小的時候,總會聽過阿基米德的故事,就是國王考考他皇冠是否是純金的故事,很有印象也很有趣,因為他是在洗澡的時候發現如何辨別皇冠是否為純金或是添加了其他雜質,讓我不得不思考,是否身為科學家時時都在思考問題?我想這答案是肯定的!
阿基米德(Archimedes),是著名的希臘數學家、力學家、物理學家和發明家。在數學中,後人對他的評價極高,稱之為「數學之神」,亦被公認為有史以來三個最偉大的數學家之一。他的父親是天文學家和數學家,從小他受家庭影響,十分喜愛數學。大約在他九歲時,父親送他到埃及的亞歷山大城唸書,亞歷山大城是當時世界的知識、文化中心,學者雲集,舉凡文學、數學、天文學、醫學的研究都很發達,阿基米德在這裡跟隨許多著名的數學家學習,包括有名的幾何學大師—歐幾里德,因此奠定了他日後從事科學研究的基礎。
阿基米德發展了天文學測量用的十字測角器,並製成了一架測算太陽對向地球角度的儀器。他最著名的發現是浮力和相對密度原理,即物體在液體中減輕的視重,等於排去液體的重量,後來以阿基米德原理著稱於世。在幾何學上,他創立了一種求圓周率的方法,即圓周的周長和其直徑的關係。
阿基米德他是第一位講科學的工程師,在他的研究中,使用歐幾里得的方法,先假設,再以嚴謹的邏輯推論得到結果,他不斷地尋求一般性的原則而用於特殊的工程上。他的作品始終融合數學和物理,因此阿基米德成為物理學之父。
畢達哥拉斯(Pythagoras of Samos),是著名的希臘哲學家、數學家、天文學家。他的主要貢獻在數學,以數的理論而著稱。早年他曾在錫羅斯島向費雷西底學習,又曾師事伊奧尼亞學派的安約西曼(Anaximander),之後遊歷埃及、巴比倫等地,接受古代流傳下來的天文、數學知識。他最後定居在克羅托內Crotone,在那裡建立一個宗教、政治、學術合一的團體─畢達哥拉斯學派,它是繼伊奧尼亞學派後古希臘第二個重要的學派,其思想學說對希臘文化有巨大影響。畢達哥拉斯最大的特點是他認為「自然界的事物可以用數學去表示」,他提出土地可以視為六面體,空氣可以視為八面體,天體為十二面體,水是二十面體。當時他已知道三角形的夾角總和為180度,也知道多面體角度總和的算法,但是後人仍不清楚水與二十面體的關係,這個學派後來被政治勢力消滅,大部份的資料均無留下,不過「用數學表示自然」是很重要的思考。
畢達哥拉斯認為樂器弦上不同位置發出不同的音符,這些位置可以用數學表示,因此數學不只是數字的哲學,也能量化音樂。他又提出宇宙穹蒼的星體位置,就是一首浩大的無聲樂章,這位宇宙的創造者不是希臘、雅典的諸神,而是一位「未識之神」。
畢達哥拉斯學派雖已消失,卻影響了希臘民間住在以弗所城的赫拉克利特(Heraclitus, 544-438 B.C.),他提出「水不斷的流動,是力量平衡的結果。」他進而觀察出,自然界的物質並非都在靜止中獲得平衡,而是在運動中取得平衡。
此外,他在天文學方面首創地圓說,認為日、月、五星都是球體,浮懸在太空中,天體的運行都沿著圓形軌道。
亞里斯多德(Ariistotle),是著名的希臘哲學家和科學家。他師從柏拉圖(Plato),曾任亞歷山大大帝的老師,並建立雅典學園(Lyceum)以與柏拉圖學園分庭抗禮。亞里斯多德就像是活生生的百科全書,他所研究的學問,包括了現在學科的哲學、物理學、生物學、天文學、大氣科學、心理學、倫理學、政治學、藝術美學,幾乎是涵蓋了所有的領域。而且他的著作超過170種,可惜的是被保留下來的僅僅是少數的資料。 在科學的方法論上,他開創了邏輯學,提出他所謂的四個公理:同一性定律、矛盾律、排他律、充分理由定律,並確定了概念、判斷、推理等邏輯形式。他最先提出歸納和演繹兩種方法,強調以數學體系與邏輯推理來證明科學的原理。這樣的基本理論觀點,促進了往後科學的發展,最明顯可見的是,在他的影響之下,出現了歐幾里得的名著《幾何原本》。
談及亞里斯多德,一定會提到另外兩個偉大的哲學家,柏拉圖與蘇格拉底。蘇格拉底是柏拉圖的老師,柏拉圖是亞里斯多德的老師,三人是師徒關係,而且都很崇敬老師。
值得注意的是,中國偉大的教育家是孔子,在希臘則是蘇格拉底。孟子是孔子的學生,在希臘,柏拉圖有「西方孟子」之稱。他們四位都是教育史上的傳奇偉人,可以說如果沒有他們的誕生,將沒有後世的智慧。
柏拉圖(Plato),是希臘數學家、哲學家、教育家。數學上受到西奧多羅斯(Theodorus of Cyrene)和畢達哥拉斯學派的阿爾塔斯等人的影響。他雖不是數學家,但他相當熱衷數學,因為他認為數學對哲學非常重要,對於宇宙之探討也有很大的助益。柏拉圖所提到的五種多面體:四面體、六面體、八面體、十二面體、二十面體也於後來歐幾里得的《幾何原本》第十三冊中出現。
柏拉圖對數學發展的主要貢獻可歸結為下列三點:
1.他釐清了數學是針對概念而不是處理在紙上畫的線或寫的數字。
2.他鼓舞了很多人「為數學而數學」。
3.他要求以數學的研讀作為成為一名哲學家的預備條件。
由於柏拉圖學派對數學如此推崇,他們贊成數學真理不依賴於人的思維,而是客觀存在的,也就是說,數學真理是被發現的。這個論點是其學派的重要主張。他對教育課程的設置與改造常為後人稱道,被譽為「數學家的締造者」。
國中的時候老師也有敎到幾何學,幾何學裡不免會談到幾何圖形,包括圓、弦、割線、切線以及有關角的量度,或是正多邊形等等,原來這些都是出自於歐幾里得所著作的《幾何原本》。
歐幾里得(Euclid),是公元前300年左右的希臘數學家。他所著作的《幾何原本》有十三卷,是世界上最早公理化的數學著作。是把公元前七世紀以來,希臘幾何積聚起來的豐富成果作出高度且成功的編纂和系統的整理,其主要功績在於對命題的巧妙選擇,和把他們排列進由少數初始假定出發,演繹地推導出合乎邏輯的序列中。
歐幾里得還提出了5個公理和5個公設:
公理1=> 與同一件東西相等的一些東西,它們彼此也是相等的。
公理2=> 等量加等量,總量仍相等。
公理3=> 等量減等量,餘量仍相等。
公理4=> 彼此重合的東西彼此是相等的。
公理5=> 整體大於部分。
公設1=> 從任意的一個點到另一個點,作一條直線是可能的。
公設2=> 把有限的直線不斷循直線延長是可能的。
公設3=> 以任一點為圓心和任一距離為半徑作一圓是可能的。
公設4=> 所有的直角都相等。
公設5=> 如果一直線與兩直線相交,且同側所交兩內角之合小於兩直角,則兩直線無限延長後必相交於該側的一點。
除《幾何原本》之外,歐幾里得還有不少著作,可惜大部份都失傳。幾何著作保存下來的有《已知數》(The data)、《圖形的分割》,除此之外還有光學、天文學等著作,多已散失。
在看完阿基米德的介紹,我認為他那研究精神很令人讚揚與佩服,直到死前的那一刻,他還專心於用他的圖形研究幾何問題。我想不論是誰,都很難有這樣的毅力與勇氣,我該學習的是他的專心以及時時刻刻去思考值得研究的問題,而不是虛度人生。
記得我國中在學數學的時候,常常聽到畢氏定理,所謂的畢氏定理就是在一個直角三角形中,斜邊的平方等於兩股的平方和。聽過卻不知道畢氏指的是誰,到今天我才知道畢氏定理是由以畢達哥拉斯為領導中心之研究群的集體創作。畢達哥拉斯和阿基米德一樣,思想與學說對希臘文化有巨大的影響。現在荷蘭首都也有以他們為名的街道。能夠讓後世的人們,將自己的名字立為街道名,可說是傳奇人物,畢竟這世上能被這麽尊敬與讚揚的人不多。我沒有偉大的宏志要像他們一樣被立為街道名,卻也希望自己有一天能做出讓自己引以為傲的成果。
「畢氏學派將抽象的數作為萬物的本源,研究數的目的不是為了實際應用,而是通過揭露數的奧秘來探索宇宙的永傳真理。」,這句話讓我印象深刻,因為我們一般人都認為學數學只要會加減乘除就可以了,卻忽略了數的無限能力,以及他的奧秘,數是可以讓我們了解宇宙的,並探索宇宙真理,這樣的偉大著實讓人感動啊!無理數成不可通約量的發現,是這個學派最重大的貢獻,也是數學史上重要的里程碑。
我只能說聖人不愧是聖人,雖然我不是數學家,但是我認為數學的存在很重要,也許我的基礎並不好,但是我卻也認同並讚揚這些偉人的創造力。我想我該時時保持客觀的思維,才能有清晰的脈絡與條理,也許這就是走向成功之路的重要因素之ㄧ。
在歐幾里得的介紹中我看到有個學生才開始學第一個命題,就問歐幾里得學了幾何學之後將得到些什麽。他說:「給他三個錢幣,因為他想在學習中獲取實利。」,如果學習都講求要有實利,那我想這已經失去學習的意義了。學習是無止盡的,不該以利益來衡量自己的學習的目的;學習是開心的,因為你會從學習中得到心靈上的滿足。我在數學領域裡也曾因學習而開心,雖然現在無法在數學領域裡有很大的滿足,我卻也在其他領域的學習上有很大的收穫。挫折是難免的,如何克服困難,勇往直前是我該努力的方向。