

如果没有以下朋友和同事的审慎审阅与宝贵建议,这部探究作品绝无可能问世。他们是:布卢门塔尔(E.Blumenthal)、霍伊鲁普(J.Høyrup)、库尼茨奇(P.Kunitzsch)、道本(J.Dauben)、福尔克斯,克诺布洛赫(E.Knobloch)、布雷格(H.Breger)、德绍尔(St.Deschauer)、费尔曼(E.Fellmann)、豪森(G.Howson)、普尔克特(W.Purkert)、托比斯(R.Tobies)、摩根罗特(W.Morgenroth)、齐格蒙德-舒尔策(R.Siegmund-Schultze)、施赖伯(P.Schreiber)、施洛特(K.H.Schlote)、罗(D.Rowe),车琳(K.Chemla)、格拉坦-吉尼斯(I.Grattan-Guinness)、福格特(A.Vogt)、伊尔戈茨(H. J. Ilgauds)和克莱门茨(E. Klementz)。

我还要衷心感谢以下医生:弗里德里希医生(Dr. Friedrich)、布雷多医生(DR. BREDOW)、卡曼医生(Dr. Kamann)、库赫塔医生(Dr. Kuchta)、施密特医生(Dr. Schmidt)、勒贝医生(Dr. Lobe)和佩舍尔医生(Dr. Peschel)。他们在我健康出现问题时给予我帮助,假如没有他们的介入,这部书稿亦无法完成。

若没有无私忘我的出版人和编辑的相助,作者会成为什么样子呢?在此我要向不知疲倦参与审阅、提出结构性建议、修订手稿和完成插图的编辑阿尔滕、米勒-科克表示深深的谢意!

本书的这些探究的完成,有赖于原始文献与二手文献的支撑,也有赖于诸位图书馆员的热心相助与其专业知识,他们是莱比锡大学数学和信息学学院的莱策尔(I. Letzel)、勒默尔(B. Römer)、梅施察诺娃(C. Meschtschanowa),莱比锡大学卡尔·苏德霍夫研究所的盖特纳(Geithner)以及奥伯沃尔法赫数学研究所的弗兰克(V. Franke)和施密特(R. Schmidt)。

说到奥伯沃尔法赫数学研究所,在历任所长巴纳(M. Barner)、克雷克(M. Kreck)与罗伊尔(G. M. Greue)主持期间,这座“数学天堂”无数次给本项目提供了工作场所和理想的工作环境。

倘若本书能抵达众多读者心中,并让他们更亲近数学,我将倍感欣慰。愿他们能满怀喜悦地领略这门历经几千年却始终年轻的科学所拥有的万千面貌。

汉斯·伍辛

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