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數字為什麼是這個樣子?

我叫小G,在一個陽光明媚的早上,我站在海淀黃庄的地鐵站前,看著站牌上0、1、2…9這些平平無奇的數字,突然陷入了沉思,為什麼,數字會長成這樣了呢?

記數的產生

其實,在很久很久以前,原始人就會記數了。

人類在蒙昧時期就已經具備識別事物多少的能力,原始人首先注意到一隻羊和許多羊在數量上的差異;隨後是一隻羊、一條魚、一棵樹……之間存在某種共通的抽象性質,這就是數。

人類有了數的概念後就開始記數了,最早可能是用手指記數,後來使用了結繩或在石頭、動物骨頭上契刻等方式來記數。

累數制與位值制

隨著需要記錄的數量不斷增加,已有的記數方法不夠用了,最終出現了書寫記數以及相應的記數系統。如公元前3400年左右出現的埃及象形數字,它是10進累數制記數系統。

所謂累數制,是每個較高的單位用一個新符號表示,記數時依次重複排列這些符號,用相加的總和來表示數量。例如下面的象形數字:

其用一道豎線表示1,10像一扇拱門「」,100像一條繩索「」,1000像一朵花「」,所以上面的象形數字表示6789。累數值有明顯的弊端——需要重複畫許多數字元號,而且為了表示更大的數量級時,需要創造新的符號。

我國到漢代已廣泛使用算籌作為計算工具,其多為木製小棒。用算籌擺放表示的數字叫籌算數字,它是一種10進位值制記數系統。

所謂位值制是指一個數用一組有順序的數碼來表示,每個數碼所表示的大小,既取決於它本身的數值,又取決於它所在的位置。例如數字1在個位表示1,在百位則表示100,當然我們今天的阿拉伯數字也是如此。下面是阿拉伯數字1~9與中國古代籌算數字對照表:

籌算數字有縱式和橫式兩種,它是利用縱橫交錯出現的方式來表示數字,例如8「」加上9「」等於17 「」。與累數值相比,位值制的優勢一目了然。

進位

進位是人為規定進位的記數方式。在人類文明史上出現過多種不同的進位,10進位是比較常見的,也就是「逢十進一」,這可能與我們手指數目有關。

除此之外還有其它幾種不同的進位:巴比倫數字是60進位,還有12進位。12、60這些高合成數可以被2、3、4和6整除,在進行除法運算或表示分數時更加方便。事實上,12和60進位在測量角度和時間計量時較為常見。

我們常說的「半斤八兩」,指的是古人曾經使用過16進位重量計量單位,當然還有2進位被廣泛應用在今天的電子設備中。

阿拉伯數字的由來

今天,當來自不同國家的人相互交流時,可能語言各不相同,但大家所使用的阿拉伯數字差不多是相同的。

公元5世紀,印度人已經使用了較完善的10進位值制記數系統,公元8世紀它們通過印度的外交使節被帶到巴格達宮廷。公元11世紀,在阿拉伯帝國境內,印度記數系統得到了普及,從天文學家到商販都在使用這種記數系統解決各種問題。

12世紀義大利數學家斐波那契是印度-阿拉伯數字在歐洲得到普及的最大功臣,他年輕時曾遊歷過埃及、敘利亞等地,親自感受到這種數字的便利,因此將其傳入歐洲。

在阿拉伯數字傳入之前,歐洲人使用的是羅馬數字,用七個羅馬字母表示:I(1)、X(10)、C(100)、M(1000)、V(5)、L(50)、D(500),主要記數原則如下:相同數字連寫,表示累加;較小數字在較大數字右邊,表示二者相加;較小數字在較大數字左邊,表示二者相減;在數上畫一條橫線,表示增大到1000倍。

與阿拉伯數字相比,顯然羅馬數字表述較繁瑣,可以想像通過羅馬數字很難產生高效的運算方法。另外,羅馬數字沒有「0」,阿拉伯數字將「0」看作一個獨立數字並參與運算。

有沒有「0」雖然不是記數系統的缺陷,但隨著阿拉伯數學中更為複雜和實用的內容被歐洲人所接受,此時沒有數字「0」則是一種巨大的缺陷,所以到了公元15世紀羅馬數字及其運演算法則被阿拉伯數字及其運演算法則取代,並最終演變成今天的樣子。

我叫小G,在一個陽光明媚的早上,我站在海淀黃庄的地鐵站前,看著站牌上0,1,2…9這些平平無奇的數字,突然陷入了沉思。

我想到了原始人就開始計數,然後記數的方法不夠用了,就出現了累數制,再然後人們發明了進位,再後來,阿拉伯數字就出現了,0、1、2…9這些平平無奇的數字就逐漸進入了人們的生活中……我是如此睿智,想想還是有點小激動啊。欸,我趕緊趕地鐵去。

來源:中國科學院自然科學史研究所


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