推荐一本比较冷门的书《无穷小》,本书将无穷小概念的斗争与当时欧洲的思想、宗教、政治斗争融为一体,极为精彩。本文原发于专栏:马同学高等数学。看得人不多,就在这里重新发一下。
牛顿大神在数学、物理演算中,经常会用到“流数”(),也就是现在称之为的无穷小。比如,下面是牛顿计算
导数的过程,其中的
和
都是“流数”:
乔治·贝克莱( ,1685-1753),也称为贝克莱主教,对这种做法进行了激烈的批评,说“流数”在运算中突然消失(指上面“忽略
”这一步),就好像一个鬼魂:
这确实是蛮严重的、又切中要害的批评,在严肃的数学运算中,怎么能凭空让某个量消失呢?所以在微积分发展历史中,贝克莱主教的评论在很长的时间都是笼罩在上空的乌云,直到后来魏尔施特拉斯严格定义了什么是无穷小之后才消散。
关于贝克莱主教的疑问,我们已经另文解释过了,本文想讨论的是另外一个问题,为什么乔治·贝克莱,圣公会的主教,著名的英裔爱尔兰哲学家,在数学上的业务能力这么强?又为什么会对牛顿提出质疑?阿米尔·亚历山大在《无穷小》一书中回答了这个问题,简单来说就是,欧洲中世纪,宗教争斗无处不在,数学也是重要的必争之地。就是下面这本:
下面,我们来进行更详细的解释(文中涉及到很多历史,纰漏之处,望大家指正)。
1 改变世界面貌的一次宗教裁定
1632年,5位身穿黑袍的教士,聚集在位于台伯河左岸的罗马宫殿里数学书,他们代表天主教会正在对意大利著名的数学家、物理学家、天文学家伽利略·伽利莱( ,1564-1642)的某项研究进行裁决。这个研究是,讨论线段可不可以看作由无穷多个、长度为无穷小的点构成(具体的讨论请参看这里):
最后他们作出决定,不赞成该项研究,禁止在教会内传播(下图是油画《伽利略在宗教裁判所》):
这次裁决并非是孤立的事件,更多关于无穷小的裁决纷至沓来。最终,在整个天主教世界,尤其是大本营意大利,各种关于无穷小的学说,都被禁止研究、讨论,更不能向他们的年轻人传授(当时,天主教举办了很多学校,这些学校往往都是名校,所以在教育界的影响力也是很大的)。
作为希腊遗产继承者之一,意大利一直保持着杰出的数学传统,最终在黑暗中孕育出了文艺复兴运动,成为了人类文明的转折点,并且在这之后的一段时间,它的艺术和科学激励了整个欧洲(下图是油画《雅典学院》,象征著文艺复兴全盛期的精神):
但是,天主教会对无穷小的否定,事实上完全停止了高等数学在意大利的发展。而更宽松的英国、法国继续在讨论、研究无穷小,其中重要的结果是,牛顿发明了微积分,并与万有引力一起在数学上描述了整个“世界体系”。可以说没有微积分,就没有现代社会。