数学史 · 中文镜像

数学家传记

埃拉托色尼Eratosthenes

出生
公元前276年 北非昔兰尼(今利比亚舍哈特)
逝世
公元前194年 埃及亚历山大

埃拉托色尼是一位希腊数学家,以研究素数和测量地球直径而闻名。

完整传记

埃拉托色尼出生在埃拉托色尼,该地现在位于北非的利比亚。他的老师包括学者Lysanias埃拉托色尼和希俄斯的希波克拉底的哲学家Ariston,后者曾师从斯多亚派哲学学派的创始人Zeno。埃拉托色尼还师从诗人和学者Callimachus,后者也出生在埃拉托色尼。埃拉托色尼随后在雅典学习了几年。

亚历山大图书馆是由克劳狄乌斯·托勒密一世Soter规划的,该项目在他的儿子托勒密二世Philadelphus统治下得以实现。该图书馆以亚里士多德图书馆中的著作副本为基础。托勒密二世Philadelphus任命埃拉托色尼的老师之一Callimachus为第二任图书馆员。当托勒密三世Euergetes于公元前245年继承其父时,他说服埃拉托色尼前往亚历山大担任其子Philopator的导师。大约公元前240年Callimachus去世后,埃拉托色尼成为亚历山大图书馆的第三任图书馆员,该图书馆位于一座名为Mouseion的缪斯神庙中。据说该图书馆藏有数十万卷纸莎草纸和羊皮纸卷轴。

尽管埃拉托色尼是一位顶尖的百科全书式学者,却被认为未能达到最高等级。托马斯·利特尔·希思写道[4]:-

[埃拉托色尼]确实被同时代人公认为在知识的所有分支中都有卓越成就的人,尽管在每一门学科中他都恰好未能达到最高地位。由于后一原因,他被称为Beta,另一个加在他身上的绰号Pentathlos也有同样的含义,因为它代表一位全能运动员,他不是赛跑或摔跤的第一名,而是在这些比赛以及其他比赛中都获得第二名。

当然,对于一个在许多不同领域中的成就今天不仅被铭记为具有历史重要性,而且在许多情况下仍然为现代科学方法提供基础的人来说,这是一个苛刻的绰号。

埃拉托色尼的重要著作之一是Platonicus,它论述了柏拉图哲学背后的数学。士麦那的塞翁在撰写Expositio rerum mathematicarum时大量使用了这部著作,而且,尽管Platonicus现已失传,士麦那的塞翁告诉我们埃拉托色尼的著作研究了几何学和算术的基本定义,并涵盖了音乐等主题。

关于 埃拉托色尼 的一个相当令人惊讶的信息来源是一封伪造的信件。在其对 阿基米德Sphere and cylinder 第二卷命题1的评注中,阿什凯隆的欧托基奥斯 复制了一封据称由 埃拉托色尼 写给 托勒密 III Euergetes 的信。这封信描述了 duplication of the cube 问题的历史,特别是描述了 埃拉托色尼 发明的一种机械装置,用于找到线段 xxyy,使得对于给定的线段 aabb

a:x=x:y=y:ba : x = x : y = y : b

根据希俄斯的希波克拉底的著名结果,已知解决在一个数与其两倍之间求两个比例中项的问题等价于解决倍立方问题。尽管这封信是伪造的,但其中部分内容取自埃拉托色尼自己的著作。这封信在数学史上占有重要地位,在[14]中有详细讨论。这封信的一份原始阿拉伯文文本曾保存在贝鲁特圣约瑟夫大学的图书馆中。然而它现在已经消失,[14]中给出的细节来自该信消失前所拍摄的照片。

关于埃拉托色尼在Platonicus中所写内容的其它细节由士麦那的塞翁给出。他特别在那里描述了倍立方问题的历史(见托马斯·利特尔·希思[4]):-

……当神通过神谕向提洛人宣告,为了摆脱瘟疫,他们应当建造一个体积为现有祭坛两倍的祭坛时,他们的工匠在努力发现如何使一个立体成为相似立体的两倍时陷入了极大的困惑;因此他们去询问柏拉图,他回答说,神谕的意思并不是神想要一个体积加倍的祭坛,而是他希望借此给他们布置任务,以使希腊人因忽视数学和轻视几何而感到羞愧。

埃拉托色尼在亚历山大里亚立了一根柱子,上面刻有一首铭文诗,涉及他自己对倍立方问题的机械解法[4]:-

如果,好朋友,你想从任何小立方体得到一个体积为其两倍的立方体,并恰当地将任何立体图形变为另一个,这就在你的能力范围内;你可以通过这种方法求出一块羊圈、一个坑或一个空心井的宽阔盆地的度量,也就是说,如果你这样在两个直尺之间截取两个比例中项,使其两端汇聚。你不要去寻求做阿尔库塔斯的圆柱体这一困难工作,也不要在梅内克穆斯的三元组中切割圆锥,也不要实现敬畏神的欧多克索斯所描述的那种曲线形式。不,你可以在这些 tablets 上,从一个小底开始,轻松找到无数个比例中项。你是幸福的,托勒密,因为,作为父亲,你在青春活力上与儿子相等,你自己已经给了他所有对缪斯和国王们珍贵的东西,并且将来,哦宙斯,天空之神,也可能从你手中接受权杖。但愿如此,并让任何看到这奉献物的人说“这是埃拉托色尼的礼物”。

埃拉托色尼还研究了素数。他因他的素数筛法,即‘埃拉托色尼筛法’而被铭记,这种筛法经修改后,仍然是数论研究中的重要工具。该筛法出现在尼科米迪斯Introduction to arithmetic中。

埃拉托色尼写的另一本书是On means,虽然它现在已失传,但帕普斯提到它是几何学伟大著作之一。然而,在大地测量学领域,埃拉托色尼将永远因他对地球的测量而被铭记。

埃拉托色尼对地球周长做出了惊人准确的测量。细节在他现已失传的论著On the measurement of the Earth中给出。然而,这些计算的一些细节出现在其他作者如克莱奥迈季斯士麦那的塞翁斯特拉波的著作中。埃拉托色尼比较了夏至时赛伊尼(今埃及尼罗河上的阿斯旺)和亚历山大里亚之间的正午阴影。他假设太阳如此遥远,以至于其光线基本上是平行的,然后根据赛伊尼和亚历山大里亚之间距离的知识,他给出地球周长为250,000stadia

当然,这个值有多准确取决于 stadion 的长度,学者们对此争论了很长时间。文章[11]讨论了学者们给出的 stadion 的各种值。确实,埃拉托色尼得到了一个好结果,如果像一些人从普林尼给出的值推断的那样取 stadion 为157.2米,甚至是一个非凡的结果。如果像 Gulbekian 在[11]中建议的那样,埃拉托色尼使用的值是166.7米,那就不那么好。

引用的几篇论文,例如[10]、[15]和[16],讨论了埃拉托色尼结果的准确性。论文[15]特别有趣。在其中,Rawlins 令人信服地论证,埃拉托色尼在计算中自己所做的唯一测量是亚历山大里亚夏至至点的天顶距,并且他得到了7°12'的值。Rawlins 论证说,这有16'的误差,而埃拉托色尼使用的来自未知来源的其他数据则准确得多。

埃拉托色尼还测量了到太阳的距离为804,000,000 stadia,到月球的距离为780,000 stadia。他使用月食期间获得的数据计算了这些距离。克劳狄乌斯·托勒密告诉我们,埃拉托色尼非常准确地测量了地轴的倾斜,得到了1183\large\frac{11}{83}\normalsize of 180°的值,即23° 51' 15"。

1183\large\frac{11}{83}\normalsize令数学史家着迷,例如论文[9]和[17]就是为了考察这个值的来源而写的。也许最普遍的观点是,值1183\large\frac{11}{83}\normalsize归功于克劳狄乌斯·托勒密而非埃拉托色尼。托马斯·利特尔·希思[4]认为埃拉托色尼使用了24°,而180°的1183\large\frac{11}{83}\normalsize克劳狄乌斯·托勒密的改进。Taisbak[17]同意将1183\large\frac{11}{83}\normalsize归功于克劳狄乌斯·托勒密,尽管他认为埃拉托色尼使用了180°的值215\large\frac{2}{15}\normalsize。然而Rawlins[15]认为使用了连分数方法来计算值1183\large\frac{11}{83}\normalsize,而Fowler[9]提出使用了anthyphairesis(或欧几里得算法)方法(另见[3])。

埃拉托色尼对科学进步还做出了许多其他重大贡献。他制定了一部包含闰年的历法,并且当他试图给出从特洛伊围城时期起的文学和政治事件的日期时,他为世界系统年代学奠定了基础。据说他还编纂了一部包含675颗恒星的星表。

埃拉托色尼对地理学做出了重大贡献。他相当准确地描绘了尼罗河到喀土穆的路线,标出了两条埃塞俄比亚支流。他还提出湖泊是这条河的源头。在埃拉托色尼之前,许多学者已经研究过尼罗河,他们试图解释这条河相当奇怪的行为,但大多数人像泰勒斯一样,其解释完全错误。埃拉托色尼是第一个给出本质上正确答案的人,他提出河流源头附近地区有时会下大雨,这可以解释下游的洪水。埃拉托色尼对地理学的另一贡献是他描述了“Eudaimon Arabia”地区,即现在的也门,居住着四个不同的种族。情况比埃拉托色尼所提出的要复杂一些,但今天埃拉托色尼提出的种族名称,即Minaeans、Sabaeans、Qatabanians和Hadramites,仍在使用。

埃拉托色尼的著作包括受天文学启发的诗作Hermes,以及关于戏剧和伦理学的文学作品,后者是希腊人喜爱的话题。据说埃拉托色尼晚年失明,并且有人声称他绝食自杀。

参考文献

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