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笛卡尔Vs费马两强相争

来源:笛 时间:2023/7/28

学习数学和物理的过程中,笛卡尔和费马两位大神的各种逆天成果和贡献,自然而然地被推到台前,供历代学子们膜拜学习,至于他们之间竞争的恩怨纠葛,却很少被提及。

笛卡尔其人

勒内·笛卡尔(RenéDescartes),于年出生在法国安德尔-卢瓦尔,一个富裕的家庭中,因为小时候体弱多病,家人允许他卧床读书、思考,于是成了他一辈子的习惯,中午才起床。

笛卡尔在富足、安逸的环境中,成长为一名四处游历的绅士。他自愿加入荷兰军队,但从未参加战斗,倒是有充足的时间学习哲学。

年,他不情不愿地去了瑞典,他嘲笑那里是被岩石和冰包围的熊之国,到了瑞典担任克里斯蒂娜女王的私人哲学导师。

年轻的女王精力充沛,喜欢早起清晨上课,这对于习惯中午起床的笛卡尔极不适应,而且,斯德哥尔摩那一年的冬天格外冷,几周之后笛卡尔就患上肺炎,不久便离世了。

笛卡尔是有史以来最雄心勃勃的思想家之一,他在学术上无所畏惧、蔑视权威,他自命不凡的自我程度,不亚于他的过人天赋。

对于两千年来所有其他数学家都尊崇的希腊几何方法,笛卡尔不屑一顾,批判其绝大多数都缺乏可信度,并且扬言除非避开他们走过的路,不然他根本不可能找到通往真理之路。

笛卡尔偏执而敏感,致力于在理性、科学和怀疑主义的基础上重建人类智识。他最广为人知的哲学著作,因为他的名句“我思故我在”而名垂千古。

他主张当一切都拿不准的时候,至少有一件事是确定的,那就是怀疑精神的存在。

他的分析方法似乎受到了数学逻辑的启发,在传世著作《方法论》中,介绍了一种令人振奋的思考哲学问题的新方式,被公认为现代哲学的开端。

他博学多识、涉猎广泛,把生命看作机械装置系统,认为灵魂位于大脑的松果体中。他还提出了一个庞大(但错误)的宇宙系统,认为空间中遍布着看不见的旋涡,行星就像旋涡中的树叶一样被裹挟着运动。

费马其人

皮埃尔·德·费马(PierredeFermat),年生于法国南部图卢兹。他的父亲在当地开了一家大皮革商店,拥有相当丰厚的产业,费马从小过着富足的中上阶层生活。

费马小时候受教于他的叔叔皮埃尔,得到了良好的启蒙,14岁时进入博蒙·德·洛马涅公学,毕业后先后在奥尔良大学和图卢兹大学学习法律。

在远离喧嚣巴黎的图卢兹,费马白天是律师和地方法官,晚上则会花几个小时做他真正热爱的事:研究数学。

相较于意气风发、雄心勃勃的笛卡尔,费马是一个腼腆、安静、随和、率真的人。他甚至没有把自己看成是哲学家或者科学家,只是以业余爱好者的身份,热爱着并钻研着数学。

费马在阅读丢番图和阿基米德撰写的经典巨著时,会在书上写下少量的笔记,偶尔也会把他的想法通过信件传递给其他学者,但他从未离家远游,也没有见过同时期的其他学者。

笛卡尔与费马之争

提起笛卡尔和费马之间的激烈争执,就不得不提到一个关键人物马林·梅森。

在当时的数学家当中,梅森是巴黎的一个关键联络人。在那个没有即时通讯工具的年代,梅森能让每个人都与其他人保持联系,是一个爱管闲事但又缺乏机智和谨慎的人。

梅森总会惹出麻烦,比如,向人们展示他收到的私人信件时,把保密的手稿在出版之前公之于众。

梅森身边聚集着一批顶尖的数学家,当时这批数学家多少都和笛卡尔有点不对付,他们总在抨击笛卡尔那本华而不实的著作——《方法论》。

因此,当笛卡尔从梅森那里听说图卢兹有个无名小卒(费马),声称早于他十年发明了解析几何,而且这个业余爱好者还对他的光学理论提出了质疑,笛卡尔认为又有人想让他难堪。

接下来的几年里,笛卡尔与费马进行了激烈的斗争,笛卡尔还试图毁掉费马的声誉。他毫不留情地诋毁费马,并且一定程度上打压了费马,致使费马的著作延迟到他去世后若干年(年)才正式出版。

相比之下笛卡尔获得了巨大成功,他的《方法论》名声大振,后辈还从中学到了解析几何,即使到了今天,学生们仍然在学习笛卡尔坐标,尽管它是费马率先提出来的。

寻找失传已久的分析方法

笛卡尔和费马之争发生在17世纪初,那时的数学家都梦想着找到一种几何学的分析方法。

当时人们普遍怀疑古人已经有了这样的方法,只是没有公布于众,或者有意藏匿了。笛卡尔就曾断言古希腊人掌握了一种数学知识,但令人愤慨的作者卑鄙地隐瞒了这种知识。

符号代数似乎就是这种失传已久的方法,但在较为守旧的地方,代数遭到了保守派的质疑。

自称站在巨人肩膀上的牛顿,曾有言道:代数是数学笨蛋的数学方法。言辞间不加掩饰地奚落笛卡尔,嘲讽笛卡尔依赖代数逆向推理解决问题的方法。

尽管牛顿对代数分析法嗤之以鼻,但并不影响他本人也使用这种方法,并取得了巨大的成果。不过牛顿并非运用代数分析法第一人,费马才是。

关于切线的争论

费马的优化方法使他明白了曲线的切线是怎么回事,而这是真正让笛卡尔火冒三丈的问题。

切线是在一个点上与曲线发生碰触,擦肩而过,确定切线的条件类似于求最值,让一条曲线与一条直线相交,然后不断地向上或者向下滑动直线,当两个交点合二为一时,直线与曲线就相切了。

到17世纪20年代末,费马已经找到了几乎所有可以用x和y的整数次幂来表示的代数曲线的切线。

笛卡尔有他自己找切线的方法,在年出版的《几何学》中,他自豪地向世人公布了他的方法。

在不知道费马已经解决了这个问题的情况下,笛卡尔也独立地想出了两个交点重复便是切线的概念,但他用的是圆,而不是直线去横穿曲线。

在切点附近,一个标准圆要么与曲线有两个交点,要么一个交点也没有。

通过调整圆的位置和半径,可以使两个交点合二为一,在那里圆与曲线恰好相切。笛卡尔找到了曲线切线的条件,也找到了曲线的法线,它位于圆的半径方向上,与切线垂直。

笛卡尔的方法虽然正确,但涉及的代数运算量远超费马的方法。

骄傲又自负的笛卡尔在尚不知道费马的方法的时候,便在《几何学》中得意洋洋地说:关于如何在曲线上任意点处画出与其成直角的直线,他给出了几何学中最有用和最普遍的方法。

年年末,当笛卡尔从巴黎的通信者那里得知,费马早在大约10年前就解决了切线问题,但却一直未公布,笛卡尔感到很沮丧。

年,笛卡尔研究了费马的方法,试图寻找其中的漏洞。但最终几次信件往来,费马从容地阐明了自己的观点,笛卡尔也不得不承认费马的推理是有理有据的。

后记

两位科学巨匠的恩怨纠葛,终是落幕在历史尘埃里了,庆幸的是他们留给后世丰硕的科学遗产,照亮了后继者的路,科学革命的路上前仆后继,铸就了我们辉煌的科学大厦。

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