数字“0”的演变史

和中国一样,印度在很久以前就发现了十进制的好处。早在公元三世纪,印度人就已经在使用十进制。他们当时的数字系统与我们今天所使用的一样,数字所在的位置表示数位:个、十、百、千、万……如此类推。我们不知道他们是如何发展出十进制的,但是他们无疑对此进行了细化,使之更臻完美,为数字一到九在全世界范围内的使用奠定了基础。然后,他们还发明了一个新的数字:0。

零不再等于“没有”
在已知史料当中,数字“零”最早有明确记载的使用是在九世纪,但是它很可能在那之前几百年就已经被人类所使用。在印度中央邦的瓜廖尔堡(Gwalior Fortress)一个小寺庙的墙上,就记录着这样一个奇怪的数字。因为它是数字“零”的所在地,于是也就成为了数学迷的一个朝圣地。令人惊讶的是,在印度人发明这个数字之前,它并不存在。在古埃及,在美索不达米亚,在古代中国,都存在着“零”这个概念,但当时都是以一个符号或者一个空白位置的形式存在。真正将它变成一个有明确意义的数字的,是印度人。是这一个概念性的飞跃,使人类数学发生了变革。自此之后,以非常高效的方式组出天文数字成为了可能。

印度人如何想到了“0”的概念?
我们永远都无法确定这一点,但是有可能,这个概念以及用以表示“零”的符号,最初是来源于在地上用石子算数的计算方式。当石子被拿开,沙土上就会有一个石子留下了圆形印记,代表了一种从有到无的过程。但是,这个数字的发明,还有可能存在着文化上的原因。关于“无”和“永恒”的概念,是古代印度人信仰体系当中的一部分。在佛教和印度教的传播和教育当中,都信奉“无”的概念。于是,一种热心信奉“无”之概念的文化,为“零”找到一个归宿,就不应该是一件令人惊奇的事。印度人甚至用梵语中一个用来表示哲学上“虚无”概念、读音为“shunya”的字,来表示这个新的数学概念。

从无到无穷
印度著名数学家婆多摩笈多(Brahmagupta)早在7世纪就展示过数字零的一些主要属性。他的一些与零相关的基本规则,至今仍然在全世界的课堂上讲授。
1 + 0 = 1
1 – 0 = 1
1 x 0 = 0
不过,当婆多摩笈多用0去除1的时候,他就遭遇到了难题。什么数字乘以0会等于1?解答这个问题需要一个新的数学概念:无穷。只有这样才能让零作分母具备任何合理性。而这一个进步也是一个印度数学家的功劳–巴斯卡拉(Bhaskara)在12世纪设计了这个概念。

再进一步
如果你将一个水平切成两半,你就有两块水果。如果你将它切成三块,就有三块水果。一直切下去的话就会是越来越多、越来越小的块。最终,你会得到无穷多的块数。巴斯卡拉就由此推理出,1除以0就是无穷大。不过,用0做的计算,还要比这更进一步。如果我们接受3减去3等于0,那3减去4呢?你似乎会什么都没有,但是印度人却意识到,那是一种新的“没有”:负数。印度人之所以能够得出负数和零的概念,是因为他们从一开始就将这些理解成是抽象的概念。数字不仅是用作计算和测量的工具,它们是有生命的,它们飘浮在宇宙中,不受制于摸得着的真实世界。这样一种思路,带来了数学思想上的大爆炸。

X和Y
印度人对数学的抽象理解,为解决二次方程带来了新方法。婆多摩笈多对于负数的理解让他看到,二次方程将永远有两种解决方法,其中一种可能是负数。他进一步通过两个变量(X和Y)来解决方程式。西方直到1657年才走出这一步–法国数学家皮埃尔·德·费马(Pierre de Fermat)提出了他的解答方法,但他不知道,他的印度同行在一千年前就已经找到了答案。婆罗摩笈多还为了表达这种等式计算而开发了一套新的语言。在实验如何表达他的计算方法时,他用两种颜色名称的字头来代表两个变量。于是就有了我们一直沿用至今的X和Y。

另一个无穷的数字
印度数学家们还研究了三角函数,并得出新发现。我们都知道,是希腊人最先发展出了一套几何与代数之间互换的概念体系。但是印度人将此往前推进了一步。他们应用三角函数来研究他们周围的世界,包括航海和测量空间距离。例如,印度数学家测量了地球与月球、地球与太阳之间的距离。印度数学家还解出了数学领域里其中一个最神秘的数字:圆周率(π)。π就是一个圆形的周长与直径之间的比率。这个数字在所有数学计算当中都会用到,在工程与建筑当中尤其有用,因为每一种涉及弧线的测量都会用到π。在很多个世纪里,数学家都在探索π的准确值。到了六世纪,印度数学家阿耶波多(Aryabhata)得出了一个非常准确的估算值:3.1416他也用这个值测量了地球的周长,得出的数值是39,968公里–与我们今天所知道的40,075公里非常接近。数学家马德哈瓦(Madhava)则发现,通过增加和减少分数,就可能确定Pi的精确值。这是一个至今仍然在全世界很多大学里教授的公式,但人们往往认为它是在17世纪由德国数学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)发现的。(转载自BBC中文网)

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