奇妙數學史-數字的發明

奇妙數學史-數字的發明

1,2,3,4,…,你知道後面是什麼嗎?數數是第一堂數學課的內容。我們幼年學習的數字將會伴隨我們終身。但是數字從何而來?是我們發明了它們,還是數字本身就存在?

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畫1計數,這就是計數符號的思路。

數數的話,你只需知道數字1就行了。數學家稱這個特殊的數為“單位”,它表示一個事物。其他的數就是把1累加:2就是兩個1,3就是3個1,以此類推。這倒很簡單,簡單到科學家相信即使是動物也能數少量的數,或者分辨小量級的區別,比方說它們知道4比3大。對於記住哪兒食物多,哪兒食物少,它們還做得更好呢;它們懂得“更多”與“更少”的概念,而用不著比較確切的數字。有些鳥兒尤其擅長數數,它們受到訓練,鳴叫指定的幾聲後停下來,就能得到投食獎勵。

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最初的數字,或者說數字符號,就是計數符號。俄國西部莫克沙河的人直到20世紀都在用類似計數符號的數字。我們由此得知古人是如何書寫數字的。

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全部手指(還有腳趾)

關於數字,還有個詞叫“數碼”。如今,我們用“數碼”來描述各種各樣的計算系統。最初,它也就只是用於計數。“數碼”另有個意思是手指(或腳趾)。語言學家表示:數詞,尤其是“十”和“百”,本源是來自古語裡的“手指”。這就證實了我們的猜想:古人掰手指計數。我們有10個手指,所以“10”這個數對於構建數字特別重要。掰手指數到10很容易,但是再往大了數,並且寫下來,我們的祖先用了另一套系統——計數符號,並沿用至今。

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石頭

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最初的計算器——石子。

古人也有計算器,“calculate”和“calculator”都源自拉丁文中的“calx”,是“石頭”的意思。小石子或者卵石,是“calculi”,在古代用於計數。每天早上牧人用一堆石頭點數——一羊一枚。如果到晚間,石頭數和羊數對不上了,牧人就知道他得出去找幾隻羊了。

計數符號

最古老的計數符號是刻在骨頭上的。在非洲和歐洲,人們發現了一些骨頭樣本, 30 000年前的人類在上面刻了線條。它們看起來跟如今的計數符號很像。但是古代的符號記了些什麼呢?

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中部非洲的伊尚戈骨頭,距今超過20 000年,展現了計數符號的集合。

便利計數

計數符號用起來很便利,可以用來給競技遊戲計分,數一堆類似的東西,記錄一串隨時間變動的數。正如我們所見,在符號上加一畫就行了。但是問題來了,到底畫了幾道,這可很難確定。把畫的這些道整合起來有許多辦法,最常見的是用第5畫串起前4畫。這個符號表示5。然後你可以繼續畫6、7、8、9,再畫一道串起來表示10。計數符號用起來很方便,畫好的符號可以轉化成數或數字符號,比方說53或691。然而,我們的數字系統可是經歷了好幾百年才發展起來的,而且或許也是從簡單的計數符號產生的。

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計數

雕有計數符號的古代甲骨依然是個謎。比方說下圖的伊尚戈骨頭,包含成雙倍的數,比如3道和6道,4道和8道,等等;也包含素數(見第58頁),比如5、13、19。這塊骨頭看來並不是簡單的家庭財產或家族人口的數量記錄。反之,數學家認為它用於計算,還可能是相當複雜的計算。不過大家都不清楚是怎麼算的。無論如何,伊尚戈骨頭和諸如此類的骨頭告訴我們,在數學剛開始產生時,數字就是一堆筆道,或者說,一堆1的組合。

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1

一畫

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10

足跟骨

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100

盤繩

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1000

蓮花

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10 000

彎指

100 000

青蛙或蟾蜍

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1 000 000+

舉手的人

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儲存記錄

數百年後,文明出現於世,伴生著法規、軍隊和城池。法律條例,稅務文書,物主是誰,價值幾何,均需落筆記錄。為此,人們發明了書寫,包括新的數字系統,其中為大數設定了新的符號。從古埃及、中國到羅馬的數字系統,皆可上溯至計數符號。

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古埃及象形文字使用如上的數字,1就是一畫。

一瞥

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對於4這個數,我們的大腦不用具體數也能立刻認出來。對於5以上的數,我們的大腦依然能快速數出來,不過是三三兩兩加起來的。

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試試看。蓋住一顆巧克力,你能看到幾顆?露出最後一顆,一共是幾顆,這個你得多花點工夫來數吧?

自然數

我們用一組數字來計數,它們被稱為自然數。自然數包含0及其以上的全部整數。自然數(X)就是用它計數的物品的個數(Y)。自然數包含1,但是可以有任意大小的各種集合:有兩個自然數的集合就對應有兩個物品的集合,有3個自然數的集合就對應有3個物品的集合。下圖就有100種這樣的集合,你能找出來嗎?顯而易見吧,但是有些集合你可是數不出來的喲!

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結繩計數

古代美洲文明是用繩結來計數的。秘魯的印加文明沒有書寫系統,但是用奇普記錄數字。每個奇普是一串繩結,包括1000種不同的花樣。這些奇妙的繩結歷經16世紀西班牙入侵,只有少量留存下來。奇普記錄的是日期和資源,有人認為奇普也用來記錄其他重要的東西,比如建築藍圖、歷史和宗教儀式。

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奇普用一長串繩結表示1到9,用繩結的位置表示它是十、百、千或者更多。