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第61章 虚数者,玄思之嫡子

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1725.将四元数的研究过程与等效的笛卡尔方法相比(即便后者已充分利用高等代数改进),人们难免会觉得:两者的反差甚至比十进制与二进制、或古希腊算术的对比更强烈;亦如同公制系统的有序细分,对比英国那套荒谬的非系统单位(仅存的重量与度量衡表,或许是基础教学中最有效——即便不算最精巧——的折磨工具之一)。

——p.G.泰特

《英国科学促进会主席致辞(1871)》;《自然》第4卷,第271页

四元数之研,无论何域,比之等效笛卡尔法(纵后者已尽用高等代数之改进),其异之显,犹十进制之对二进制、古希腊算术;或公制之有序,对英之荒诞无度(其度量衡表,殆为启蒙教中最酷之具,纵非最巧)。

——泰特

《英国科学促进会会长演说(1871)》;《自然》第四卷,二百七十一页

1726.

的确,在纯数学家眼中,四元数有一个重大缺陷:它们无法应用于n维空间,只能局限于处理那可怜的三维空间——凡夫俗子注定困于其中,却束缚不了凯莱或西尔维斯特那样的无限探索欲。但从物理学角度看,这非但不是缺陷,反而是最大的优势。事实上,四元数专为“现实”应用而设计,摒弃了所有非必要元素,完全不考虑这是否会导致其无法应用于“不可想象”的领域。

——p.G.泰特

《英国科学促进会主席致辞(1871)》;《自然》第4卷,第271页

纯数学家视四元数,有一要害之弊:不能用于n维之域,仅囿于三维——此凡夫所居,却难束凯莱、西尔维斯特之远瞩。然自物理观之,此非弊也,实为至善。盖四元数专为“实有”而设,尽去冗余,不顾能否施于“不可思”者。

——泰特

《英国科学促进会会长演说(1871)》;《自然》第四卷,二百七十一页

1727.有句古老的警句称:英国统治海洋,法国统治陆地,德国统治云端。想必德国人正是从云端取来了“+”和“?”;这些符号催生的思想对人类福祉至关重要,绝非来自海洋或陆地。

——A.N.怀特海

《数学导论》(纽约,1911年),第86页

古谚有云:英主海,法主陆,德主云。观夫“+”“?”二符,其思深裨人道,非海陆所能出,盖德国人取诸云乎?

——怀特海(A. N. whitehead)

《数学引论》(纽约,1911年),八十六页

1728.至于这些不尽根数(人们近乎苛责地称它们为无理数、无规律数、不可解数,仿佛它们自身毫无价值),许多人否认其作为真正数的资格,常将它们从算术中驱逐,归入另一门(实则不算科学的)学科,即代数学。

——艾萨克·巴罗

《数学讲义》(伦敦,1734年),第44页

若夫不尽根数(人或讥之曰无理、无章、不可解,似其本身无足取),众多否认其为数,常逐之于算术,归诸代数——然代数非真科学也。

——巴罗(Isaac barrow)《数学讲义》(伦敦,1734年),四十四页

1729.若如惠威尔所言,科学胜利与进步的本质在于:它让我们能将先辈视为不可理解的观点,变为显而易见且必然的真理,那么将数的概念扩展到包含无理数(我们随即补充,还有虚数),便是纯数学史上最伟大的进步。

——赫尔曼·汉克尔

《复数理论》(莱比锡,1867年),第60页

惠威尔曰:科学之胜与进,在使古人所不解者,化为显且必然之理。诚哉斯言!则数之概念扩及无理,乃至虚数,实为纯数学千古之盛步。

——汉克尔(hermann hankel)《复数论》(莱比锡,1867年),六十页

1730.

长期以来,虚数概念之所以被错误理解并笼罩神秘色彩,很大程度上源于符号体系的不当。例如,若将+1、?1、√?1称为正向单位、反向单位、侧向单位,而非正、负、虚数(甚至不可能数),这种神秘感便无从谈起。

——c.F.高斯

《双二次剩余理论·第二篇评注》;《着作集》第2卷(哥廷根,1863年),第177页

虚数之理,久被谬解,蒙以玄秘,多因符号之不当。譬如+1、?1、√?1,若谓之正向、反向、侧向单位,而非正负、虚(乃至不可能),则玄秘自消。

——高斯(c. F. Gauss)

《双二次剩余论·后篇》;《全集》第二卷(哥廷根,1863年),一百七十七页

=1731. 虚数,这一复杂神秘主义的心头产物。

——欧根·杜林

《力学一般原理的批判史》(莱比锡,1877),第517页。

虚数者,玄思之嫡子,幽隐之精魄也。

——欧根·杜林

《力学通论考史》(莱比锡,1877),五百十七页。

=1732. 从纯数论唯一可接受的标准来看,i与负数、分数和无理数一样具有“虚数”属性,但仅限于此:它们都只是为了表示运算结果而设计的符号,即便这些结果并非(正整数意义上的)数字。

——h.b.法恩

《代数数系》(波士顿,1890),第36页。

以纯粹算理之绳墨衡之,则虚数i之谓,犹负、分、无理数之属,仅此而已。皆为筭法之符号,所以表运算之果,纵其非真数(正整数)亦可。

——h.b.法恩

《代数数系》(波士顿,1890),三十六页。

=1733. 在四元数理论中,符号√-1被严格定义为“垂直性”的代表。这一奇妙的空间代数正是依赖于该符号的特殊用法,才得以兼具对称性、优雅性与强大功能。四元数的不朽创立者已证明,该符号在其他情形中还可被赋予不同含义。但它最强大的作用,在于以“魔法般的力量”将现实宇宙翻倍——创造出一个与之对应的理想宇宙。二者既可相互比较对照,又通过奇妙的关联纽带构成有机整体。现代分析学正是从中发展出了卓越的几何学体系。

——本杰明·皮尔斯

《论线性代数的用途与变换》;《美国数学杂志》第4卷(1881),第216页。

符号√-1,于四元术中专指垂直之象,严而有界。此空间之妙算,赖其特用,方得对称、雅洁而力雄。四元术之不朽创立者证之:此符号于他境亦可别赋新义。然其最着之能,在以神妙之力,令实有宇宙翻倍,旁立理想之宇,与之对映。二宇既可比照,复以奇纽相连,成一有机体。近世分析之学,由此衍出超绝几何。

——本杰明·皮尔斯

《线性代数用变论》;《亚美利加算学杂志》第四卷(1881),二百十六页。

=1734. 对“不可想象之物”(虚数)的构想——对这种不仅不存在、更不可能存在之物的度量——是人类智力最杰出的成就之一。无人能否认这类想象确实属于“虚构”,但其导向的成果比诗人想象的任何产物都更宏伟。虚数演算是开启物理科学的关键钥匙之一。这些“不可想象之境”在许多领域成为我们通向实证知识的唯一路径。正是虚数演算为光本身驱散了黑暗,而在所有关于电、磁、热及其他微妙物理现象的现代研究中,它们都是最强有力的工具。

——托马斯·希尔

《北美评论》第85卷,第235页。

构画不可思之物(虚数),量度既非实有、更不可有者,乃人智之至伟功也。谁能否此等玄想之为?然其所臻之境,远迈诗人幻域。虚数之算,实为格物之要钥。此不可思之域,多为通实证之唯一津梁。光本在幽,赖虚数之算而得明;近世研电、磁、热及诸微妙物理者,皆恃之为利器。

——托马斯·希尔

《北美述评》第八十五卷,二百三十五页。

=1735. 虚数在几何学中的所有有效应用,都遵循“从实数开始、以实数结束,仅在中间步骤使用虚数”的模式。在这类情形中,论证的起点与终点都具有真实的空间解释(这也是空间解释唯一重要的环节);中间过程则纯粹以代数方式处理代数量,可进行任何代数允许的运算。只有当最终结果具备空间解释可能时,其结论才可被视为几何命题。其他情形下使用几何语言,只是辅助想象的便捷手段。例如,提及与“圆环点”相关的射影性质,本质上是用纯代数性质的助记符号——圆环点并非真实存在于空间中,而是几何方程变换时引入的辅助量。虚数的几何解释不产生矛盾并不奇怪:因为其解释完全遵循代数规则,而我们已认可这些规则在虚数范畴内的有效性。当空间感知完全让位于代数时,代数规则主宰一切,自然不会出现矛盾。

——伯特兰·罗素

《几何学基础》(剑桥,1897),第45页。

虚数于几何之用,凡有效者,必始于实数,终于实数,唯中程用之。此时也,论之始终皆有实空间之解(此乃空间解释唯一要处);中程则纯以代数术理代数式,凡代数所许,皆可为之。唯终果可解为空间者,其论方得称几何。他时用几何语,不过便忆助想耳。譬如言圆点之射影性,实乃代数性之记法——圆点非在空间,唯是变易几何方程时之助量。虚数几何解之无悖,不足怪也:因其解尽循代数之规,而吾辈既许代数之则可行于虚数。空间之觉既泯,代数主之,自无抵牾。

——伯特兰·罗素

《几何原本》(剑桥,1897),四十五页。

=1736. 事实上,若将代数理解为对各类复合量(无论有理数、无理数还是空间量)应用算术运算的学问,那么印度的博学婆罗门才是代数的真正发明者。

——赫尔曼·汉克尔

《古代与中世纪数学史》(莱比锡,1874),第195页。

若以代数为算术施于诸复合量(无论有理数、无理数、空间量)之学,则天竺博学婆罗门,实为代数真发明者也。

——赫尔曼·汉克尔

《古今算学史》(莱比锡,1874),一百九十五页。

=1737. 值得注意的是,印度数学对现代科学的渗透程度极深。现代算术与代数的形式和精神本质上属于印度而非希腊传统。

——F.卡乔里

《数学史》(纽约,1897),第100页。

印度算学入今世之学,深矣。近世算术与代数之体与神,本出印度,非希腊也。

——F.卡乔里

《算学史》(纽约,1897),一百页。

=1738. 代数学中存在许多问题,学者们到现在都没能成功解决。他们在着作中列出了其中一些问题,目的是证明这门学科存在难点:既要让那些声称“代数中没有超出他们能力范围的东西”的人闭嘴,也要提醒数学家不要试图回答所有被提出的问题,还要激励有才华的人尝试解决这些问题。我从这些问题中选了七个:

1. 把10分成两部分,使得每一部分加上它的平方根,然后把这两个和相乘,乘积等于原来设定的数。

2. 哪个平方数,当它加上10或者减去10时,得到的和与差都是平方数?

3. 有个人说,他欠扎伊德10,除了欠阿米尔的钱数的平方根;他欠阿米尔5,除了欠扎伊德的钱数的平方根。

4. 把一个立方数分成两个立方数。

5. 把10分成两部分,使得每一部分除以另一部分,再把两个商相加,和等于其中一部分。

6. 存在三个成等比数列的平方数,这三个数的和也是一个平方数。

7. 有一个平方数,当它加上自身的平方根和2,或者减去自身的平方根和2时,得到的和与差都是平方数。

——《算术精要》

(代数学内容,引自赫顿《哲学与数学词典》伦敦,1815年,第一卷,第70页)

代数学中,多有难题,学者研之至今,终未得解。彼于着述中列此数题,盖欲明此学之艰:一使妄言代数无出己能之外者默然;二警算家勿轻诺解答一切所问;三励才俊之士图其破解。余择其七,列之于下:

1. 分十为二,令各加其平方根,两和相乘,其积等于原数。

2. 有某平方数,加十或减十,其和与差皆为平方数,求此数。

3. 某人言:欠扎伊德十,唯除欠阿米尔之数的平方根;欠阿米尔五,唯除欠扎伊德之数的平方根。

4. 将一立方数分为二立方数。

5. 分十为二,令彼此相除,两商相加,其和等于其中之一。

6. 有三平方数,成等比数列,且三数之和亦为平方数。

7. 有一平方数,加自身之根与二,或减自身之根与二,其和与差皆为平方数。

——《算术精要》

(代数内容,引自赫顿《哲学与数学词典》伦敦,1815年,第一卷,第七十页)

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