数学之书
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054 1572年 虚数

邦贝利(Rafael Bombelli,1526—1572)

虚数对于雷依斯(Jos Leys)创造丰富的分形艺术作品相当重要,如此,他才能在不断被放大检视的图形中持续产生丰富的细节。早期数学家非常质疑虚数的实用性,并对其他接受虚数存在的数学家嗤之以鼻。

卡丹诺的《大术》(1545年),欧拉数e(1727年),四元数(1843年),黎曼假设(1859年),布尔夫人的《代数的哲学与趣味》(1909年)及分形(1975年)

虚数,指的是平方后为负值的数。伟大的数学家莱布尼兹称虚数“像是圣灵般的奇妙旅程,几乎处于存在与不存在之间”。 因为所有实数的平方都是正数,因此好几世纪以来的数学家都认定负数不可能有平方根。尽管还有一些数学家暗示虚数存在的可能,但是数学史上对于虚数的研究,要一直等到16 世纪的欧洲才开始变得热门。生前以沼泽整治而出名的意大利工程师邦贝利,如今却以自己在1572 年发行的《代数》(Algebra)一书而留名。他在书中介绍 这个符号,也就是x2+1=0的解。邦贝利在书中写道:“这对很多人而言,是一个疯狂的想法”,非常多数学家犹豫着是否要“相信”虚数存在,包括笛卡儿在内,笛卡儿还认为虚(imaginary)是个带有侮辱性质的字眼。

欧拉(Leonhard Euler)在18世纪引用i这个符号—拉丁文“假想”(imaginarius)的头一个字母取代 ,并一直沿用至今。如果没有虚数的话,现代物理学恐怕很难有所进展。物理学家在很多领域都使用虚数进行计算,包括交流电、相对论、讯号处理、流体动力学、量子力学等领域都需要虚数才能有效完成计算工作,甚至就连华丽的分形图形也都少不了虚数,才能在不断被放大检视的图形中持续产生丰富的细节。

从弦理论到量子理论,越深入研究物理的学者,研究内容就越接近纯数学,甚至有人说数学“运转”真实世界的道理,就像微软操作系统操作计算机一样。薛丁格波动方程式:用波动函数与概率描述基本的实在及事件—可以视为我们所寄托之逝基板(evanescent substrate),而逝基板则建立在虚数之上。■