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.原載於科學月刊第三十卷第二期
.作者作者任教於台灣師範大學數學系
 

數學彩虹

(The Rainbow of Mathematics: The Fontana History of the Mathematics)

洪萬生 (Ivor Grattan-Guinness)

 
 

本書帶給我們的最大啟示,在於作者Ivor Grattan-Guinness總結了過去二十幾年數學史研究結果之後, 針對從遠古到本世紀初的數學知識活動,所刻劃的萬重風情以及賦予的歷史意義。 鑑往誠不不足以知來,不過,在尋找意義的過程中,我們並不孤單!
西方數學史的通史撰述,通常都會花很多篇幅討論希臘數學史, 譬如Morris Kline的《數學史》(Matemaical Thought from Ancient to Modern Times, 1972,請參看台北九章出版社八十年代所出版的中譯本)就安排了六章, 極為詳盡地說明希臘數理科學的哲學背景、成就特色與榮枯成因的分析。 若以全書總共五十一章來計算占有比例,那麼,希臘數學史在該書中的份量就有將近12%之多。 至於影響現代數學及其教育(包括大、中、小學)的十九世紀數學史,Kline則提供了十七章, 亦即恰好全書三分之一的篇幅。儘管就全書篇幅比重來看,十九世紀相對於古希臘差不多是三比一, 但考量數學的專業化與制度化在十九世紀西方世界的顯著發展,從而形塑了今日數學的風貌, 希臘數學史的比重似乎稍嫌高了一點。當然,這種主觀的認定仁智互見, 有時候要看寫作者所設定的讀者對象來決定。

針對西方數學史這種論述的「慣例」,英國的數學史家Ivor Grattan-Guinnes(IGG)的新書《數學彩虹》(The Fontana History of the Mathematical Sciences: The Rainbow of Mathematics,1997), 則反其道而行,在全書總共十七章(817頁)之中,作者只為希臘數學史安排了一章, 亦即差不多6%的篇幅而已。針對這一「另類」,Grattan-Guinnes的解釋是:

很多西方數學史書籍花不少篇幅處理古代世界、中世紀以及文藝復興等時期, 但對於奠基於它們之上的近代數學發展,卻著墨不多,尤其是十九世紀,更是常常一筆帶過,敷衍了事。 在這裡,我們要把它平衡過來。在本書中,十九世紀共占有九章之多。 或許在篇幅上這有一點矯枉過正,不過,這絕對不是有意對較早期數學史表示不敬, 而是因為1800年之後的數學比較貼近現代數學家或學生-他/她們其實是本書論述的主要設定對象。 此外,由於很多其他的通史著作都涵蓋了較早時期,甚至寫得極好,我推薦有興趣的讀者去閱讀這些書。
是的,正因為如此,所以本書的確相當適合大學(數學系)學生來閱讀。 不過,相對於Kline的書來說,本書雖然比較言簡意賅, 但檢視書末所附參考文獻(主要是七十年代之後的研究結果), 可以看到它充分受惠於過去二十年數學史學的長足進展(以國際數學史學報 Historia Mathematica 創刊二十週年為指標)。 「新」史學的觀點而言,它非常值得我們深入研讀。

本書作者Ivor Grattan-Guinness擁有倫敦大學的雙學位(Ph. D. 與D. Sc. ), 是科學哲學大師Karl Popper(1902-1994)的徒弟,目前任教於英國Middlesex大學, 是數學史與邏輯史的專業教授。他在國際數學史界相當知名,曾擔任《Annals of Science》主編(1974-1981)、 創辦並主編(1979-1992)《History and Philosophy of Logic》、 擔任英國數學史學會主席(British Society for the History of Mathematics)(1986-1988); 目前是國際科學史學院(International Academy of the History of Science)的院士(effective member)。 他著述頗為豐碩多元, 近年內比較重要的著作是《十九世紀前四十年法國數學的迴旋曲》(Convolutions in French Mathematics, 1800-1840)(1990); 主編《數學科學的歷史與哲學之百科指南》(Companion Encyclpedia of the History and Philosophy of the Mathematical Sciences)(1994)。 1994年暑假,他曾應筆者的邀請來台參加「數學史與數學教學之關聯」研討會(由國科會科教處與台灣師大數學系主辦), 發表三場演講,可見他是關懷面相當廣泛的數學史家。

上文對本書作者的背景與學術關懷之簡介,自然有助於我們了解他的選材、體例與論述。 然而,為了讓讀者獲得比較深刻的印象,在此有必要針對本書十分精彩獨到的安排,做具體的說明。 為此,請讓我們將本書的出版資料與目錄引述如下,供大家參考:

  1. 前言:寫在欣賞彩虹之前。
  2. 看不見的源頭與古代傳統。
  3. 沈寂的千年:從中世紀早期到歐洲文藝復興時期。
  4. 三角學的年代:1540-1660歐洲。
  5. 微積分與它的成果:1660-1750。
  6. 舞台中心的分析學與力學:1750-1800。
  7. 法國大革命之後的制度與專業。
  8. 數學分析與各種幾何學:1800-1860。
  9. 代數的擴張版圖:1800-1860。
  10. 力學與數學物理:1800-1860。
  11. 國際化的數學vs.日耳曼的崛起。
  12. 集合論的興起:1860-1900年間的數學分析。
  13. 各種代數與各種幾何:它們的關聯與公設,1860-1900。
  14. 力學發展的穩定年代:1860-1900。
  15. 數學物理的介質研究年代1860-1900。
  16. 新的世紀:直到第一次世界大戰前後。
  17. 回顧彩虹。
由這份目錄看來,作者的確有意大大地凸顯近、現代數學的份量,尤其強調了數學與物理的結合對前者所帶來的影響。 儘管如此,他將科學革命之後、微積分發明之前(1540-1660)的西歐數學發展,統稱為「三角學的年代」, 實在是頗為獨到的提法。一般來說,微積分的發明有賴解析幾何的鋪路,至於後者, 則是拜代數地位的提升而得以和古典幾何結合的成果。事實上,作者也指出:代數成為數學的一個分支的主體, 乃是1620年代以後才出現的故事。至於前此,代數則多半為人作嫁,始終被視為一種「技術」(art)而已。 譬如Girolamo Cardano的代數著作書名就稱作《偉大的技術》(The Great Art, 1545), 而Franciscus Vieta的符號代數經典書名也稱作《解析方法引介》(Introduction to Analytic art,1591), 可見即使是當時在這一方面卓然有成的數學家,也不敢隨意誇稱代數的理論成分。

在另一方面,三角學(trigonometry)這一門由古希臘Hipparchos開創,Menelaos接棒, 而最終由Ptolemy集大成的學問,到了十六世紀卻因緣際會而獨領風騷起來了。 一五四二年,正是哥白尼的天文學革命經典《論天體之運轉》(De revolutionibus orbium coelestium)問世的前一年, 負責編輯本書的G. L. Rheticus出版了《De lateribus et angulis triangularum》, 正式揭開「三角學時代」的序幕,這當然主要出自航海,地圖繪製與測量的需求,於是,伴隨著哥白尼著作章節, 新近(1533年)出版的Regiomontanus的正弦、餘弦值表,即一併重印收錄,連錯誤都一模一樣。 至於英文字「trigonometry」的語源「trigonometria」, 則是 Bartholomeo Pitiscus 依據前述 Rheticus 著作而寫的三角學之書名, 在本書中他尤其凸顯了三角函數的重要性,提供了六個主要函數的數值表。

由於直到1620年之後,代數的方法才逐漸取代解題結果,而成為研究的焦點,也因而代數的地位大大地獲得提昇, 其最佳旁證則是「整數」(integers)與「比」(ratios)被定位成數學實體(mathematical objects)。 從Cardano的《偉大的技術》問世以來,代數地位的提昇,原來是依附在三角學的發展之上的。 為了強化此一論點,Grattan-Guinness還指出這段時間的主要數學家及科學家如哥白尼、Cardano、Vieta、 刻卜勒、費馬以及笛卡兒,都有三角學方面的相關著作問世。 誠然,算術與代數最終還是獲得自主性(autonomy)的發展,因此,在Kline在前述經典作品中, 並未特別強調三角學的重要性。這是Kline與Grattan-Guinness兩人在處理這段歷史的著眼點不同所致。 他們的著作出版時間相隔二十五年,倒是都成為了二十世紀數學史學(historiography of mathematics)的歷史見證, 物換星移,耐人尋味。

正如上述,《數學彩虹》不同於其他數學通史著作的地方,更在於Grattan-Guinness將幾乎三分之二的篇幅放在十九世紀之後。 至於十八、十九世紀數學史的區隔,則是法國大革命, 尤其是此一重大歷史事件所帶出的數學制度化與專業化(參看《數學彩虹》第七章), 使得十八、十九世紀作為西歐數學「歷史分期的區隔」,變得十分自然而正當。 這一歷史現象,固然也為Kline所重視在《數學史》中,他也安排了第二十六章,專門討論1800年代的數學, 可是,我們仔細讀來,總覺得他並沒有特別指出數學的制度化與專業化所開啟的意義,治史器識不足故也。 不過,這個評論其實有一點年代誤置式的苛求,因為Kline的數學史論述, 一直忠誠地守在傳統思想史(intellectual history)的進路上, 至於對比十分強烈的Dirk J. Struik之《簡明數學史》(A Concise History of Mathematics)所洋溢的馬克斯史觀, 充分被七十年代之後興起的「數學社會史」(social history of mathematics)所吸納, 則或許是Kline在晚年所不曾預料得到的數學史學之主流活動。 現在,且讓我們進一步比較《數學彩虹》第七章與《數學史》第二十六章的各小節目錄, 就可以很清楚地看出其中的對比:


《數學彩虹》第七章 《數學史》第二十六章
7.1 一個新時代的來臨:巴黎工藝學院 26.1 分析學的興起
7.2 其他的法國(教有/研究)體制 26.2 十八世紀時的研究工作之動機
7.3 應用科學的一個新的分類 26.3 關於證明
7.4 哥廷根的第一個聖者 26.4 形上學的基礎
7.5 1820年代:數學國際化走向 26.5 數學活動之開展
7.6 三份數學期刊的創立 26.6 前瞻
7.7 1800年之際的數學現況  

就數學史的專門著作而言,《數學彩虹》還有一個非常獨特的風貌, 那就是它對數學與物理互動關係的特別重視,譬如Grattan-Guinness就安排了第十章、 第十四以及第十五章專門討論。在這些章節中,作者不只討論數學知識的成長,也提供了很多相關物理史的論述。 其實,在Grattan-Guinness的心目中,這些可以歸類為「數學物理」的學科, 或許是古希臘「嚴正科學」(exact sciences)的延伸吧!不過,似乎也正是這些數學與物理的錯綜複雜關係, 使得Grattan-Guinness可以從容舉例說明(科學)「常態性」(normality)、「革命」(revolution)、 「創新」(innovation)、「迴旋」(convolution),所指涉的知識活動, 曾經並存於Fourier的數學物理研究之中。由此我們也可以看出,Grattan-Guinness師承Popper的哲學關懷。 顯然基於類似的考慮,Gattan-Guinness也對他在本書中使用諸如「學派」(school)、 「風格」(style)等比較歸屬於社會學的名詞,提出十分扼要的解釋。 如此說來,本書對於比較想在數學史學中尋找所謂「結構」的學者來說,應該是具有相當大吸引力的。

儘管如此,本書帶給我們的的最大啟示,仍然在於作者 Grattan-Guinness 總結了過去二十幾年數學史研究結果之後, 針對從遠古到本世紀初的數學知識活動,所刻劃的的萬種風情以及賦予的歷史意義吧! 鑑往誠然不足以知來,不過,在尋找歷史意義的過程中,我們並不孤單!

   

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編輯:謝易達 / 校對:黃怡碧 最後修改日期:3/18/2003