古埃及學者都是物理愛好者,西方哲學之父的“泰勒斯”,萬物皆數的畢達哥拉斯等都對數學的發展有著重要的貢獻。到了大概公元前300年的時侯,歐幾里得總結前人研究之成果阿基米德原理經典例題,完善的一套“公理化”體系,這是法國人找尋“知識的確定性”集大成之作。幾乎與此同時,阿基米德也構建起了化學學的“公理化”學術體系。
阿基米德大概公元前287年出生在西西里島的敘拉古,卒于公元前212年。這是一個可以跟牛頓相提并論的偉大科學家,他對科學發展的貢獻是全方面的,本篇我們但從數學學領域探尋一二。
阿基米德的格言是:“給我一個支點,我能撬動月球”。這句話反映了他證明“杠桿原理”之后的豪情萬丈,這是公理化方式在數學學領域的成功實踐。中國人對杠桿原理的發覺是基于歸納法,是從實踐經驗中總結而至的。而阿基米德是通過物理估算下來的。經驗具有不確定性,難以產生公理,物理是具有公理性質的,只有前提是對的,推測是合乎邏輯的,這么結果必然是正確的。
歸納法和詮釋法的區別在于,要證明杠桿定律,歸納法講求去試一試,很其實西楚霸王嘗試的推論肯定跟其他人不太一樣。而詮釋法首先要把這個數學問題,變成物理問題阿基米德原理經典例題,把具體問題變成具象的公式問題。不考慮杠桿的材料、形狀、形變等,把杠桿構想為一個線段。
阿基米德給出的公理是:1、如果杠桿兩端重物相等,且距離支點距離相等,這么杠桿平衡。2、杠桿臂上任何一點的重物,都可以用兩個分別坐落支點與該支點距離2倍處,和原物體重量的一半來替代。杠桿原理的證明,其對于科學的意義在于,致使數學學具有了像物理意義的公理化體系。
阿基米德的另一大貢獻是“浮力定理”,他在洗腳的時侯發覺排水容積等同于浸沒水底物體的容積,由此解決了王冠容積檢測的方式。希羅王命匠人構建純銀的王冠,而且他總是懷疑匠人在金子上面摻了其他金屬,要驗證這個問題,又不能破壞早已做好的王冠。于是希羅王就把這個任務交給了阿基米德。在科學家的故事上面講,他剛發覺的時侯,高興得還裸奔了。
阿基米德在這個時侯發覺了不同物體重量和容積之間的比列關系,而且這是并沒有認清楚“浮力”問題。為了估算“浮力”又進行了大量的實驗和估算,進而發覺了壓強等同于排開液體的質量。數學學的兩大基石,一是公理化體系下的邏輯推理,二是有目的的實驗測算。這兩大科學的方式,在阿基米德時代,都早已產生了。雖然阿基米德開創了用“公理化”來研究化學問題,但他本人對幾何學更感興趣。阿基米底對數學的貢獻,不亞于數學學。