古希腊亚里士多德说:人类普遍使用十进制,只不过是绝大多数人生来就有10根手指这样一个解剖学事实的结果。其实,这就像黑格尔说孔子道德是一种常识、任何民族身上都有一样“酸”,孔子道德思想与十进制都不是“大路货”,不是谁都能轻易掌握的。
如今,虽然十进制已是基础常识,但实际上这是人类漫长积累后的一个重大发明,并非天生就会,马克思在《数学手稿》中就称十进位计数法为“最妙的发明之一”。那么,到底是谁发明了十进制呢?
按照西方历史描述,距今5400年时,古埃及发明了十进制、以及计数符号,不过这种十进制并无位值的概念。所谓“位值制”,就说数字符号在不同的位置上代表不同的数值,比如“456”中的“4”代表400、“5”代表50、“6”代表6个1。
问题在于:真是古埃及最先发明“十进制”的吗?如果没有中国考古发现,那么这将成为历史定论而写在教科书中,但中国考古发现又一次刷新了历史。更为重要的是,中国发明了完整的十进制系统,奠定了现代数学的基础,然后逐步传播到了西方。
中国考古刷新历史
过去百年,中国取得了很多重大考古发现,就本文话题来说,以下两个发现极为典型:
新中国前,在北京周口店龙骨山“北京人遗址”顶部的山顶洞中,考古发现“山顶洞人遗址”,距今有一万多年,其中出土了一些骨管,不同骨管上有规律的分布着一些圆点。
中国著名数学史家、国际科学史研究院通讯院士李迪教授(见下图)考证认为:以一个圆点代表1,两个圆点并列代表2,三个圆点并列代表3,五个圆点上二下三排列代表5,长圆形可能代表十,因此山顶洞人骨管符号是“一种十进制思想”。
新中国后,在甘肃天水秦安县,考古发现“大地湾遗址”,其中出土一组质量器,测量之后的容积分别为:条形盘容积约为264.3立方厘米,铲形容积约为2650.7立方厘米,箕形容积约为5288.4立方厘米,深腹罐容积约为26082.1立方厘米。显然,其中三种是十倍递增,还有两种是两倍递增。
这一组质量器,除了说明十进制之外,背后无疑还折射出当时古人已经掌握一定计算,甚至几何知识,否则容积如何如此精确的递增?
因此,就目前考古发现而言,肯定是中国最先发明十进制,而不是古埃及。
至于古埃及的十进制是独立发明、还是受中国影响,这一点无法论证,但中国十进制有一个循序渐进的发明过程,而古埃及的十进制是突然出现,仿佛一下子打通了任督二脉,然后就发明了十进制、以及计数系统,这有些违背正常的认知规律。
中国又一重大贡献
古埃及虽然很早发明十进制,但非常诡异的像其文字一样,几千年来没有什么发展(几千年来,中国文字变化很大,古埃及文、楔形文字等都没有什么变化,这一点比较反常)。与之不同的是中国,不断发展完善,最终奠定了现代数学的基础。
早在古埃及发明计数符合之前,中国已有类似的计数符号,到了商朝又进一步发展,甲骨文中明确记载了“一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、万”十三个数字,同时还有“三百又四十八”、“二千六百五十六人”等的表述。也就是说,最晚商朝时期,中国已有完善的先进的十进制计数系统,同时还初步掌握了“位值制”。
西周初期,计数系统上出现“亿”,位值制也进一步发展,比如金文“俘牛三百五十五”写成“三百XX”,其中“X”代表“五”,即“XX”中间省略了“十”。春秋战国时期,中国已经掌握完整的位值制,甚至还摸到了“零”的门槛,比如十进位制筹算计数,以空格代表“0”。
与此同时,商周时期已有四则运算,春秋战国时期出现整数和分数的四则运算,同时发明了用于十进位制乘法、除法的九九表。
总之,除了早就发明“逢十进一”的进位规则之外,商周时期中国还完善了基于十进制的计数系统,以及十进位值制,可以说中国奠定了现代数学的基础。
搞清楚中国完整的十进制系统情况,再去看世界历史,就会知道到底谁是“源”、谁是“支”。
距今2800年前,印度没有十进制计数系统;距今2300年前,印度没有十进位值制,到唐朝初期时才采用十进位值制;距今1500年时,印度人发明“阿拉伯数字”。然后,印度向西传播到阿拉伯,再西传欧洲,十三世纪之后欧洲人才开始接触到十进制,但直到印刷术的流行,十进制才在欧洲真正普及。
因此,亚里士多德说“人类普遍使用十进制”,真不符合2000多年前的情况。
那么,印度数学基础从何而来?当时丝绸之路那么繁荣,中印交流那么频繁,说印度独立发明显然难有说服力,可以断定是源于中国,即逐渐传到印度、再不断西传,因此中国才是“源”、西方是“支”。
搞清楚印度数学基础来源,再来看“阿拉伯数字”,大抵是印度对中国计数符号本土化写作的结果,其中“0”可能还是这样。因为,算筹计数中起初明确以空格代表“0”,魏晋时期开始使用“口”符号来代替一个空位,刘微在注《九章算术》时就曾用过,用毛笔快写“口”就容易写成“O”,后来宋朝数学家就曾用“O”代表空位,所以印度在采用位值制之前出现“0”,所以出现“0”的时间是在中国魏晋之后。
最后,逢十进一规则、基于十进制的计数系统、位值制,构成了完整的十进制系统,也构成了现代数学的基础。但在唐朝之前,唯有中国完全掌握,古埃及、苏美尔、古希腊、古罗马等要么不是十进制系统,要么距离完整十进制相差甚远,但它们却有超时代的发达的数学,甚至还能计数出地球周长等,这无疑是一个值得思考的话题。