奇点科学|最为简单的数字0,发现竟用了上千年?

“0”,多么神奇的一个数字!
在一个整数后面加上0,这个数立马变为原来的10倍;一个即使趋于无穷大的数,只要乘上0,这个数立马化为“乌有”;一个数,只要除以0,立马失去意义;0代表着什么都没有,但在数位中,它又起着占位的重要作用;0既非正数,又非负数……
0着实是一个神奇的数字,它也是人类数学和科学领域最伟大的发现之一。但你知道0是怎样被发现的吗?
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0作为虚无的象征
苏美尔文明是发现于美索不达米亚(两河流域)的最早的文明,也是全世界最早产生的文明之一。历史学家推测,苏美尔人可能早在5000年前,就首次意识到了“0”——将其作为一种虚无的象征。在苏美尔人用于记录税收和粮食库存等信息的泥板上,一对倾斜着的楔形符号(苏美尔人使用的是楔形文字)被用来表示没有任何东西存在
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苏美尔人用于田地和房屋出售记录的泥板(图片来源:维基共享资源,Marie-Lan Nguyen )
今天,我们将0作为占位符使用是理所当然的,但不要忘了,对于苏美尔人来说,这是具有革命性的突破,因为用0来占位,就意味着可以用更少的符号来表示更大的数字,从而可以进行更快速的数学计算。例如,数字3024表示为千位的数有3个,百位的数没有,十位的数有2个,个位的数有4个。如果没有0作为百位的占位符,我们如何才能表达一个农民拥有3024头牛,和一个农民拥有324头牛之间的巨大差异?
在苏美尔文明之后,巴比伦,另一个诞生于美索不达米亚的文明,继承了苏美尔人的数字观念。巴比伦人开始使用算板(一种类似算盘的计算工具)进行计算,使0作为占位符的使用进一步标准化。
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一块的古巴比伦人使用过的算板,上面描述了一些三角函数问题,算板编号为Plimpton 322(图片来源:维基共享资源,CactiStaccingCrane)
然而,0作为数学意义上的数字,真正诞生于印度阿拉伯世界
0作为数字
早在公元前2000年,印度最古老的文献《吠陀》中就记录了0的使用,但当时0同样被用来表示空无。直到公元5世纪的印度,0才开始作为真正的数字,而不仅仅是一个占位符被使用。印度人最早用黑点“.”表示0,后来黑点逐渐演化为圆圈形状。之后,数字0从印度传播到阿拉伯世界。而我们熟知的意大利数学家莱昂纳多·斐波那契(Leonardo Fibonacci),又将0从阿拉伯世界引入了西方。
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意大利数学家斐波那契(图片来源:维基共享资源,David J Wilson)
斐波那契是一个驻扎在北非的阿尔及利亚海关官员的儿子,在他很小的时候,他就得到了阿拉伯人的指导,学会了阿拉伯数字的使用——包括0。回到意大利后,在1202年,斐波那契将他学到的知识,用拉丁文写了一本《计算之书》,书中介绍印度-阿拉伯数字系统,其中包括0的使用。这本书后来大大影响了欧洲人的思想,使得印度-阿拉伯数字系统逐渐在世界范围里内流传开来,最终演变成为我们今天所使用的计数系统。
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斐波那契所著《计算之书》(图片来源:维基共享资源,Otfried Lieberknecht)
0在其他文明的发展
值得一提的是,虽然数字0的发现和发展主要是在印度和阿拉伯世界,但数字0也在美洲被独立发现。大约在公元4世纪,玛雅人开始在他们的历法系统中使用0。他们将每月的第一天定为0,接下来是1,以此类推。玛雅人主要使用二十进制,据说他们创造的历法,比今天的公历还要准确。
在中国的魏晋时期,在算筹运算(一种流行于中国古代的,用横竖摆放的木棍进行计算的方法)中,就已经有用空位来代替0的做法,但这种方法起源于何时尚不清楚。公元718年,唐代的印度裔占星术者瞿昙悉达将数字“0”引入中国,以此来代替算筹。公元1247年,秦九韶在其所著的《数书九章》中,开始使用一个正圆形表示0,成为中国人最早使用数字0的记录,比欧洲早了近300年。
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秦九韶所著《数书九章》(维基共享资源,Gisling)
参阅资料:
https://www.scientificamerican.com/article/history-of-zero/
https://science.howstuffworks.com/math-concepts/zero.htm
图源:
https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page
https://pixabay.com/zh/