数学史 · 中文镜像

数学家传记

西蒙·斯蒂文Simon Stevin

出生
1548年 勃艮第尼德兰布鲁日(今比利时)
逝世
1620年2月 荷兰共和国海牙(今荷兰)

西蒙·斯蒂文是一位佛兰芒数学家,他首次对小数进行了初等而详尽的阐述,并将其引入数学。

完整传记

西蒙·斯蒂文的父亲是Anthuenis (Anton) 斯蒂文,据信他是弗尔讷一位市长的幼子。他的母亲是Cathelijne(或Catelyne)van der Poort,她是伊珀尔一个市民家庭的女儿。Anthuenis和Cathelijne没有结婚,但斯蒂文的母亲Cathelijne后来嫁给了一个从事地毯销售和丝绸贸易的男人。通过婚姻,Cathelijne加入了一个加尔文主义家庭。关于斯蒂文的早年生活或教育一无所知,尽管人们推测他是在加尔文主义传统中长大的。

斯蒂文成为安特卫普一家公司的簿记员和出纳员。已知他在1571年至1577年间曾在波兰、普鲁士和挪威旅行过一段时间。然后在1577年,他在布鲁日的税务办公室找到了一份职员的工作。此后,他于1581年搬到莱顿,在那里他首先上了拉丁学校,然后于1583年(35岁时)进入莱顿大学。关于他为什么搬到莱顿,人们提出了各种理论。要理解这些,我们需要简要回顾一下这一时期的历史。

1579年1月23日的乌得勒支联盟旨在在低地国家的更大联盟内形成一个集团(称为三级会议),以抵抗西班牙统治。它在荷兰北部产生了一个联盟,名义上仍处于西班牙国王的统治之下,但与南部不同。大约从1567年开始,西班牙在南部占领区开始的恐怖统治引发了强烈的反抗。北部主要是加尔文主义者,实际上由奥兰治亲王威廉统治。1581年,三级会议宣布从西班牙独立,随后出现了复杂的局面,因为外国援助被引入。

斯蒂文搬到荷兰北部无疑与他们从西班牙国王统治下独立同时发生。然而,斯蒂文搬家的其他可能原因也存在,因为我们已经提到,斯蒂文在母亲再婚后是在加尔文主义家庭中长大的。当然,斯蒂文并不是唯一一个在这段时间逃离荷兰南部的人,许多人去了北部,但其他人逃往英国或德国。当斯蒂文在莱顿大学时,他遇到了杰森·约翰·拿骚伯爵毛里茨(莫里斯),他是奥兰治的威廉的次子。两人成为亲密的朋友,斯蒂文成为王子的数学导师以及亲密顾问。奥兰治的威廉于1584年7月10日在代尔夫特被一名罗马天主教徒暗杀,该教徒认为通过暗杀威廉,他将阻止对天主教西班牙的叛乱。威廉的长子菲利普·威廉忠于西班牙,因此毛里茨于1584年被任命为荷兰和泽兰,或荷兰联合省的总督。

由于毛里茨王子现在是共和国军队的首领,并且斯蒂文作为他的顾问服务,随后对西班牙军队取得了一系列军事胜利。毛里茨理解军事战略、战术和工程在军事成功中的重要性。1600年,他要求斯蒂文在莱顿大学内建立一所工程学校。坚持在那里用荷兰语授课是一个很好的政治举措。当然,毛里茨王子认为他的朋友斯蒂文在他的成功中具有重大重要性,最近在海牙公共记录办公室发现的一份记录斯蒂文1604年薪水为600荷兰盾的期刊证实了他的高位。

据信从1604年起,斯蒂文担任荷兰联省军队的军需总监。他发明了一种方法,通过打开堤坝上选定的水闸,淹没入侵军队所经之处的低地。他是一位杰出的工程师,为风车、船闸和港口的建造提供咨询。他就对抗西班牙的战争防御工事建设向毛里茨亲王提供建议,并详细描述了军队所采用的军事创新。这些创新后来被许多其他国家效仿。

联省军队从西班牙统治下收复的基本上就是今天的荷兰领土,联省共和国也获得了英格兰和法国的正式承认,成为一个独立国家。毛里茨亲王希望继续对西班牙作战,但当西班牙实际上承认联合省为独立主权国家后,继续战斗的热情便所剩无几。十二年停战协定于1609年开始。

斯蒂文于1612年以3800荷兰盾买下了海牙Raamstraat的一栋房子(这再次表明他地位高、财富多)。他结婚的日期,有些资料说是1610年,另一些资料说是1614年。他的妻子是Catherine Krai,他们有四个孩子,分别叫Frederic、Hendrik、Susanna和Levina。他们的第二个孩子Hendrik后来进入莱顿大学,并成为一位著名科学家,还担任了他父亲全集的编辑。

斯蒂文著有11本书,在三角学、力学、建筑学、音乐理论、地理学、筑城学和航海学方面都做出了重要贡献。他的第一本书是Tafelen van Interest (利息表),于1582年出版。在此之前,未出版的手稿利息表在欧洲各地的银行家中普遍使用,但一直被视为不得泄露的秘密信息。在给出数值表之前,斯蒂文给出了单利和复利的规则,并给出了许多使用示例。

Problemata geometrica (几何问题)(1583年)中,斯蒂文呈现的几何学主要基于欧几里得阿基米德,但他所研究的问题表明,他也受到了阿尔布雷希特·丢勒的影响。斯蒂文在这部著作中对与多边形和多面体有关的作图作了有趣的叙述,使用了相似性的概念,并研究了正多面体和半正多面体。这本书用拉丁文写成,是他唯一一本首次以拉丁文出版的著作。他后来成为用荷兰语撰写科学著作的坚定倡导者,并在1586年撰写的一篇文章中明确说明了这一选择的理由。

1585 年,他出版了 La Thiende (第十),这是一本二十九页的小册子,其中他对小数给出了初等而详尽的论述。他写这本小书是为了以下人群的利益:-

…… 占星家、测量员、地毯制造商、酒类计量员、铸币师以及各类商人。

尽管他没有发明小数(早在 斯蒂文 的时代之前,阿拉伯人和中国人就已经使用小数),但他确实将小数的使用引入了欧洲数学。斯蒂文 指出,十进制硬币、度量衡的普遍引入只是时间问题(但他若知道 21 世纪仍有一些国家抵制采用十进制,大概会感到惊讶)。Robert Norton 于 1608 年在伦敦出版了 La Thiende (第十)的英译本。书名为 Disme, The Arts of Tenths or Decimal Arithmetike,正是这个译本促使 Thomas Jefferson 提议美国采用十进制货币(注意,一美元的十分之一至今仍称为 dime)。斯蒂文 的记法后来被 克里斯托佛·克拉乌约翰·纳皮尔 采用,并发展成今天所用的记法。

同年(1585年),他出版了La pratique d'arithmétique (算术实践)和L'arithmétique (算术),这是他最早用法语写成的仅有的两部著作。在后一部中,斯蒂文给出了求解二次方程的统一处理方法和求任意次代数方程近似解的方法。他还强烈呼吁,诸如平方根、无理数数、不尽根、负数等一切数都应作为数来对待,而不应被区分为性质不同。斯蒂文的实数概念基本上被后来所有科学家所接受。尤为重要的是斯蒂文接受了负数,但他不接受“新的”虚数,这阻碍了虚数的发展。

阿基米德启发,斯蒂文撰写了重要的力学著作。他的论述主要涉及静力学,见于他1586年出版的De Beghinselen der Weeghconst (称重技艺原理)一书。该书以包含力的三角形定理而闻名,这一定理推动了静力学的发展。同年,他关于流体静力学的论著De Beghinselen des Waterwichts (流体静力学原理)对阿基米德在这一主题上的工作作出了显著改进。许多人认为,他通过这部著作表明液体施加于给定表面上的压强取决于液体的高度和表面的面积,从而创立了流体静力学这门科学。

同样在1586年(比伽利略早3年),他报告说不同重量的物体在相同时间内下落给定距离。他的实验使用两个铅球,一个的重量是另一个的十倍,他从代尔夫特教堂塔楼上让它们下落三十英尺。

在1608年出版的De Hemelloop (天空漫步)中,他撰写了天文学内容,并大力捍卫尼古拉·哥白尼的日心体系。尽管斯蒂文的数学工作是在其生涯较早时期进行的,但他将自己的一些数学著作收集起来,加以编辑,并于1605年至1608年间在Wiskonstighe Ghedachtenissen (数学文集)(数学文集)中出版。该文集包括De Driehouckhandel (三角学)、De Meetdaet (测量实践)和De Deursichtighe (透视法)。关于透视法的著作考察了若干创新,例如为在不垂直于地面的画布上作图而计算透视的情形,以及逆透视的情形。逆透视计算的是,如果给定一个物体和该物体的透视图,观察者的眼睛应置于何处。斯蒂文在其著作Stelreghel (代数)中使用了记号+、-和√。

他的其他著作包括1590年出版的Vita Politica. Het Burgherlick leven (公民生活)、1594年出版的De Sterktenbouwing (防御工事的建造)、1599年出版的De Havenvinding (定位),以及1617年出版的双重著作Castrametatio, dat is legermeting (军事测量)和Nieuwe Maniere van Stercktebou door Spilsluysen (建造水闸的新方法)。

Het Burgherlick leven (一个公民的生活)中,斯蒂文讨论了国家公民应如何遵守当局的规则(即使这些规则显得不公正),并特别建议公民在内乱时期应如何行事。在De Sterktenbouwing (堡垒建造)中,斯蒂文采用了一种意大利的筑城方法,并加以修改以供荷兰使用。他在这部论著中提出的想法很巧妙,但实施起来过于昂贵。著作De Havenvinding (寻找港口)字面意思是“寻找港口”,提出了一种通过利用罗盘针的磁差确定经度来找到船只位置的方法。尽管理论上合理,但该方法不切实际。在我们上面提到的最后一部双重著作的第一部分中,斯蒂文描述了军营的建立、布局和设置。特别引人入胜的是他对毛里茨亲王军营的描述,该军营是他在1610年于利希战役前设立的。两部著作中的第二部论述了斯蒂文为放入防御工事以使护城河保持正确深度而设计的水闸。

他对音乐的贡献包含在 De Spiegheling der Singconst (歌唱艺术理论)中,该书以手稿形式保存到 1884 年才出版。这通常被视为将八度分成十二个相等音程的第一个正确理论,例如见 [1]。Cohen 在 [13] 中解释了这个问题对当时科学家的重要性:-

科学革命的许多先驱,如伽利略约翰内斯·开普勒、斯蒂文、勒内·笛卡儿马兰·梅森等,都撰写了大量关于音乐理论的著作。这并非少数个别科学家的偶然兴趣。相反,它反映了自毕达哥拉斯时代以来科学家们对解决音乐理论中某些可量化问题的持续关注。其中一个问题在专业上被称为“八度的划分”,即用哪些音来创作音乐的问题。

科恩认为,这并非如人们通常所认为的那样(见[1]),是斯蒂文论文的目的:-

对1600年前后音乐科学中问题状况的仔细分析表明,斯蒂文的论文突出了音乐科学核心问题——即协和问题——历史上的一个特定阶段。这就是依据科学原理为毕达哥拉斯定律寻求解释:为什么那些为数不多的、以甜美悦耳的方式影响我们耳朵的音程,对应于最初几个整数的比?

参考文献

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