數學究竟是發明還是發現?

北京時間11月1日消息,一些人認為,數學本身就存在於自然界中,等待被人們發現;而另一些人認為,數學完完全全就是人類大腦的創造。時至今日,這個問題依然沒有確切的答案。對大多數人來說,解決數學問題和記住一長串數學公式是相當困難的。但是,你有沒有想過,數學這門學科是否本身就存在於宇宙當中,等待被人發現?或者,數學只是有些人故意發明出來的東西?這些問題的答案就像微積分運算一樣複雜。

畢達哥拉斯定理,即我們熟知的勾股定理

畢達哥拉斯定理,即我們熟知的勾股定理

信不信由你,數學已經成為我們當今世界的中心。我們的智能手機、汽車、建築甚至天氣預報,都要依賴數學。從古至今,研究數學的哲學家們一直在爭論一個重要的問題:數學究竟是被發現的,還是被發明的?

有些人認為數學就存在於我們的內心,數學所研究的對象是我們創造出來的。也有哲學家認為,數學獨立於我們的思想而存在,與人類存在無關。但真相究竟是什麼?我們只能在發明或發現之間進行選擇嗎?想要知道真相,首先讓我們來了解一下數學的歷史。

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  柏拉圖是古希臘著名的哲學家和數學家,他認為數學實體是抽象的,獨立存在於它們的世界中,在空間和時間之外

數學的歷史有多古老?

數學的故事和人類一樣古老,它已經從與牲畜數量有關的簡單算術,發展成為對一個物體進行複雜研究的抽象概念。直到公元前600年,當人類文明穩定下來,各種職業開始出現時,數學才有了初步的發展。人們用數學來測量土地,或者計算個人稅收等。後來,在公元前500年時,羅馬數字出現了,它們至今仍然被用來表示數量。

科學家認為,像加減這樣的基本數學函數可能在幾千年前同時出現於印度、埃及和美索不達米亞等許多地方。高等數學可以追溯到2500年前的希臘,當時的數學家畢達哥拉斯給出了一個著名的方程——畢達哥拉斯定理,也就是我們常說的勾股定理。不過,歷史學家相信這個定理——平面上的直角三角形的兩條直角邊的長度平方和等於斜邊長的平方——早在畢達哥拉斯出生的一千年前就已經在世界各地廣泛應用。

黃金比例公式

黃金比例公式

從那時起,越來越多的數學家開始努力擴展他們對數學的理解。然而,對於接下來這個重大的問題,還沒有人能找到確切的答案。

數學本身就存在於宇宙中嗎?

在歷史的某些時刻,人們發現,有些東西在他們進行數學運算之前就已經存在;在另一些時候,人們會認為是自己發明了不同的方程和方法,將腦海里的東西記錄下來。

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黃金比例

有人認為,與燈泡、電視等物品不同,數學並不是一項發明,而是一種發現。這種觀點背後的思想是,數學存在於上帝或柏拉圖式的思維世界中,而人類所做的就是發現它——這一立場被稱為柏拉圖主義。古希臘思想家和數學家柏拉圖認為,數學實體是抽象的,獨立存在於它們的世界中,在空間和時間之外。

有些數學思想非常基礎,即使你沒有發現,別人也會發現。數學是科學的語言,它的結構是自然、固有的。即使宇宙明天就消失,永恆的數學真理也仍然存在。我們有責任去發現它,理解它的功能,並在我們的知識基礎上找到可以控制物理事件的解決方案。

許多數學家都支持這一觀點。他們發現了許多永恆的真理,而這些真理——比如沒有最大的質數,小數形式的圓周率可以無限延伸等——與發現它們的頭腦無關。

數學本身可以在自然界中表現出來,並蘊藏着許多普遍問題的答案。在自然界中,我們經常可以找到一個與數學有關的例子——黃金比例。

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賽菊芋屬植物的花瓣呈斐波那契數列的模式

黃金比例與斐波那契數列

黃金比例描述了宇宙中最可預測的模式。它描述了從原子、颶風、人臉、人體到銀河系的一切。黃金比例是兩個部分a和b的比例等於(a+b)除以較大的部分a的值,約為1.618,用希臘字母φ 表示。它也被稱為神聖比例。

黃金比例源於斐波那契數列,以意大利數學家列奧納多·斐波那契的名字命名。數百年來,斐波那契數列一直令許多數學家、科學家和藝術家着迷。在這個數列中,每一個數字都是它前面兩個數字的和,即0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,……

我們可以在身邊的各種事物中看到斐波那契數列,例如貝殼、動物、金字塔和其他意想不到的地方。花瓣也遵循斐波那契數列。如果仔細觀察,你會發現一朵花的花瓣數可能是以下幾種之一:3、5、8、13、21、34或55。例如,百合有3片花瓣,波斯菊有8片花瓣,玉米萬壽菊有13片花瓣,菊苣和雛菊有21片花瓣,米迦勒雛菊有55片花瓣。這些現象支持了一個論點,即數學函數一直在自然界中存在着,我們所做的只是發現它們。

數學是我們創造的嗎?

有些人反對數學被發現的觀點,比如反柏拉圖學派,他們認為數學是被發明的。換言之,數學是人類的一項發明,其設計方式可以恰當地描述物理世界。為了滿足我們的需要,人類的頭腦不斷創造出各種數學概念。

如果宇宙明天就消失了,那麼每一個虛構的想法,比如足球、國際象棋或我們發明的任何活動都會消失,數學也是如此。

人類可以通過觀察自然界中出現的模式來了解宇宙的運作。通過從周圍世界中抽象出形狀、線條、群組等元素,我們創造出了數學概念,並將這些概念聯繫起來,以達到某種目的,或者只是為了好玩。

幾何學和算術的發展來源於我們觀察和區分形狀的能力,如圓形、三角形等。我們也用幾何來區分直線和曲線。

一開始,我們用的是自然數1,2,3……等來計算我們周圍物體的數量。後來,我們發明了更多的概念,如負整數、有理數、無理數、複數等等。這些數學概念的擴展都是為了服務於我們的各種目的。

打個比方,如果水銀計的溫度降到0度以下。那麼,為了說明一個小於零的數,我們就會引入負整數的概念,並寫成-10℃或-25℃。正是由於這種基於周圍所見而創造出新概念的過程,我們的確也可以說,數學誕生於我們的感知和心理設想。

有些人認為數學是一項發現,有些人則認為它是一項發明,這兩種觀點之間的爭論可能會永遠持續下去。考慮到這個問題已經存在了兩千多年,在短時間內,我們應該不太可能找到完美的答案。不過,顯而易見的一點是,數學並不在乎我們是否認為它是被發明的還是被發現的,或者兩者在其存在中發揮了何種作用。不管我們對此的觀點如何,數學都會客觀地發揮它的作用,繼續為人類造福。

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